Produits KMT Waterjet - La technologie de coupe la plus polyvalente

La découpe au jet d’eau abrasif repose sur le principe suivant : l’eau sous haute pression générée par la pompe crée un jet à grande vitesse qui traverse un orifice de type « jewel ». Le « jewel » est le point où l’eau sous haute pression se transforme en jet à grande vitesse. Ce jet d’eau crée un vide dans une chambre de mélange où des particules abrasives sont entraînées dans le jet à grande vitesse. Grâce au transfert d’impulsion, les particules abrasives accélèrent jusqu’à atteindre des vitesses proches de celle du jet d’eau et sont recentrées en un jet de découpe cohésif à travers un tube de focalisation adjacent à la chambre de mélange (voir la figure 3 dans l’onglet suivant).

Ce mélange d’eau et d’abrasif qui sort du tube de mélange constitue le jet de découpe visible. Dans les métaux, ce sont les particules abrasives qui assurent la capacité de découpe du jet, qui s’opère par érosion. Dans les matériaux plus tendres, l’eau sous haute pression contribue à l’action de découpe.

Une pression plus élevée se traduit-elle par des vitesses de coupe plus rapides, un coût par pièce plus faible et, par conséquent, une productivité plus élevée ? Pour répondre à cette question, nous devons d’abord définir certains termes, notamment la puissance disponible du jet. Selon la définition des fabricants de jets d’eau, la puissance peut être représentée par l’équation suivante, où K est une constante, P est la pression et A est la section transversale de l’orifice :

Puissance = K × ^P15 × A

L’équation montre clairement que pour une puissance constante, une pression plus élevée utilise une taille d’orifice plus petite, et qu’une taille d’orifice plus grande ne supportera qu’une pression plus faible. Par exemple, une pompe de 50 HP fonctionnant à 4 100 bar utilisera un orifice de taille maximale de 0,014 po avec un débit plus important ; en utilisant la même puissance à 6 200 bar, l’orifice aura une taille maximale de 0,010 po avec un débit réduit.

Si les deux jets ont la même puissance, comment tenir compte du potentiel d’augmentation de la vitesse de découpe ? La réponse s’obtient en simplifiant davantage l’équation, en divisant la puissance par la section transversale du jet (A) pour obtenir la densité de puissance (Pd). Comme précédemment, K est une constante et P représente la pression.

Pd = K × ^P15

La puissance de l’équation précédente dépend de la pression et du volume, mais la densité de puissance ne dépend que de la pression générée par la pompe et, par extension, de la vitesse du jet.

Rappelez-vous les principes physiques d’une opération de jet d’eau abrasif. Les particules abrasives sont accélérées par le jet d’eau à grande vitesse ; plus la vitesse du jet est élevée, plus les particules abrasives sortent rapidement du tube de mélange et plus la densité de puissance est importante.

Cette densité de puissance accrue du jet de 90 KSI permet des vitesses de coupe plus élevées. En d’autres termes, une pression plus élevée entraîne un flux d’eau à plus grande vitesse, des particules abrasives plus rapides et, en fin de compte, une coupe plus rapide.

L’abrasif a une influence considérable sur le rendement opérationnel d’un jet d’eau abrasif et représente une part importante des coûts d’exploitation. Dans les applications courantes, on utilise du grenat comme abrasif ; celui-ci peut être d’origine alluviale (en vrac, comme sur les plages) ou extrait de mines, et il est chimiquement inerte.

Les abrasifs sont classés selon leur taille de maille, qui correspond à la taille des mailles du tamis de traitement ; plus le numéro de maille est élevé, plus les abrasifs sont fins. Par exemple, un abrasif de 220 mesh contient des particules plus fines qu’un abrasif de 80 mesh. La découpe de matériaux fragiles comme le verre peut nécessiter des abrasifs plus tendres, tels que l’olivine, afin d’éviter les éclats et les fissures ; c’est pourquoi il est important d’adapter l’abrasif à l’application.

Chaque numéro de maille présente une gamme (ou distribution) de tailles de particules, et il convient de choisir avec soin un tube de focalisation afin d’éviter le colmatage par des particules abrasives surdimensionnées. En règle générale, le diamètre intérieur du tube de focalisation doit être trois fois supérieur à la taille de la plus grosse particule abrasive de la distribution.

Un jet d’eau à une pression donnée peut contenir un nombre fini de particules abrasives avant que celles-ci ne commencent à se gêner mutuellement. Une quantité excessive d’abrasif réduit l’efficacité du transfert d’impulsion et ralentit la vitesse de découpe. Cette limite est communément appelée « rapport de charge maximal » ou « débit maximal d’abrasif ». Plus la taille de l’orifice est grande et plus le débit à travers celui-ci est élevé, plus le débit d’abrasif nécessaire pour atteindre la puissance de découpe maximale du jet est important. Cela influe également sur le coût global par pièce. Plus le procédé utilise d’abrasif, plus le coût par pièce est élevé.

Pour revenir à l’exemple de 50 HP avec le débit plus faible de l’orifice de 0,010 pouce à 90 KSI, lorsque le jet atteint son rapport de charge maximal, il développe une puissance de coupe maximale. Pour une puissance en chevaux identique à une pression de 60 KSI, le jet provenant de l’orifice de 0,014 pouce n’atteint toujours pas son rapport de charge maximal en raison d’un débit plus élevé. À 60 KSI, le procédé nécessite un supplément d’abrasif pour atteindre son rendement maximal et, par conséquent, une consommation totale d’abrasif plus importante, ce qui a une incidence sur le coût de l’opération et le coût par pièce.

En résumé, une pression plus élevée permet de réduire la quantité d’abrasif nécessaire pour atteindre la puissance de coupe maximale, ce qui permet de réduire l’utilisation d’abrasif et le coût par pièce.

L’influence de la largeur de tranchée constitue un aspect important de toute discussion sur la découpe au jet d’eau . Qu’est-ce que la largeur de tranchée ? En termes simples, il s’agit de la largeur de la matière qui est retirée pendant le processus de découpe. Plus l’orifice est grand, plus la largeur de tranchée est importante.

En particulier lors de la découpe de matériaux coûteux, la découpe au jet d’eau avec une largeur de trait importante ne présente réellement aucun avantage. La forte densité de puissance, le petit orifice et la faible largeur de trait d’un système 90 KSI permettent de mieux contrôler le jet d’eau abrasif dans les rayons serrés et les angles. Il est possible d’apporter des ajustements aux systèmes de découpe au jet d’eau de plus faible KSI dotés d’orifices plus larges, par exemple en réduisant le rapport entre le diamètre du tube de focalisation et celui de l’orifice pour le rapprocher de 2,0 — c’est-à-dire qu’un jet de 0,014 pouce utiliserait un tube de focalisation de 0,030 pouce. Cela peut toutefois réduire la durée de vie du tube de focalisation, car davantage de particules abrasives entrent en contact avec les parois du tube lors de la refocalisation.