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Découper les Inox au Jet d'Eau

08/05/2014

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Découper les Inox au Jet d'Eau

PROCEDE DE DECOUPE AU JET D'EAU


La découpe jet d'eau, parmi tous les procédés de découpage possibles, permet de couper tout type de matériau et est particulièrement adaptée pour les matériaux durs comme l'inox par exemple.

Principe du découpage jet d'eau


Le principe du découpage par jet d'eau est extrêmement simple : de l'eau sous pression grâce à un système de pompes haute pression (4000 bars à 6000 bars) est acheminée jusqu'au matériau à découper. L'eau sous pression seule ne permet pas de couper les matériaux durs comme l'inox, il est nécessaire d'y adjoindre un abrasif qui va permettre de découper le matériau. L'abrasif  est un sable spécial dont les grains sont très petits et durs à la fois, seules quelques carrières produisent un tel sable. L'eau ainsi chargée de sable prend un pouvoir abrasif capable de couper tout ce qu'elle rencontre.

Un  jet est donc créé en sortie de buse de la machine et forme un cône qui traverse la matière pour la découper. Il prend un certain temps à ce jet pour traverser l'inox de part en part (ce temps dépend de l'épaisseur de la tôle à découper). Le jet avance en décrivant la trajectoire de la pièce à découper;  il met du temps pour traverser la matière et donc prend du retard entre le haut et le bas de la pièce :

Plus la vitesse d'avance du jet dans la matière est importante plus le retard de jet est important en conséquence;
à l'inverse plus la vitesse d'avance est lente, plus le retard de jet est faible.

En considérant la matière dans un plan de coupe, le retard de jet se traduit par une forme incurvée dans le sens opposé à celui de l'avance prise en fonction de la vitesse de déplacement. Cette forme incurvée est visible sur la tranche de la matière découpée par des stries plus ou moins accentuées : plus le retard est important, plus les stries sont visibles et donc plus le retard est faible, plus la tranche de la pièce est lisse. Ces stries présentes sur la tranche sont le signe de la qualité de coupe : plus la pièce présente de stries, plus la qualité est faible; et moins la pièce présente de stries, meilleure est la qualité.


Qualité de coupe jet d'eau


Pour une épaisseur donnée, la qualité de coupe en jet d'eau est donc directement liée à la vitesse d'avance. Pour illustrer ceci, voici une photo représentant la tranche d'une même pièce découpée en inox ep.18mm  avec une niveau de qualité croissant du haut vers le bas :

- 1er rang en haut : qualité "coupe de séparation", les stries sont très accentuées et présentes sur plus des 2/3 inférieurs de la tranche

- 2ème rang : qualité de coupe "brute", stries présentes et visibles sur la moitié inférieure  de la tranche

- 3ème rang : qualité de coupe "moyenne", stries très atténuées et à présentes sur moins du 1/3 inférieur de la tranche

- 4ème rang : qualité de coupe "fine", stries à peine visibles sur la pièce

- 5ème rang : qualité de coupe "très fine" ou "extra fine" : pas de strie sur la tranche

[Découpe inox au jet d'eau et qualité de coupe]
découpe jet d'eau inox - qualité de coupe

Il est donc possible de  déterminer la qualité de coupe d'une matière en fonction de la vitesse d'avance du jet dans cette matière. Et a contrario, le fournisseur de découpe jet d'eau détermine pour une qualité donnée, la vitesse de coupe à appliquer en fonction de l'épaisseur de la matière. La vitesse d'avance pour une qualité donnée n'est pas linéaire en fonction de l'épaisseur, mais elle s'écroule littéralement avec l'augmentation de l'épaisseur entre un acier inoxydable de 5mm et de 40mm.

[vitesse de découpe jet d'eau pour l'inox]
découpe jet d'eau inox : vitesse d'avance

Cette courbe est toutefois à nuancer : en effet, pour des contours particuliers présentant de nombreux changements de direction (par exemple pour des applications de découpe de motifs pour la décoration), il est nécessaire de ralentir avant et après les changements de direction pour maintenir la qualité de coupe dans ces zones et donc appliquer une qualité de coupe supérieure dans les zones sensibles.

Perçage  jet d'eau


Avant de découper la matière, le jet doit la traverser une première fois : cette phase est appelée le perçage. Plusieurs techniques sont employées pour traverser la matière : le jet reste sur place (perçage stationnaire), il décrit de petits cercles (perçage circulaire), il perce en avançant dans la matière (perçage linéaire)... Le perçage est une phase violente que tous les matériaux ne peuvent pas subir : en effet, le choc reçu par la matière est très important et par exemple certains verres ne résistent pas à l'onde de choc et se brisent au moment du perçage. Pour ces matières particulières, il n'est pas possible de les percer, le jet doit donc démarrer hors matière (il n'est donc pas possible de réaliser pour ces matières des contours intérieurs). Pour l'inox, compte tenu de la résistance du matériau, pas de difficulté, le perçage est fait dans la matière. De par les différents procédés de perçage possibles, un avantage du jet d'eau est la réalisation dans l'inox (matériau très dur) de trous d'un diamètre très petit en comparaison avec l'épaisseur de la tôle. Par exemple, un trou de diamètre 4mm est tout à fait réalisable dans une tôle d'épaisseur 20mm.

[Découpage jet d'eau inox : perçage]
Découpe jet d'eau : temps de perçage de l'inox

Le chanfreinage par jet d'eau


Avec une machine de découpe 5 axes (découpe en 3D), il est possible de découper la tôle en réalisant une coupe biaisée (coupe en chanfrein). Etant donné qu'il est possible au jet d'eau de repasser autant de fois sur chaque contour que désiré, tout type de chanfrein devient réalisable par ce procédé : chanfrein avec ou sans talon - chanfrein en V ou chanfrein en Y, chanfrein en X ou en chanfrein en K. L'épaisseur de matière est donnée par l'angle d'inclinaison de la tête. Dans le cas illustré ci-dessous angle d'inclinaison de +/-45° par rapport à la verticale.

[chanfreinage jet d'eau]
pièces chanfreinée a 45° jet d'eau

[chanfreinage par jet d'eau de l'acier inoxydable]
réalisation de tout type de chanfrein au jet d'eau 5 axes

Comme constaté sur la 1ère photo, la partie gauche de la pièce est chanfreinée à 45°, l'épaisseur de matière traversée est donc beaucoup plus importante (1.414 x 18 = 25.4mm environ) que pour une coupe droite : à qualité égale, on peut donc constater l'apparition de stries pour des chanfreins très inclinés. Ce léger défaut ne pose aucune difficulté pour la réalisation de soudure. Le chanfreinage jet d'eau peut donc se substituer à des phases de mécanique longues et couteuses. Le procédé reste un procédé d'usinage par découpe et les tolérances sont donc celles de la découpe au jet d'eau (supérieures à tolérances d'usinage mécanique).

[Découpe Inox Jet eau en chanfrein]
Le chanfreinage des pièces inox en jet d'eau

 

Tolérances de découpe jet d'eau

Les tolérances de découpe jet d'eau sont variables en fonction de l'épaisseur de tôle à découper et de la qualité de coupe demandée  et restent à titre indicatif :

épaisseur < 20mm : +/-0.15mm à +/-0.8mm
20mm < épaisseur < 60mm : +/-0.4mm à +/-1 mm
60mm < épaisseur : +/-0.6mm à +/-1.5mm

Les tolérances feront l'objet d'un article spécifique plus tard dans le blog.