Technologie de découpe au jet d'eau abrasif : Ce qu'il faut savoir

1. Introduction

La technologie des jets d'eau est une nouvelle technologie développée au cours des 20 dernières années et ses applications sont de plus en plus répandues. Elle a été appliquée dans des secteurs tels que le charbon, les machines, le pétrole, la métallurgie, l'aviation, la construction, la conservation de l'eau et l'industrie légère, principalement pour couper, broyer et nettoyer les matériaux.

Ces dernières années, avec le développement rapide de la haute technologie, les faisceaux laser, les faisceaux d'électrons, le plasma et les jets d'eau sont devenus de nouveaux outils de coupe.

Parmi eux, les faisceaux laser, les faisceaux d'électrons et le plasma appartiennent au traitement de découpe thermique, tandis que le jet d'eau est la seule méthode de traitement à froid. Pour la découpe, le broyage et le prétraitement de la surface de nombreux matériaux, le jet d'eau présente une supériorité unique.

Le développement du jet d'eau peut être divisé en quatre étapes :

Exploration et phase expérimentale : au début des années 1960, l'exploitation minière par jet d'eau à basse pression a été principalement étudiée.

Stade de développement de l'équipement : Du début des années 1960 au début des années 1970, les pompes à haute pression, les surpresseurs et les raccords à haute pression ont été principalement développés, tout en promouvant la technologie des jets d'eau.

L'étape de l'application industrielle : Du début des années 1970 au début des années 1980, un grand nombre de machines d'extraction, de découpe et de nettoyage par jet d'eau sont apparues successivement.

Une phase de développement rapide : Du début des années 1980 à aujourd'hui, la recherche sur la technologie des jets d'eau s'est approfondie, et de nouveaux types de jets, tels que les jets abrasifs, les jets de cavitation et les jets de vibration à auto-excitation, se sont développés rapidement. De nombreux produits ont été commercialisés.

Les quatre étapes du développement de la découpe au jet d'eau.

• La quatrième étape : La phase de développement rapide.
• Troisième étape : l'application industrielle
• La deuxième étape : La phase de développement de l'équipement.
• La première étape : La phase d'exploration expérimentale.

Concept de jet d'eau abrasif :

Le jet d'eau abrasif est une méthode de traitement spéciale qui utilise l'eau comme support, obtient une énergie considérable grâce à un dispositif de génération à haute pression, ajoute des abrasifs au jet d'eau à haute pression grâce à un dispositif d'alimentation et de mélange, et forme un mélange biphasé de liquide et de solide.

Il s'appuie sur l'impact et l'érosion à grande vitesse de l'abrasif et du jet d'eau à haute pression pour réaliser l'enlèvement de matière.

Principe de traitement du jet d'eau abrasif :

Le traitement du jet d'eau abrasif est basé sur le principe de la pression hydraulique, qui utilise un générateur de haute pression ou une pompe à haute pression pour pressuriser l'eau à une pression ultra-élevée.

La performance mécanique du moteur électrique est convertie en énergie de pression, et l'eau dotée d'une énorme énergie de pression est ensuite transformée en énergie cinétique à travers une buse à petits trous. Cela forme un jet d'eau à grande vitesse et crée un certain degré de vide dans la chambre de mélange.

Sous l'action de son propre poids et de la différence de pression, l'abrasif est aspiré dans la chambre de mélange et violemment agité, diffusé et mélangé avec le jet d'eau, formant un jet d'eau abrasif à grande vitesse qui frappe la pièce à une vitesse extrêmement élevée à travers la buse d'abrasif.

Après l'impact du jet d'eau abrasif sur la pièce, un champ de contrainte local concentré à grande vitesse est produit sur le matériau, qui change rapidement, entraînant l'érosion, le cisaillement et finalement la rupture et l'enlèvement du matériau.

Dans le processus de traitement par jet d'eau abrasif, la fonction principale est assurée par les particules abrasives, et le jet d'eau sert de support pour accélérer les particules abrasives.

Par rapport au jet d'eau pur, le jet d'eau abrasif a une énergie cinétique plus importante en raison de la masse plus importante et de la dureté plus élevée des particules abrasives, ce qui permet d'obtenir des effets de traitement plus importants.

