La technologie du jet d'eau est adaptée à la découpe industrielle.
En tant que rédacteur de la norme nationale pour les jets d'eau en Chine (GB/T26136-2018), nous espérons que notre expertise pourra contribuer au succès de votre entreprise.
Si les explications sur la technologie du jet d'eau ci-dessous ne vous semblent pas suffisamment claires, n'hésitez pas à nous contacter. Nous serons ravis de répondre à vos questions et préoccupations.
Technologie et principes du jet d'eau
| Jet d'eau / Jet d'eau | Un jet d'eau à grande vitesse, projeté par une minuscule buse après avoir été pressurisé par une pompe haute pression, est utilisé comme outil de coupe, communément appelé jet d'eau. Comparé aux autres méthodes de découpe, le jet d'eau abrasif présente les avantages suivants : procédé extrêmement polyvalent ; absence de zone affectée thermiquement ; absence de contrainte mécanique ; programmation aisée ; diamètre de jet fin (0.1 mm) ; capacité à usiner des formes géométriques extrêmement fines ; adapté à la découpe de matériaux fins ; possibilité de découper des matériaux de moins de 400 mm d'épaisseur (en prenant le fer comme référence) ; prise en charge de la découpe par empilement ; perte de matière minimale pendant la découpe ; fixations simples ; faible effort de coupe (moins de 1 kg pendant la découpe) ; une configuration à jet unique permet de gérer la quasi-totalité des tâches de traitement par jet abrasif ; passage facile d'une tête unique à une tête multiple ; passage rapide du jet d'eau pur au jet d'eau abrasif ; réduction des opérations de reprise ; quasi-absence de bavures. |
| Jet d'eau à ultra haute pression | Selon la norme nationale chinoise GB26136 – 2018 « Machine de découpe au jet d'eau à ultra haute pression », un jet d'eau avec une plage de pression de 250 à 400 MPa est un jet d'eau à ultra haute pression, qui a une capacité de coupe et une précision supérieures. |
| Jet d'eau pur | Un jet d'eau haute pression sans abrasifs, principalement utilisé pour la découpe de matériaux souples tels que la mousse, le caoutchouc et les aliments.
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| Jet d'eau abrasif | Mélangez des matériaux abrasifs tels que le grenat et le carborundum au jet d'eau pour améliorer la capacité de découpe des matériaux durs. Les jets d'eau abrasifs sont plus puissants que les jets d'eau purs et peuvent découper des matériaux durs tels que les métaux, le verre, la pierre et le métal. Cependant, en raison de la dureté limite des abrasifs, les jets d'eau découpent généralement des matériaux d'une dureté de 6.5 ou moins. Heureusement, la plupart des matériaux de traitement répondent à cette exigence. |
| Effet de cavitation | Lorsque la pression locale du jet d'eau chute brusquement, des bulles se forment. En éclatant, ces bulles génèrent une force d'impact importante qui facilite la découpe du matériau. |
Composants de découpe au jet d'eau
| Pompe haute pression | Composant essentiel d'une machine de découpe au jet d'eau et clé de voûte de la technologie du jet d'eau. Parmi les types courants, on trouve les pompes à piston et les intensificateurs, qui permettent de pressuriser l'eau à la pression requise. |
| Ajutage | Généralement fabriquée à partir de pierres précieuses ou d'alliages durs, la taille et la forme de l'ouverture ont un impact significatif sur la vitesse, la forme et l'efficacité de coupe du jet d'eau. L'ouverture couramment utilisée est de 0.33 mm. La buse d'un jet d'eau est un consommable. Elle doit généralement être remplacée après environ 100 heures d'utilisation. Bien entendu, une meilleure qualité de l'eau ou une pression plus faible prolongera sa durée de vie ; dans le cas contraire, elle sera réduite. |
| Tube abrasif | Composant final de la tête de découpe au jet d'eau abrasif. Après avoir traversé la buse pour pierres précieuses, l'eau forme un jet supersonique. Les abrasifs sont aspirés dans la tête par effet Venturi dans la chambre de mélange, puis l'eau et les abrasifs sont évacués par le tube de mélange. Le tube abrasif d'une tête de découpe au jet d'eau, comme la buse, est un consommable dont la durée de vie est généralement de 50 à 100 heures. |
