Découpe jet d'eau : quels aspects à considérer avant d'investir ?

La découpe jet d'eau répond à de nombreuses problématiques, souvent en rapport avec la diversité des matières qui peuvent être découpées. Elle est souvent retenue pour sa polyvalence et pour la réactivité qu’elle procure à ses utilisateurs. Cette technologie offre aussi de nombreux atouts dans le process global de production.
De quelle façon une machine de découpe jet d'eau peut contribuer à améliorer les différentes phases de production : finition, reprise de pièce en usinage, soudure,... ?

La vitesse de découpe sur une machine jet d'eau (en comparaison à la découpe laser par exemple) est souvent considérée comme un frein à son utilisation.
Dès lors, la question est : Comment gérer l'abrasif pour obtenir des résultats optimum d'un point de vue de la vitesse de coupe ? Comment optimiser le coût de fonctionnement ?

Mais aussi, comment améliorer la productivité du poste découpe jet d'eau et compenser ainsi les inconvénients liés à la vitesses de coupe ?

Metal-Interface a interviewé Eric Le Strat, directeur commercial de la société Resato, qui nous propose, en s'appuyant sur son expérience technique, quelques pistes de réflexions pour répondre à ces enjeux.
 

Avant d'aborder les aspects plus techniques sur l'abrasif et l'amélioration de la productivité, il est important de rappeler en ce début d'article que la technologie de la découpe jet d’eau permet de pouvoir gagner en précision dans le processus de découpe de la matière, de réaliser des chanfreins ainsi que découper des pièces ou ensembles en 3 dimensions.

De ce fait, les temps de finitions (ébavurage notamment), de reprises de pièces en usinage et d'assemblage peuvent s'en trouver fortement réduits.

Pour quelles raisons ? Tout simplement parce que la précision de la découpe limite les reprises et finitions en usinage, qui coûtent cher. Mais également, le jet d'eau permet d’éviter les contraintes d’effet de trempe, d’ébavurage ou de surchauffe, que l'on retrouve par exemple en découpe laser, en oxycoupage, en plasma, etc.

Eric Le Strat donne l'exemple d'un client qui fabrique des malaxeurs pour la fabrication du papier, ainsi que des pièces qui brassent l’eau pour l'oxygéner dans les stations de dépollution : « Il s'agit de gros malaxeurs de 2 à 3 mètres de long sur 1,5 mètre de diamètre. Ils sont constitués de très grandes pales soudées sur un axe de transmission (usiné). La découpe jet d'eau permet d'avoir des pales précises,  de venir les souder sur un arbre de transmission, qui lui est usiné, et l'ensemble est repris pour être équilibré. Le jet d'eau a apporté énormément en limitant le nombre d'heures machine en usinage. »

Enfin, une autre application pratique de la découpe jet d'eau est de venir préparer la soudure. Réaliser un chanfrein avec une machine jet d'eau offre l'avantage d'avoir un angle précis et idéal pour souder, et de rentrer assez profondément le cordon de soudure dans la matière pour, non pas effectuer une soudure « périphérique », mais réaliser une soudure à « cœur ».
 

De manière théorique, le calcul de l'énergie cinétique est un des éléments clés pour calculer l'équilibre le plus cohérent entre le dosage de l'abrasif et le réglage de la pression de la pompe jet d'eau. L'énergie cinétique (EC) se définit par son théorème : EC = 0,5 x mv2 (m est la masse et v étant la vitesse).

Prenons un exemple : si vous avez une voiture (de 2 tonnes) qui percute un camion (de 38 tonnes), le paramètre principal va être m, la masse, qui va primer sur la vitesse (130 km/h pour la voiture contre 90 km/h pour le camion).

Dans le jet d'eau, le phénomène est tout à fait similaire. C'est-à-dire que vous avez à la fois la masse projetée, c'est-à-dire la quantité d'abrasif, et la vitesse du jet au carré qui dépend de la pression.

A chaque matière et chaque épaisseur correspond donc une énergie projetée « idéale ». Et cette énergie projetée est maîtrisée par la pression (c'est-à-dire la vitesse) et la bonne maîtrise du dosage de l'abrasif. Une fois cet aspect maîtrisé, il est aussi nécessaire d'ajuster l'équilibre abrasif/pression à la vitesse d'avance de la machine.