Dispositif de jet d'eau abrasif

Le dispositif de jet d'eau abrasif comprend un système d'alimentation en eau, un système de pressurisation, un système de canalisation d'eau à haute pression, un système d'alimentation en abrasif, un dispositif de tête de coupe, un dispositif de réception, un mécanisme d'actionnement et un système de contrôle, comme le montre la figure ci-dessous.

Le rôle du système d'approvisionnement en eau est d'adoucir la qualité de l'eau, de réduire la corrosion de la voie d'eau à haute pression causée par la qualité de l'eau et d'améliorer la durée de vie du joint d'étanchéité à mouvement alternatif dans le système à haute pression.

L'élément central du système de pressurisation est le multiplicateur de pression, qui utilise généralement un système de va-et-vient hydraulique.

Le rapport de pression du multiplicateur est généralement de 10:1 ou 20:1, et la pression d'eau de sortie du multiplicateur peut être ajustée en modifiant la pression d'huile du système hydraulique d'entrée, ce qui peut augmenter la pression d'eau jusqu'à 100-400MPa, et même jusqu'à 690MPa et 700MPa. Le système de voie d'eau à haute pression relie le système de pressurisation et le dispositif de la tête de coupe.

Afin de transporter l'eau à haute pression et de répondre aux exigences de rapidité et de flexibilité du mouvement de la tête de coupe, la canalisation d'eau à haute pression utilise généralement des tuyaux en acier inoxydable flexibles et résistants à l'ultra-haute pression, et se compose de plusieurs joints de tuyaux rotatifs.

Le système d'alimentation en abrasif comprend une trémie, une vanne de débit d'abrasif et un tuyau de transport. L'abrasif pur découpe au jet d'eau La tête de découpe à jet d'eau abrasif comprend une vanne de commutation d'eau à haute pression et une buse bijou. La tête de découpe par jet d'eau abrasif comprend également une chambre de mélange et une buse de mélange qui mélange le jet d'eau avec l'abrasif.

La buse de mélange doit être très résistante à l'usure et est généralement fabriquée en carbure cémenté. Le dispositif de réception est placé sous la pièce à usiner pour recueillir le reste du jet d'abrasif, et remplit des fonctions telles que l'absorption d'énergie, la réduction du bruit, la prévention des éclaboussures et la sécurité.

Le mécanisme d'actionnement et le système de commande contrôlent le dispositif de commande de la trajectoire de mouvement de la tête de coupe, et les méthodes de commande comprennent la commande manuelle, la commande motorisée, la commande numérique et la commande numérique par ordinateur.

Abrasif :

Il est généralement divisé en trois catégories : à base de minéraux, à base de métaux et artificiel.

Principe de sélection :

(1) Bon effet de coupe ;

(2) Prix bas et offre suffisante.

Les abrasifs les plus courants sont les suivants

Tab.1.2 Plusieurs abrasifs couramment utilisés

Buse :

Il se compose d'une buse à jet d'eau, d'une chambre de mélange et d'une buse à jet d'abrasif.

Classification :

(1) Selon le nombre de jets d'eau : buse à jet unique, buse à jets multiples

(2) Selon la méthode d'apport d'abrasif : buse d'alimentation latérale en abrasif, buse d'alimentation médiane en abrasif, buse d'alimentation tangentielle en abrasif.

1. Buse d'alimentation latérale à jet unique d'abrasif

1. Chambre de mélange
2. Buse à jet abrasif
3. Buse à jet d'eau

Avantages : Structure simple, bonne concentration et stabilité du jet.

Inconvénients : Mauvais effet de mélange entre l'abrasif et l'eau.

2. Buse d'alimentation tangentielle à jet unique d'abrasif

1. Buse à jet d'eau
2. Buse à jet abrasif

L'abrasif et le jet d'eau sont entièrement mélangés, tout en réduisant les collisions mutuelles entre les abrasifs, ce qui améliore la capacité de coupe du jet d'abrasif.

3. Buse d'alimentation centrale en abrasif à jets multiples

Il est principalement utilisé pour le nettoyage par jet d'abrasif ou l'élimination de la rouille.