| Tête de coupe | Intègre la buse et le système de distribution d'abrasif (pour les jets d'eau abrasifs) et permet de contrôler avec précision la position et la trajectoire de découpe selon les instructions du système de commande numérique. Il existe trois types de têtes de découpe au jet d'eau. La tête de découpe à 3 axes peut se déplacer uniquement vers l'avant, l'arrière, la gauche, la droite, le haut et le bas. La tête de découpe à 3 axes AB peut s'incliner de ±5° pour compenser la conicité du jet d'eau. La tête de découpe à 12 axes AC peut incliner l'axe A de ±5° et faire pivoter l'axe C de 89°, permettant ainsi la découpe 360D de surfaces courbes complexes. L'ajout d'un axe rotatif à la plateforme ou l'utilisation d'un bras robotisé pour piloter la tête de découpe élargit les possibilités de découpe, élargissant ainsi le champ d'application. |
| Tuyau haute pression | La tuyauterie haute pression du jet d'eau transporte en toute sécurité l'eau générée par la pompe haute pression jusqu'à la tête de découpe. Elle comprend des tuyaux flexibles en acier inoxydable (diamètres extérieurs de 1/4", 3/8" ou 9/16"), des tés, des coudes et des joints tournants. |
| Système de contrôle numérique | Utilisé pour contrôler la trajectoire de mouvement et les paramètres de coupe de la tête de coupe, obtenant un processus de coupe automatisé et de haute précision. |
| Clapet anti-retour | Un interrupteur unidirectionnel dans la pompe à jet d'eau qui permet uniquement aux fluides tels que l'eau de s'écouler dans une seule direction, empêchant ainsi l'eau de refluer. |
| moteur d'entraînement | Le moteur d'entraînement du système de mouvement reçoit les courants positifs et négatifs de l'amplificateur CNC et assure la rotation horaire ou antihoraire de la machine. Il peut être utilisé avec des moteurs à entraînement direct ou des servomoteurs. Les moteurs à entraînement direct offrent une puissance supérieure et une meilleure stabilité, tandis que les servomoteurs sont plus économes en énergie. |
| intensificateur | Le cœur de la pompe haute pression est un composant essentiel pour la génération de jets d'eau haute pression. Son fonctionnement stable nécessite un entretien régulier et le remplacement des joints. |
| Bouton d'arrêt d'urgence | Des boutons sont situés sur le pupitre de commande et sur la pompe haute pression pour la fonction d'arrêt d'urgence. Ce bouton arrête immédiatement la machine-outil et la met en sécurité. Rouge et bordé de jaune, ce bouton est très visible. Une fois actionné, il arrête la coupe et le mouvement. L'arrêt d'urgence sur le pupitre de commande peut arrêter l'ensemble du système de jet d'eau, tandis que celui de la pompe haute pression ne peut arrêter que cette dernière. |
Performances et paramètres du jet d'eau
| Niveau de pression | Exprimée en MPa, elle représente la pression du jet d'eau qu'une machine de découpe au jet d'eau peut générer. Plus la pression est élevée, plus la capacité de découpe est élevée. La plage de pression utilisée pour la découpe au jet d'eau est comprise entre 220 MPa et 620 MPa. Différentes pressions sont sélectionnées en fonction des caractéristiques du matériau, la pression la plus courante étant de 380 MPa. |
| débit | Le volume d'eau éjecté par unité de temps (L/min), qui est de 3.7 L à 12 L/min, affecte conjointement l'efficacité de coupe avec la pression. |
| Puissance | La puissance électrique (kW) consommée pendant le fonctionnement du jet d'eau reflète sa puissance et sa capacité de découpe. La plage de puissance est généralement comprise entre 18 et 75 kW. Plus la puissance est élevée, plus elle nécessite d'énergie et de coûts. 37 kW est le compromis idéal et largement utilisé. |
| Répéter la précision de positionnement | Mesure la précision d'un jet d'eau lors de multiples opérations de positionnement, reflétant sa stabilité et sa fiabilité. La précision de coupe de la plupart des tables à jet d'eau est de 0.1 mm, mais elle pourrait être optimisée par l'ajout d'une compensation d'angle, l'amélioration des dessins CAO, etc. |
Matériaux et transformation
| Matériaux de coupe | Matériaux pouvant être découpés par une machine de découpe au jet d'eau, notamment les métaux (tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone), la pierre, le verre, la céramique, les plastiques, etc. |
