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LA DECOUPE AU JET D’EAU

Brunon Aline

Chavanne Robin

Mons Pierre

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Sommaire

1. Présentation générale1. Le procédé2. Les différents types de découpe au jet d’eau3. La découpe au jet d’eau avec abrasifs

2. Applications industriellesTrois exemples concrets

3. Conclusion

4. Bibliographie

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1. Présentation générale

1. Le procédé

Petit historiquePetit historique

fin des années 60

premières bases de la découpe, par le Dr Norman Franz, pour résoudre le

problème de Boeing:

comment découper des panneaux composites sans écraser leur

structure alvéolaire ?

1971

première installation industrielle, chez Altan Boxboard (pour du contreplaqué)

années 80

Adjonction d’abrasifs et multiplication de brevets pour des outils périphériques

Aujourd’hui

Plus de 6 000 machines dans le monde

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PrincipePrincipe

Basé sur deux données: - énergie potentielle due à la pression

- transformation de l’énergie potentielle en énergie cinétique en accélérant le fluide

Découpage par arrachement de matière

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Éléments d’un banc de découpe:

• Station de traitement de l’eau• Multiplicateur hydraulique de pression: entrée à 200

bars, diminution de section dans le conduit (1/20), sortie à 4000 bars

• Conduite de distribution d’eau THP• Une ou plusieurs têtes de découpe: ø 0.1 à 0.4 mm• Réceptacle d’eau de coupe avec des billes • Système d’épuration des eaux de coupe

Trois configurations possibles:

- pièce mobile/jet d’eau fixe

- pièce fixe/jet d’eau mobile

- pièce mobile selon un axe/jet d’eau mobile selon un axe perpendiculaire

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Avantages de ce procédé

• Découpe de tous types de matériaux, jusqu’à 150 mm d’épaisseur

• Découpe de matériaux hétérogènes (ex: tôle sandwich, composites multicouches, etc.)

• Absence de dégagement toxique

• Absence d’échauffement donc de déformation des pièces

• Pas de changement d’outil

• Peu de limites dans les formes usinables

Inconvénients de ce procédé

• Niveau sonore: pompes très bruyantes (supérieur à 80 dB)

• Difficulté à découper des corps creux

• Problème de recyclage des eaux usées

• Vitesse d’exécution parfois faible (par rapport au laser)

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2. Les différents types de découpe au jet d’eau

Jet d’eau pure: adoucie puis filtrée

pour découper les matériaux tendres (éponge, acier doux, cuir, tissus,

plastiques, carton, etc)

Jet d’eau avec abrasifspour découper les matériaux durs

(métaux, verre, céramiques, etc) et/ou de grande épaisseur

Jet d’eau avec polymères plastiquespour améliorer la cohérence du jet

par les longues fibres

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3. La découpe avec abrasifs

Tête de découpe

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Caractéristiques

Types d’abrasifs utilisés: grenat, olivine

Cadence: vitesse d’exécution fonction de l’épaisseur

Ex: pour la même longueur:

13mm d’aluminium: 2 à 10 min

13 mm d’acier: 4 à 20 min

50 mm d’acier: plusieurs heures

1.5 mm: quelques secondes

Tolérances: fonction de l’usure des pièces

Ex: machine des années 90: 0.25 à 1.5mm

machines d’aujourd’hui: jusqu’à 0.025 mm

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• Série: procédé adapté aux petites, moyennes et grandes séries

• Coût: prix du système complet: 200 000 euroscoût des abrasifs: quantité: 250 à 500 g par minute

coût: 380 euros la tonne pour le grenat, 180 euros pour l’olivine.

coût total: 0.19 euros/min maximum

débit d’eau: 10L/min à 3500 barscoût de maintenance: ex: buse: changée toutes les 1

000 h chambre de mélange

coût global: 20 à 35 euros/h 

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2. Applications industrielles

GENIE CIVILGENIE CIVIL

AGRO ALIMENTAIREAGRO ALIMENTAIRE

HORLOGERIEHORLOGERIE

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Découpe par jet d’eau de tapis de sol de FORD Mondéo

Production via 2 machines à 2 robots

Temps de découpe : 70 s / pièce avec 2 robots

Production : 800 véhicules / jour.

Dimensions indicatives des pièces (maximum) sur ce type d’installation : 1850 x 1450 x 600 mm.

Exemple 1: les tapis de sol des voitures

Découpe par jet d’eau de tapis et garnitures de coffre – Peugeot 206 et 206 CC

Production via 4 machines 'mono-robot', à chargement manuel.Temps de découpe d’un tapis : 100 sProduction : 1300 véhicules / jour.

Dimensions indicatives des pièces (maximum) sur ce type d’installation : 2000 x 1600 x 400 mm.

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Exemple 2: la chirurgie

Jet d’eau pour remplacer le scalpel traditionnel

• Pression moins élevée (environ 30 bars)

• Découpe sélective (évite de laisser échapper trop de sang en préservant les vaisseaux lymphatiques et sanguins)

• Buse en rubis de diamètre compris entre 0.08 et 0.6 mm

Mis en évidence dans des expériences sur le foie

Développement de la découpe de la cornée

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Exemple 3: l’ébavurage

Deux technologies sont utilisées en fonction des matériaux à ébavurer :

La Très Haute Pression, par jet d’eau ou jet d’huile: employée pour ébavurer des matériaux relativement tendres.– pression de 250 à 1000 bars– débit du fluide privilégié.

Matériaux : alliages d’aluminium, Cuivre, Laiton, Dérivés plastiquesExemples de pièces : corps de pompe dans l’automobile, pièces intérieures de mécanismes d’horlogerie, pièces de serrurerie, pièces mécaniques en matériaux tels que cités ci-dessus.Les outils spécifiques : Pompe Triplex : débit jusqu’à 30 l/min ; têtes à jet fixe et/ou à jet rotatif

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La Ultra Haute Pression : ébavurer des matériaux relativement durs. – la pression est de 1000 à 3500 bar– pression du fluide qui est privilégiée par rapport au débit.

Matériaux : inox, aciers trempés… Exemples de pièces : injecteurs dans l’automobile, pièces mécaniques, pièces extérieures d’horlogerie.Les outils spécifiques : Pompe UHP : pression jusqu’à 3500 bar, débit jusqu’à 5 l/min; têtes à jet fixe.

Avantages du process• Constance du résultat grâce au contrôle de la pression

d’ébavurage. • Caractéristiques dimensionnelles et mécaniques de la pièce

inchangées. • Amélioration de la propreté finale de la pièce. • Amélioration de la fiabilité : moins de coincements

mécaniques (moins de détachements de particules des pièces contenues dans les sous-ensembles mécaniques en mouvement)

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• Technologie récente et en progression:• Précision

• Nombre de machines utilisées

3. Conclusion

• Bonne alternative/bon complément aux procédés conventionnels

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• www.jetcoup.com/Decoupe_JET_D_EAU.pdf

• www.waterjet.com

• Documentation MECADEC

• Contribution à l’aide robotisée au geste médical: nouvelle approche en ophtalmologie, de Nathalie Smith -Guerin

4. Bibliographie