4. Buse à jet abrasif avec tube de redressement

1. Corps de buse
2. Entrée d'abrasif
3. Buse à jet d'eau
4. Base de la buse
5. Sceau
6. Contre-écrou
7. Redresser un tuyau

Il a une structure simple et est facile à utiliser. Il est largement utilisé dans l'industrie de la découpe au jet d'abrasif.

Classification de la technologie de traitement par jet d'eau abrasif :

Selon la méthode de mélange de l'abrasif et de l'eau, il peut être classé en deux types :

• Jet d'eau abrasif hybride frontal.
• Jet d'eau abrasif hybride arrière.

Jet d'eau abrasif hybride frontal :

L'abrasif et l'eau sont mélangés de manière homogène pour former une boue abrasive dans la canalisation à haute pression, puis le jet formé par la buse d'abrasif est appelé jet abrasif mixte frontal. Cet effet de mélange est bon et nécessite une faible pression, mais le dispositif est complexe et la buse s'use fortement.

Jet d'eau abrasif hybride arrière :

L'ajout d'abrasifs au jet d'eau après sa formation est appelé jet d'eau abrasif à mélange arrière. L'effet de mélange est légèrement moins bon et nécessite une pression élevée, mais la buse s'use moins. La recherche théorique et la technologie d'application du jet d'eau abrasif à mélange arrière sont relativement mûres, et il a été largement utilisé dans de nombreux secteurs industriels.

Classification de la technologie d'usinage par jet d'eau abrasif.

• Jet d'eau abrasif immergé.
• Jet d'eau abrasif non immergé.

Le jet d'eau immergé désigne le jet se trouvant dans l'eau depuis la sortie jusqu'à la pièce à usiner, qui présente les caractéristiques suivantes : diffusion rapide du jet, distribution uniforme de la vitesse et de la pression dynamique.

Le jet d'eau non immergé signifie que le jet est dans l'état naturel de l'air depuis la sortie jusqu'à la pièce à usiner. Par rapport au jet immergé, il a une plus grande portée et une plus grande longueur de noyau, mais la distribution de la vitesse n'est pas uniforme.

2. Mécanisme et loi de coupe du jet d'eau abrasif.

Mécanisme de coupe du jet d'eau abrasif :

Lors de la découpe d'un matériau cible avec un jet d'eau abrasif à une certaine vitesse de déplacement du jet, une partie du jet d'eau se dirige vers le matériau cible à une vitesse constante tandis qu'une autre partie affaiblit sa force de coupe à mesure qu'elle pénètre plus profondément dans le matériau.

En conséquence, la surface de coupe semble se courber dans la direction opposée à la course du jet, comme le montre la figure a ci-dessous. L'angle entre l'axe de la surface de coupe courbée et l'axe original du jet augmente progressivement à partir de l'endroit où le jet pénètre dans le matériau cible, et le jet dévie de plus en plus dans la direction opposée à la trajectoire.

Cependant, en raison de la grande inertie des particules abrasives elles-mêmes, elles ne dévient pas avec le porteur du jet d'eau, ce qui entraîne la séparation des particules abrasives du jet d'eau et l'érosion locale de la concentration des particules abrasives.

Plus l'accélération des particules abrasives est importante, plus l'angle de réfraction lors de la séparation est grand et plus l'érosion par concentration est sévère. L'érosion locale par concentration des particules abrasives entraîne une augmentation significative de la quantité de meulage le long de la surface de coupe, formant ainsi une marche sur la surface de coupe.

Par conséquent, pendant l'érosion qui forme la marche, l'angle de déviation du flux d'eau au-dessus de la marche augmente continuellement, la déviation du jet d'eau par rapport à la surface de coupe augmente, et la quantité de meulage sous la marche diminue jusqu'à ce que la marche supérieure devienne perpendiculaire à la direction originale du jet, comme le montre la figure b ci-dessous.

Au fur et à mesure que la traversée du jet se poursuit, la surface de coupe redevient lisse et rectifiée, comme le montre la figure c ci-dessous. À partir de ce point, le cycle de coupe recommence avec la transition de la coupe et du meulage lisses à l'érosion par déformation et au meulage.

