Principes de la découpe au jet d'eau

Principes de la découpe au jet d'eau

C'est la vitesse qui fait la coupe, pas la pression....

Nous parlons de régler la pression de la machine à jet d'eau afin de pouvoir effectuer une découpe, mais en fin de compte, c'est la vitesse de l'eau, avec ou sans abrasif, qui génère l’énergie cinétique nécessaire pour réaliser la découpe. La formule de l'énergie cinétique : Ec = ½ m.v² où m = masse en kg et V = vitesse en m/s, est la formule de base qui détermine comment nous découpons les matériaux avec un jet d'eau.

Le principe de la découpe au jet d'eau est de créer un jet d'eau très fin qui se projette à grande vitesse et qui concentre son énergie sur une petite surface de l'objet à découper. En créant un flux d'eau à (très) haute pression et en le guidant à travers un orifice très fin d'un diamètre typique de 0,2 à 0,4 mm, nous accélérons ce jet d'eau à des vitesses d'environ 600 m/sec, soit environ deux fois la vitesse du son. Le jet d'eau est conduit à travers la chambre de mélange où il crée un vide grâce à sa vitesse élevée (effet venturi) et c'est alors que nous introduisons une quantité contrôlée de matériau abrasif. Il s'agit généralement d'un grenat fin, produit de l'extraction d'une pierre naturellement tranchante et dure. Les alternatives au grenat minier sont des abrasifs manufacturés qui sont encore plus durs, comme l'oxyde d'aluminium (très proches de la dureté du diamant). C'est avec un jet d'eau et un matériau abrasif que nous procédons à la découpe. L'eau est le porte-outil et les grains d’abrasif sont les plaquettes, ce qui nous permet de découper n'importe quel matériau (moins dur que l’abrasif utilisé). L'eau est le marteau et l'abrasif est le ciseau, ce qui permet de couper n'importe quel matériau. Même un diamant !

Principes de la découpe au jet d'eau

 Dans la plupart des applications, 4000 bars suffisent pour créer le jet à haute vitesse nécessaire. Des pressions plus élevées sont disponibles, mais à un coût élevé en termes de maintenance et de pièces d'usure, de sorte qu'il s'agit d'une limite qui n'a quasiment jamais de sens économique. A l’instar d’une voiture faisant de l’aqua planning en roulant trop vite sur l’eau, une vitesse trop élevée du jet limite la possibilité de mélanger correctement l'abrasif à l'eau. L'eau accélère l'abrasif en utilisant une partie de sa propre énergie. L’ensemble perd un peu en vélocité, néanmoins, le mélange d'eau et d'abrasif est acheminé à travers le tube focal à une vitesse d'environ 550 m/s. Le jet d'eau fin frappe le matériau avec précision et se fraie un chemin pendant la phase de pénétration jusqu’à la traversée du matériau coupé. Au cours de la pénétration, le jet d'eau décrit un petit cercle de quelques mm de diamètre afin que le jet ne perde pas son énergie dans les remontées d’eau et d’abrasif précédemment projetés. Après avoir traversé le matériau, le jet d'eau peut continuer à suivre le profil de découpe programmé. Normalement, l'opérateur programme une pénétration juste en dehors de la ligne de coupe (c’est l’amorce), afin que le jet puisse s'engager proprement dans le profil de coupe. 

À une pression de 4 000 bar dans la pompe, la pression agit sur la surface des matériaux à une valeur de 4 tonnes/cm², ce qui nécessite l'utilisation de matériaux spécialisés et un entretien régulier pour garantir la longévité et la fiabilité.

L'optimisation des paramètres d'un système de découpe au jet d'eau est un équilibre délicat entre la pression, la vitesse et le débit d'abrasif. Si des pressions plus élevées permettent d'augmenter la vitesse du jet et la puissance de coupe, elles posent également des problèmes tels que le mélange de l'abrasif limité et des coûts de maintenance plus élevés. L'utilisation de la plage de pression optimale garantit des performances de coupe efficaces tout en minimisant l'usure des composants du système. Il faut garder en tête que toute énergie cinétique à un prix et qu’elle est directement liée au prix du processus choisi (pression, débit et dosage). Il est parfois préférable de découper plus lentement, en laissant la machine réaliser son programme dans le cadre d'une production sans personnel. 

En conclusion, la découpe au jet d'eau témoigne de la puissance de l'énergie cinétique, qui permet d'obtenir des capacités de découpe précises et efficaces pour n'importe quel matériau. En comprenant la physique qui sous-tend la découpe au jet d'eau et en optimisant les paramètres du système, les opérateurs peuvent l'utiliser pour découper une large gamme de matériaux, des métaux à la pierre, des composites et des céramiques aux plastiques et aux caoutchoucs. La découpe sera propre, sans bavure et précise, prête à l'emploi.