Eric Le Strat complète : «la tentation d'augmenter la quantité d'abrasifs (c'est-à-dire la masse projetée) peut être séduisante pour avoir plus d'énergie cinétique, sauf que l'effet pervers de trop de masse est que, si vous n'avez pas assez d'eau pour projeter les grains d'abrasifs, l'ensemble du mélange va perdre énormément en vitesse. Du coup, vous perdez aussi en énergie cinétique. »

« Nous pourrions aussi monter en pression pour jouer sur le carré de la vitesse (cf. énergie cinétique). La coupe ira plus vite, mais la surpression va engendrer plus de casse sur les tuyaux, les raccords, les joints, etc. Et donc des coûts de maintenance plus importants. De plus, passé une certaine pression, la vitesse du jet est telle que le mélange des grains ne se fait plus correctement et la masse projetée chute, ce qui de fait, réduit aussi l’énergie du jet…»

Eric Le Strat donne un repère : « le ratio le plus optimal entre l'abrasif et la quantité d'eau est de l'ordre de 1 pour 7. Prenons l'exemple d'une buse de 0,25 et une pression de 3500 bars, la quantité d'eau est de 1,74 litres par minute soit 1740 g d'eau. L'abrasif nécessaire sera donc de l'ordre de 250 grammes permettant un dosage eau/abrasif qui sera à la fois mordant tout en conservant une bonne vitesse du jet. C'est une valeur théorique car, en fonction de la matière et de son épaisseur, la capacité d’absorption de l'énergie diffère. A chaque niveau d’absorption doit correspondre une énergie projetée. Puisque l’on maîtrise parfaitement l’énergie du jet, il ne reste plus qu’à adapter la vitesse d’avance pour obtenir un résultat optimal»

Les machines doivent être équipées de moteur pour la gestion de l'abrasif. Ainsi, les machines équipées d'un dosage de l'abrasif par un moteur pas à pas, couplé à un pilotage électronique, permettent de doser à quelques grammes près l’abrasif afin de calculer l’énergie envoyée sur la pièce et ainsi assurer une bonne maîtrise et gestion de l'abrasif.
 

La productivité de la machine peut être améliorée par le lancement en automatique d'une suite de plusieurs programmes de découpe. Ainsi, la machine peut produire plusieurs heures sans avoir recours à un opérateur. Ce type de solution consiste à réaliser et à lancer un enchaînement de programmes qui peuvent avoir des matières et épaisseurs différentes.

Avant le lancement des productions de cet enchaînement, l'opérateur machine installe sur la table jet d'eau les différentes nuances matières à découper. De manière automatique, à chaque nouveau programme, la machine contrôle que l'épaisseur indiquée dans le programme est cohérente, puis lance le programme concerné.

Eric Le Strat explique, « Cela permet aussi, par exemple, de faire des programmes longs pendant la nuit, afin de garder les heures durant la journée pour les urgences et la réactivité. »
 

Limiter les zones inaccessibles durant le processus de découpe
En règle générale, les photos-cellules sont installées autour de la machine. L'opérateur ne peut donc pas accéder à cette zone, l'empêchant ainsi de travailler en temps masqué au déchargement de pièce par exemple.
 

Eric Le Strat explique, « l'autre solution est d'avoir un système de sécurité embarqué au plus près du danger. Sur une machine jet d'eau, c'est le pont. Il est donc dommageable de bloquer toute la machine par des photos-cellule sur la périphérie de la machine. En embarquant les photos cellules sur le pont, la  zone de danger liée à la tête de coupe et au pont est sécurisée. »

Ainsi, l'intérêt de ce système réside dans la possibilité de charger et de décharger pendant que la machine coupe, tout en respectant les normes de sécurité, en protégeant le pont et l'opérateur et en permettant de gagner en surface au sol. Il n'y a plus de mettre carré perdu lié à la protection périphérique de la machine et il n’y a plus de contrainte d'attente de la fin d'un programme pour accéder aux pièces.

Une grande table de découpe jet d'eau
L'amélioration de la production d'une machine découpe jet d'eau passe aussi par l'utilisation de grandes surfaces de découpe (table de découpe plus grande). C'est un point très étroitement lié à l'enchaînement des programmes et au travail en temps masqué. En effet, un plus grand nombre de production pourra être enchaîné, et le travail de l'opérateur durant une production (et donc en temps masqué) sera possible.

Et Eric Le Strat de conclure, « En clair, ne visez pas uniquement la vitesse de coupe. C'est le process global qui est important : la préparation de la production, pendant la découpe, mais aussi à l'issue de la découpe, comme  la sortie des pièces en temps masqué pendant que la machine est en production. »


En savoir plus sur RESATO ! - Les machines découpe jet d'eau RESATO


Copyright - reproduction interdite sans autorisation écrite de Metal-Interface