Au cours de ce processus, toute la surface de coupe continue à se transformer en un intervalle de déplacement, et comme la déviation du jet d'eau abrasif se rapproche d'un arc, elle forme une section transversale de coupe avec un intervalle en forme de vague le long de la direction de la traversée du jet.

• a- La surface de coupe peut se déformer en raison du processus de coupe et de meulage en douceur.
• b- La phase de formation de la surface de coupe est principalement due à l'érosion, à la déformation et à la rectification.
• c- La surface de coupe est retransformée en une surface de coupe et de meulage lisse le long de la direction d'avance.

Modèle mathématique de l'usinage par jet d'eau abrasif :

M. Hashish, se basant sur la théorie de l'érosion des particules solides de Finnie et Bitter, et sur une série d'expériences de visualisation, propose que le processus d'enlèvement de matière par un jet d'eau abrasif se compose de deux régions : l'usure de coupe et l'usure de déformation, comme le montre la figure ci-dessous.

Dans la zone d'usure de coupe, c'est-à-dire avant que la profondeur de coupe n'atteigne hC, les particules abrasives heurtent le matériau à un petit angle et le matériau est enlevé selon un mode de micro-coupe. Lorsque la profondeur de coupe atteint hC, la vitesse d'impact des particules abrasives sur le matériau diminue et le mode d'enlèvement de matière change.

Les particules abrasives heurtent le matériau sous un angle important et le matériau est enlevé selon un mode d'usure par déformation.

Sur cette base, M. Hashish obtient les modèles mathématiques pour la profondeur de coupe dans la zone d'usure de coupe et la profondeur de coupe dans la zone d'usure de déformation :

où

• h_c est la profondeur de coupe (mm) pour le mode d'usure de coupe ;
• h_d est la profondeur de coupe (mm) pour le mode d'usure par déformation ;
• C_k est la vitesse caractéristique (m/s) ;
• d_j est le diamètre du jet (mm) ;
• m est le débit massique des particules abrasives (g/s) ;
• V_e est la vitesse critique (m/s) des particules abrasives ;
• V_o est la vitesse initiale (m/s) des particules abrasives ;
• ρ_p est la densité (g/cm3) des particules abrasives ;
• u est la vitesse de déplacement (mm/s) de la buse ;
• C_f est le coefficient de frottement ;  
• σ est la contrainte de cisaillement (MPa).

Ce modèle inclut presque tous les paramètres impliqués dans l'usinage par jet d'eau abrasif. Cependant, certains paramètres tels que Vo et Ve doivent être déterminés expérimentalement. Par conséquent, les résultats obtenus par différents opérateurs peuvent varier.

Facteurs affectant les performances de coupe du jet d'eau abrasif :

La découpe au jet d'eau abrasif étant un processus très complexe, de nombreux paramètres peuvent affecter ses performances de découpe.

Ces paramètres comprennent les paramètres dynamiques (diamètre de la buse d'eau, pression de l'eau), les paramètres de l'abrasif (matériau abrasif, taille, débit), les paramètres de la buse d'abrasif (diamètre de la buse d'abrasif, longueur, matériau), les paramètres de coupe (vitesse de coupe, distance de sécurité, angle d'impact, nombre de coupes), les paramètres de la pièce (dureté), etc. Cependant, les paramètres du processus qui sont faciles à contrôler comprennent principalement la pression de l'eau, les paramètres de l'abrasif, la vitesse de coupe et la distance de sécurité.

Les principaux indicateurs permettant d'évaluer les performances de coupe sont la profondeur de coupe, la forme du trait de scie (largeur des parties supérieure et inférieure du trait de scie et conicité du trait de scie) et la qualité de la surface (rugosité et ondulation).

Lois de coupe du jet d'eau abrasif :

(1) La profondeur de coupe augmente avec la pression de l'eau, la dureté de l'abrasif et le nombre de coupes, tandis qu'elle diminue avec l'augmentation de la vitesse de coupe. Il existe une relation de valeur optimale entre la profondeur de coupe, la distance d'éloignement, l'approvisionnement en abrasif et la taille des particules d'abrasif. Lorsque la profondeur de coupe augmente, la hauteur maximale et l'angle de déviation des stries sur la section de coupe augmentent progressivement, tandis que la fréquence d'apparition des stries diminue.