| Epaisseur de coupe | Épaisseur maximale des matériaux pouvant être découpés par un jet d'eau. Les différents modèles de jet d'eau offrent des plages d'épaisseur de coupe différentes. Par exemple, pour découper du fer, l'APW-A15-B classique de 37 kW peut couper moins de 100 mm, tandis que l'APW-V6P de 75 kW peut couper moins de 400 mm. |
| Vitesse de coupe | La vitesse de déplacement de la tête de coupe est déterminée par le dispositif de transmission de la plateforme de coupe, tel qu'un guide-tige à vis ou un pignon-crémaillère. Elle tourne généralement à 10 m/min, mais ce chiffre est bien supérieur à la vitesse de coupe réelle. Cette dernière doit être déterminée en tenant compte de facteurs tels que la capacité de coupe du jet d'eau, les caractéristiques du matériau et la qualité de la découpe. Si le procédé, le matériau ou le niveau technique de l'opérateur évoluent, la vitesse de coupe doit également être ajustée. |
| Précision de coupe | La plage d'erreur entre la taille de coupe réelle et la taille conçue est généralement comprise entre ± 0.1 mm et ± 0.5 mm. |
| Largeur de Kerf | Dans la découpe au jet d'eau abrasif, la largeur de la saignée est directement affectée par le diamètre du tube de mélange (environ 110 % du diamètre du tube de mélange). |
| Qualité de coupe | Les indicateurs d'évaluation comprennent la perpendicularité de la découpe, la rugosité et la présence de scories. Une découpe au jet d'eau de haute qualité doit être perpendiculaire, lisse et exempte de scories visibles. |
Techniques et compétences de coupe
| Perforation | Perçage d'un trou dans le matériau avant la découpe pour permettre au jet d'eau de pénétrer en douceur dans le matériau. La qualité de la perforation influence la précision de la découpe ultérieure. |
| Planification du chemin de coupe | Optimisez le chemin de déplacement de la tête de coupe en fonction de la forme de la pièce pour améliorer l'efficacité, réduire le gaspillage de matière et le temps de coupe. |
| Coupe en biseau | Ajustez l'angle de la tête de coupe pour obtenir une coupe en biseau du matériau, répondant à des exigences de traitement angulaire spécifiques. |
| Réduction des indemnités | En raison de l'existence de la largeur de trait de scie dans la découpe au jet d'eau, le chemin de coupe est corrigé pour garantir que la taille de la pièce répond aux exigences de conception. |
Systèmes et dispositifs auxiliaires
| Système de refroidissement | Réduit la chaleur générée lors du fonctionnement du jet d'eau, empêche la surchauffe des composants et assure les performances et la durée de vie du jet d'eau. |
| Système de filtration | Purifie l'eau de coupe, élimine les impuretés et les particules, et évite l'usure du jet d'eau et le blocage de la buse. |
| Dispositif de séparation abrasif-eau | Sépare les eaux usées et les résidus de déchets générés lors de la coupe pour faciliter la purification des eaux usées et répondre aux exigences de protection de l'environnement. |
| Système de chargement et de déchargement automatique | Réalise le chargement automatique des matériaux et le déchargement automatique des pièces coupées, améliorant l'efficacité de la production et réduisant l'intensité du travail. |
Évaluation de la qualité de coupe
| Erreur de perpendicularité | Angle de déviation entre la découpe au jet d'eau et la direction normale à la surface du matériau. Plus l'erreur est faible, meilleure est la qualité de la découpe. |
| Platitude | Le degré de planéité de la surface du matériau après découpe reflète la stabilité et l'uniformité de la force de découpe. Pour un même matériau, plus la vitesse de découpe est élevée, plus la planéité est faible ; à vitesse égale, plus le matériau est dur, plus la planéité est faible. |
| Écaillage des bords | Phénomène d'écaillage du matériau au niveau du tranchant, généralement causé par des paramètres de découpe au jet d'eau ou des caractéristiques du matériau inappropriés. |
| Chaleur – Zone affectée | Zone de la surface du matériau où la structure et les propriétés locales changent sous l'effet de la chaleur pendant la découpe. Sa taille est un facteur d'évaluation de la qualité. |
Jet d'eau abrasif - lié
