Leçon 6.4CouperChapitre 6 · Découpe et usinage non conventionnel

Découpe au jet d'eau

De l'eau à très haute pression, généralement avec abrasif, érode une coupe

La découpe au jet d'eau tranche la matière avec un jet d'eau fin comme un cheveu, poussé à travers une minuscule pierre précieuse à une pression énorme. Mélangé à du sable de grenat fin, le jet coupe l'acier, le titane, la pierre et le verre ; l'eau pure seule coupe la mousse, le caoutchouc et même les aliments. Comme rien ne chauffe, la tranche garde ses propriétés d'origine : le jet d'eau est donc l'outil de coupe des matériaux que la chaleur abîmerait.

Photo : Public domain, via Wikimedia Commons

Tête de découpe au jet d'eau abrasif au-dessus d'une pièce, coupe latérale le long de la découpeLa figure est une coupe latérale le long de la découpe, avec la tête ouverte ; la tête se déplace vers la droite. Les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Mettre sous pression. Une pompe, généralement un multiplicateur de pression (une pompe à piston qui multiplie la pression), porte l'eau à environ 4 000 bar (60 000 psi), certaines machines encore plus haut.
Former le jet. L'eau passe par un orifice : une pierre de saphir, de rubis ou de diamant percée d'un trou de quelques dixièmes de millimètre. La pression se transforme en vitesse, jusqu'à environ 900 m/s.
Ajouter l'abrasif. Le jet rapide traverse une chambre de mélange et aspire du sable de grenat depuis une trémie, comme un flacon pulvérisateur aspire du liquide.
Viser et éroder. Un long tube de mélange dur (ou tube de focalisation) redresse le mélange en un jet d'environ 1 mm de large. Des millions de grains frappent la pièce et y érodent un étroit trait de coupe (la fente découpée).
Arrêter le jet. Sous la pièce, un bac d'eau profonde ralentit le jet épuisé et recueille le sable usé et les débris.
Suivre la trajectoire. La CNC déplace la tête le long du contour. Le jet se recourbe vers l'arrière au bas des coupes épaisses : la machine ralentit donc dans les angles pour les garder vifs.

Chiffres clés

Matériaux: Presque tout : acier, titane, aluminium, pierre, verre, céramiques, composites (abrasif) ; mousse, caoutchouc, textiles, papier, aliments (eau pure)
Pièces typiques: Profils plats, joints, plans de travail en pierre et marqueterie, panneaux de verre, supports aéronautiques
Taille de pièce: Tables jusqu'à plusieurs mètres ; métal jusqu'à environ 150 mm d'épaisseur
Précision: Souvent environ ±0,1 mm ; les pièces épaisses montrent une légère conicité
État de surface: Aspect mat, sablé ; lisse près du haut, de légères lignes ondulées près du bas ; pas de zone affectée thermiquement
Taille de série adaptée: De la pièce unique à la moyenne série
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage ; machines de dizaines à plusieurs centaines de milliers de dollars, plus le grenat et l'entretien de la pompe
Vitesse: Plus lent que le laser ou le plasma ; le métal épais peut prendre quelques minutes par mètre de coupe

Atouts et limites

Atouts

Pas de chaleur : ni déformation, ni durcissement, ni bords brûlés
Coupe presque tous les matériaux, y compris la pierre, le verre et les composites
Pièces épaisses, jusqu'à environ 150 mm de métal
Une machine coupe de nombreux matériaux sans changement d'outil

Limites

Plus lent et plus coûteux par mètre de coupe que les méthodes thermiques
Le grenat, les joints de pompe et les orifices sont des consommables coûteux
Trait de coupe d'environ 1 mm et légère conicité dans les pièces épaisses
Humide et bruyant ; les pièces doivent être séchées et le bac débarrassé des boues

Où on l'utilise

AéronautiquePièces en titane et en composites que la chaleur abîmerait
Pierre et verrePlans de travail de cuisine, marqueterie de sols, panneaux de verre et mosaïques
Ateliers d'usinageFlans de tôle épaisse, prototypes, pièces en alliages durs
AutomobileMoquettes intérieures, ciels de toit et joints (eau pure)
AlimentationDécoupe de gâteaux, de barres chocolatées et de poisson surgelé (eau pure)
Joints et mousseJoints en caoutchouc, calages d'emballage en mousse

Comment le reconnaître

Une face de coupe mate, finement sablée, sans aucune teinte de chauffe.
De légères lignes courbes près du bas des coupes épaisses, recourbées vers l'arrière par rapport au sens de coupe.
Une légère conicité : la coupe est souvent un peu plus large en haut qu'en bas.
Des formes complexes dans la pierre ou le verre, comme les marqueteries de sols, qu'aucune scie ne pourrait faire.

À comparer avec

Découpe laser6.2plus rapide et plus précis sur tôle mince, mais il chauffe la tranche et ne peut pas couper la pierre ni le verre épais.Découpe plasma6.3bien plus rapide et moins cher dans l'acier épais, mais il laisse une tranche chanfreinée et affectée thermiquement et ne coupe que le métal.Usinage ultrasonique6.9érode aussi avec des grains abrasifs, mais perce des formes dans des matériaux très durs et fragiles au lieu de découper des contours.

À regarder

Fireball Tool · Les bases d'une table de jet d'eau, pour débutants

Waterjet Channel - Daniel Adair · La pompe, l'orifice, le tube de mélange et le bac de réception expliqués

Secrets of Everyday Things · Pourquoi la pression seule ne suffit pas à couper l'acier

OMAXCorp · Une tête inclinable qui corrige la conicité, de près

Voir de vraies photos

Wikipédia : Water jet cutter — panorama avec un schéma d'une tête de coupe abrasive (orifice, grenat, tube de mélange)
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

La pression devient vitesse à un minuscule orifice en pierre précieuse ; le sable de grenat donne au jet son pouvoir de coupe.
Pas de chaleur : il coupe proprement la pierre, le verre, les composites et les métaux sensibles à la chaleur.
Plus lent et plus humide que le laser ou le plasma, avec un trait de coupe d'environ 1 mm et une légère conicité.