(2) Le largeur du trait de scie a une relation optimale avec la vitesse de coupe, et la vitesse de coupe optimale est d'environ 1/5 de la vitesse de coupe maximale. Lors d'une coupe unique, la vitesse de coupe est déterminée par les facteurs suivants propriétés des matériauxLes exigences en matière d'épaisseur et de qualité de la section sont très élevées. Lorsque la vitesse de déplacement est constante, plus la pression est élevée, plus la surface de coupe est lisse ; lorsque la vitesse de déplacement est constante, plus la pression est élevée, plus la surface de coupe est lisse. rugosité de la surface est la même, plus la pression est élevée, plus la vitesse de déplacement est élevée.

(3) Avec l'augmentation de la pression du jet ou la diminution de la vitesse de coupe, la qualité de la section de coupe s'améliore considérablement. Par rapport aux matériaux fragiles, la section de coupe des matériaux plastiques est plus lisse et sa morphologie est davantage affectée par la pression du jet et la vitesse de coupe.

(4) La vitesse de la zone de coupe du jet d'eau abrasif diminue avec l'augmentation de la valeur de l'énergie de fracture du matériau, augmente avec l'augmentation de la pression et diminue avec l'augmentation de la distance de sécurité. Il existe une relation de valeur optimale entre la vitesse de la zone de coupe et l'approvisionnement en abrasif. Lorsque la vitesse de déplacement et l'épaisseur du matériau sont constantes, il existe une valeur optimale de distance de sécurité qui permet d'obtenir la profondeur de coupe la plus importante. Au fur et à mesure que la distance de sécurité augmente, la largeur de la rainure s'accroît progressivement. Lorsque la pression est constante, plus la vitesse de déplacement est faible, plus la profondeur de coupe est importante.

3. État actuel de la recherche sur la technologie de l'usinage par jet d'eau abrasif.

Découpe au jet d'eau abrasif.

M. Hashish est l'un des premiers chercheurs à avoir étudié l'usinage par jet d'eau abrasif. En expérimentant la découpe au jet d'eau abrasif, il a découvert qu'elle pouvait être utilisée pour découper le feutre, la céramique, les métaux, le verre et les composites frittés au graphite sans délamination.

En outre, il a noté qu'il n'y a pas de contrainte thermique ni de contrainte de déformation dans la zone de coupe. Il a également discuté de l'effet des différents paramètres de coupe sur les performances du traitement des matériaux et le taux d'enlèvement de matière, et a souligné que l'optimisation des paramètres de coupe améliorera considérablement les performances de coupe.

Depuis lors, un grand nombre de recherches et d'applications nationales et étrangères sur l'usinage par jet d'eau abrasif se sont principalement concentrées sur la découpe. Le schéma de la découpe au jet d'eau abrasif et la coupe transversale de l'échantillon après découpe sont illustrés à la figure 3.

D'un point de vue micro, l'essence de la découpe au jet d'eau abrasif est l'effet cumulatif d'un grand nombre de particules abrasives qui micro-coupent le matériau de la pièce à usiner. La question clé qui doit être résolue est le contrôle de la forme de l'arête de coupe et de la profondeur de coupe.

Le développement et l'amélioration de l'équipement clé de la découpe au jet d'eau abrasif et le modèle mathématique du mécanisme de découpe précis permettent à cette technologie de découper des matériaux métalliques d'une épaisseur de 100 à 200 mm et des matériaux durs et fragiles d'une épaisseur d'environ 50 mm.

Cependant, pendant le processus de découpe au jet d'eau abrasif de composants structurels épais, le faisceau du jet produit un phénomène de "queue de poisson" dû à l'atténuation de l'énergie, comme le montre la figure 4.

La zone de coupe lisse est située sur le bord supérieur de l'incision. Plus on se rapproche du fond de la pièce, plus le phénomène de "queue de poisson" devient évident, ce qui affecte grandement la rugosité de la surface, la forme et la précision de la position de la pièce coupée.

En optimisant le processus de coupe et en utilisant la technologie de la tête de coupe pivotante avec des contrôleurs de tolérance, il est possible de compenser intelligemment la précision de l'incision et d'améliorer ainsi la qualité du traitement.