| Taille des grains abrasifs | Représente la taille des particules abrasives par le nombre de mailles. Plus le nombre de mailles est élevé, plus les particules sont fines. Les mailles couramment utilisées en traitement au jet d'eau abrasif sont de 50 à 220 mailles, les plus courantes étant 80 et 120 mailles. |
| Débit abrasif | La quantité d'abrasifs ajoutée au jet d'eau par unité de temps, qui affecte directement l'effet de coupe et la stabilité. |
| Rapport de mélange abrasif | Rapport massique ou volumique des abrasifs par rapport à l'eau. Un rapport approprié permet au jet d'eau et aux abrasifs d'obtenir une performance de coupe synergique optimale. |
Entretien et maintenance du jet d'eau
| Pièces d'étanchéité | Composants (tels que les bagues d'étanchéité et les joints) empêchant les fuites d'eau à haute pression et d'abrasifs. Ils doivent être inspectés et remplacés régulièrement pour éviter les fuites. |
| Nettoyage de pipeline | Nettoyez régulièrement les conduites d'alimentation en eau et de distribution d'abrasif pour éliminer les impuretés, le tartre ou les résidus abrasifs et assurer l'effet de distribution du fluide. |
| Entretien de la tête de pompe | Inspectez l’usure de la tête de pompe de la pompe haute pression et remplacez en temps opportun les composants tels que les pistons et les bagues d’étanchéité pour garantir une pression de pompe stable. |
| Inspection du système électrique | Inspecter et entretenir les composants électriques tels que les armoires de commande, les moteurs et les capteurs pour éviter les pannes et les accidents de sécurité. |
Automatisation et intelligence - liés
| Intégration CAO/FAO | Combine les technologies de conception CAO et de fabrication FAO. Grâce au logiciel, les trajectoires et les paramètres de découpe sont générés pour une programmation automatisée. |
| Système de contrôle | Le système de contrôle du système de mouvement convertit les programmes de pièces, les vitesses et les commandes d'activation/désactivation des jets en signaux compréhensibles par le système électrique. On utilise généralement un système de contrôle CNC, un système de contrôle sur PC, ou une combinaison des deux. Les ingénieurs conçoivent les graphiques de découpe dans un logiciel de CAO, ajoutent les points de départ et d'arrivée de la découpe, les directions de déplacement, la compensation de la fraise et les vitesses via un logiciel de FAO. Une fois le fichier envoyé au système de contrôle, l'opérateur positionne la tête de découpe et lance la découpe. Le système de contrôle convertit le fichier en courant électrique pour entraîner les moteurs de la machine-outil et contrôle automatiquement le démarrage et l'arrêt de l'eau et des abrasifs. Il permet d'identifier automatiquement les graphiques, d'optimiser les trajectoires et de générer des paramètres, améliorant ainsi l'efficacité de la programmation et la qualité de la découpe. |
| Surveillance en ligne et contrôle des commentaires | Les paramètres de coupe sont surveillés en temps réel (tels que la pression, le débit, etc.) via des capteurs, et le système de contrôle s'ajuste automatiquement pour garantir la stabilité et la constance de la qualité. |
| Intégration de robots | Combine la tête de découpe au jet d'eau avec un robot industriel pour utiliser la flexibilité du robot afin de réaliser une découpe automatisée de haute précision de pièces complexes. |
Technologie du jet d'eau dans la découpe : 3 avancées clés
La technologie du jet d'eau est un procédé spécial non conventionnel. Son jet d'eau dégage une énergie élevée et son procédé d'usinage se caractérise par une absence de déformation thermique, une absence de pollution, une grande applicabilité et une grande flexibilité. Elle est largement utilisée pour l'usinage de différents types de matériaux dans divers domaines. Cette revue détaille les principes de base et les caractéristiques de l'usinage par jet d'eau abrasif, le mécanisme d'érosion, la simulation de l'usinage, l'influence des paramètres de procédé sur l'enlèvement de matière et l'optimisation des améliorations. Elle présente également l'état actuel des applications, les nouvelles technologies et les perspectives de développement de la technologie du jet d'eau abrasif. Cette revue constitue une source d'information précieuse pour les chercheurs qui étudient l'usinage par jet d'eau abrasif.