Fraisage par jet d'eau abrasif

La méthode consistant à contrôler les paramètres d'usinage par jet d'eau abrasif pour n'enlever que la surface de la pièce sans la pénétrer s'appelle le fraisage par jet d'eau abrasif. Le schéma d'usinage et le produit sont illustrés à la figure 5.

Bien que cette technologie en soit encore au stade de la recherche expérimentale, de nombreux chercheurs ont étudié le mécanisme et le processus de cette nouvelle technologie d'usinage par jet d'eau abrasif.

En ce qui concerne le fraisage au jet d'eau abrasif des matières plastiques, M. Hashish et d'autres ont proposé la faisabilité du fraisage au jet d'eau abrasif et ont constaté que la vitesse de déplacement de la buse est un paramètre important qui influe sur l'uniformité du fraisage.

Hocheng H a étudié la faisabilité du fraisage au jet d'eau abrasif de plastiques renforcés de fibres. En étudiant le mécanisme de formation des débris lors d'un simple fraisage, d'un double fraisage et d'un multi-fraisage, ils ont prédit que l'usure par déformation est le principal mécanisme de coupe pour le fraisage des plastiques renforcés par des fibres. Ils ont également analysé les effets de la pression du jet, de la distance de la cible, de la vitesse de déplacement de la buse et du débit d'abrasif sur le taux d'enlèvement de matière, la profondeur de fraisage et la largeur de fraisage.

Fowler et Shipway ont étudié les caractéristiques de surface des matériaux fraisés par jet d'eau abrasif et ont souligné qu'une vitesse de déplacement élevée de la buse, des particules fines d'abrasifs, une faible pression du jet et de petits angles d'érosion permettent d'obtenir des surfaces de fraisage moins ondulées. Paul et al. ont étudié l'effet de différents paramètres de fraisage sur la profondeur de la rainure et le taux d'enlèvement de matière du fraisage par jet d'eau abrasif et ont établi un modèle empirique à l'aide d'une analyse de régression.

Les recherches sur le fraisage par jet d'eau abrasif de matériaux durs et cassants sont moins nombreuses. Zeng JY a étudié l'effet de l'angle d'impact du jet sur le fraisage par jet d'eau abrasif de céramiques polycristallines et a constaté que le taux optimal d'enlèvement de matière peut être obtenu lorsque l'angle du jet est de 90 degrés pendant l'impact du fraisage. Ils ont également établi et vérifié un modèle mathématique du taux d'érosion.

Jet d'eau abrasif forage

Le forage par jet d'eau abrasif peut être divisé en deux méthodes de traitement : le bushing et le drilling. Le bushing consiste à découper le matériau le long d'une courbe circulaire pour former un trou de plus grand diamètre. Ce procédé est issu de la découpe de contours au jet d'eau abrasif, comme le montre la figure suivante (trou #9).

Le perçage est le processus d'usinage de trous de plus petit diamètre sans trous, comme le montre la figure de droite (trous #3-#8). Guo Z et al. ont étudié le mécanisme d'usinage et le processus de forage par jet d'eau abrasif de matériaux céramiques tels que A12 O3, Si3 N4 et SiC, et ont conclu que l'enlèvement de matière est principalement réalisé par micro-fracturation, micro-coupure et érosion.

Yong Z et al. ont établi la relation entre la profondeur du forage par jet d'eau abrasif et les paramètres du processus en se basant sur les phénomènes chaotiques dans les processus d'érosion. Xing Xizhe a présenté différentes méthodes de traitement des trous par jet d'eau abrasif et a souligné les nombreux avantages du perçage par jet d'eau abrasif, notamment le perçage de trous dans des matériaux durs et cassants et des matériaux composites stratifiés qui peuvent percer des trous profonds, petits et irréguliers sans zone d'impact thermique, obtenir une plus grande précision dimensionnelle et une plus faible rugosité de surface, et réaliser facilement le traitement des trous sur des surfaces inclinées.

Tournage au jet d'eau abrasif.

Le tournage par jet d'eau abrasif est similaire à la coupe en un point sur un tour conventionnel, utilisant la rotation de la pièce et le mouvement linéaire ou curviligne de la tête de coupe pour enlever de la matière de la pièce. Le schéma d'usinage et le produit sont illustrés à la figure 7. Les avantages du tournage par jet d'eau abrasif sont notamment une faible force de coupe, l'absence de dommages thermiques sur la pièce et des copeaux fins sans problème de brisure.

M. Hashish a proposé pour la première fois le concept de tournage par jet d'eau abrasif en 1987 et a souligné que le jet d'eau abrasif peut être utilisé pour tourner des matériaux spéciaux difficiles à usiner tels que les composites carbone/métal, le verre et les céramiques afin d'obtenir des produits de haute qualité. formes complexes.

Ansari et al. ont démontré que le tournage par jet d'eau abrasif est supérieur au tournage conventionnel pour les matériaux difficiles à usiner, avec des vitesses 5 à 10 fois plus rapides pour l'usinage des céramiques SiC. Zhang ZW a étudié l'effet des paramètres du processus sur la qualité de la surface lors du tournage du verre par jet d'eau abrasif et a constaté qu'une qualité de surface optimale peut être obtenue à de faibles vitesses de déplacement de la buse. Manu et al. ont étudié l'effet de l'angle d'inclinaison de la buse sur la forme du produit pendant le tournage par jet d'eau abrasif.

Jet d'eau abrasif et autres méthodes d'usinage.

Outre la technologie d'usinage par jet d'eau abrasif décrite ci-dessus, des chercheurs nationaux et étrangers ont mené des recherches et publié des rapports sur les techniques d'usinage des composites à l'aide de jets d'eau abrasifs.

Par exemple, le micro-usinage laser guidé par jet d'abrasif est une technologie d'usinage composite de jets d'eau et de lasers qui utilise pleinement les caractéristiques de la technologie des jets d'eau et résout efficacement des problèmes tels que la faible plage de traitement effective et les effets thermiques dans l'usinage traditionnel par jet d'eau. traitement au laserLe grenaillage de précontrainte par jet d'eau est un nouveau type de méthode de traitement de surface pour améliorer la résistance à la fatigue des composants métalliques par des processus de travail à froid, qui présente des avantages tels qu'une force de grenaillage élevée, une faible pression de grenaillage et un bon effet de renforcement.

4. Caractéristiques, applications et développement de la technologie d'usinage par jet d'eau abrasif.

Les avantages de l'usinage par jet d'eau abrasif sont les suivants :

• Par rapport aux jets d'eau pure, les jets d'abrasifs réduisent considérablement la pression nécessaire à la coupe pour le même objectif de coupe, ce qui souligne les avantages de la sécurité et de la fiabilité.
• Quand découpage du métal avec des jets d'eau abrasifs, il n'y a généralement pas d'étincelles, ce qui évite les accidents d'inflammation ou d'explosion de gaz nocifs à proximité de la zone de coupe.
• Pendant la coupe, peu ou pas de chaleur est générée, et toute chaleur générée peut être rapidement évacuée par le jet d'eau, ce qui fait qu'il n'y a pratiquement pas de zone affectée par la chaleur sur la surface de coupe.
• La force de coupe sur la surface de coupe est faible, de sorte que même lors de la découpe de feuilles minces en pièces de forme, l'arête de coupe ne sera pas endommagée.
• La coupe est étroite, la perte de matériau est faible, la surface de coupe est lisse et il n'y a pas de bavures (une petite quantité de bavures peut être produite si la vitesse de coupe est trop rapide).
• Il n'y a pratiquement pas de poussière pendant la coupe et aucun gaz toxique n'est généré, ce qui rend les conditions de travail relativement propres.
• La force de réaction de la coupe est faible, de sorte que la buse peut être facilement déplacée par un bras mécanique.
• Il est possible d'effectuer des coupes circulaires et de découper facilement des surfaces courbes tridimensionnelles, ce qui permet de découper des pièces de différentes formes.
• Les conditions de coupe sont faciles à contrôler, ce qui facilite le réglage automatique et le contrôle par ordinateur.

Les inconvénients de l'usinage par jet d'eau abrasif sont les suivants :

• L'équipement nécessite une puissance élevée.
• La buse s'use rapidement.
• Il ne convient pas au traitement de grandes pièces ou à l'élimination de très grosses bavures.
• Il n'existe pas de logiciel spécifiquement conçu pour l'usinage par jet d'eau.

Les applications de la technologie du jet d'eau abrasif comprennent

• Industrie aérospatiale : Découpe de matériaux spéciaux tels que les alliages d'aluminium, les structures en nid d'abeille, les composites à base de fibres de carbone, les métaux stratifiés ou le verre plastique renforcé, découpe de pales d'avion avec des jets d'eau sans zones affectées thermiquement et sans écrouissage, ce qui élimine la nécessité d'un traitement ultérieur.
• Industrie de la fabrication et de la réparation automobile : Découpage divers non métallique matériaux et composants composites tels que tableaux de bord, moquettes, plaquettes de frein en amiante, cadres de porte, vitres de toit, panneaux de décoration intérieure, caoutchouc, réservoirs d'essence en plastique et autres composants internes et externes.
• Industrie de l'armement : Découpe de plaques de blindage, de chenilles, de verre pare-balles, de carrosseries de véhicules, de tourelles, de canons et démantèlement en toute sécurité de divers obus de rebut.
• Sylviculture, agriculture et génie municipal : Utilisés pour l'exploitation forestière, l'écorçage, l'irrigation, la transformation des aliments pour animaux, l'entretien des routes, la coupe d'artisanat et d'autres tâches.
• Industrie de l'électronique et de l'énergie : Peut être utilisé pour façonner et couper des circuits imprimés et des films minces, des disques durs d'ordinateur, des disquettes, des composants électroniques, des alliages amorphes, des noyaux de transformateurs et des câbles spéciaux qui sont difficiles à couper par des méthodes conventionnelles.
• Industrie de la fabrication de machines : L'utilisation de la découpe à l'eau sous haute pression au lieu des processus de poinçonnage et de cisaillement permet non seulement d'économiser les coûts des moules, mais aussi de réduire le bruit et les vibrations et d'améliorer l'utilisation des matériaux. En outre, il permet d'éliminer l'alumine externe sur les pièces à usiner, les noyaux de sable sur les pièces moulées et les revêtements céramiques, bavures de coupeIls peuvent également découper des pièces en fonte grise difficiles à découper par des méthodes conventionnelles.
• Autres industries : Découpe du marbre, du granit, des carreaux de sol, de la céramique, etc. dans l'industrie de la décoration des bâtiments, traitement des rouleaux de papier finis, du papier hygiénique, etc. dans l'industrie du papier, et traitement du contreplaqué, des planches de bois, etc. dans l'industrie du bois.

Les perspectives de développement de la technologie de l'usinage par jet d'eau abrasif sont les suivantes :

Améliorer la fiabilité et la durée de vie de l'usinage par jet d'eau, en particulier la durée de vie des composants clés tels que les pompes à haute pression, les tuyaux à haute pression, les joints et les buses.

Optimisation des paramètres du processus pour améliorer encore l'efficacité, réduire la consommation d'abrasifs et la consommation d'énergie, ce qui rend les coûts plus compétitifs.

Développement d'un contrôle intelligent permettant d'ajuster les paramètres du processus de manière adaptative pendant le traitement, améliorant ainsi la précision de l'usinage, et utilisation pour la fabrication de pièces répondant à certaines exigences de précision, permettant d'obtenir un effet technique et économique comparable à l'usinage au plasma et au laser.

Tendances de développement de la technologie d'usinage par jet d'eau abrasif :

Élargissement continu du champ d'application de l'usinage par jet d'eau, de la découpe et de l'ébavurage en 2D à l'usinage de trous et au traitement de surfaces en 3D.

Recherche théorique sur l'usinage par jet d'eau, en particulier l'établissement de modèles pour l'usinage par jet d'eau et l'étude de la théorie de l'écoulement multiphasique.

Recherche sur l'usinage de pièces de précision miniatures à l'aide de la technologie du jet d'eau abrasif, ainsi que sur l'utilisation du jet d'eau abrasif pour le tournage et le fraisage.