La découpe par jet d'eau : La fiabilité du groupe haute pression d'abord

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Un mince filet d'eau sous très haute pression (4 200 bars), propulsé par une buse de quelques dixièmes de millimètres à la vitesse supersonique de 900 m/s, per- fore et coupe les matériaux tendres, organiques, plastiques, fibreux... Mélangé à des abrasifs, il attaque aussi les plus durs : métaux, carbures, verre, céramiques... Un principe simple et " magique ", en somme. " Le procédé est parfois lent, mais il est universel : on coupe au jet abrasif tout ce qui est impossible à attaquer par d'autres moyens ", résume Xavier Billotte, président du Club Jet d'eau et utilisateur expérimenté, puisqu'il a créé XB-Industries, une entreprise de sous-traitance spécialisée dans cette technologie de découpe. Le bon fonctionnement d'une installation (table de découpe à plat, robot pour les pièces complexes en 3D ou machine spéciale pour des applications particulières dans l'agroalimentaire, le cuir, le génie civil) dépend avant tout de la fiabilité du groupe de pompage à haute pression, ou surpresseur. Ce groupe électrique de pompage est constitué d'un ou plusieurs cylindres amplificateurs de pression avec un piston étagé. Celui-ci porte la pression primaire d'huile à 200 bars, appliquée sur le grand diamètre pour comprimer l'eau, à 4 000 bars sur l'autre section, vingt fois plus petite. Le groupe est piloté par un automate programmable qui règle aussi la vanne de contrôle en continu de la haute pression pour lancer la coupe dans le milieu de la plaque du matériau.

De longues années de R & D

Cette technologie hydraulique, simple dans son principe, implique beaucoup de savoir- faire. " De longues années de recherche-développement sur les composants hyperbares nous ont été nécessaires pour construire une gamme de surpresseurs fiables, avec des débits élevés et continus jusqu'à 10 litres/min ", rappelle Jean-Luc Maingot, directeur de Flow France. Il parle en connaissance de cause : avec un autre américain, Ingersoll-Rand, Flow a lancé cette technologie, et tous deux restent les principaux fabricants. La qualité des équipements hydrauliques annexes, comme les unités de traitement de l'eau, les doseurs d'abrasifs, les têtes de mélange et les buses, importe aussi énormément. Les buses méritent une attention particulière. Leur durée de vie est en effet limitée, puisqu'elles sont aussi usées par l'eau et l'abrasif. " En découpe à l'eau pure, nos buses en saphir durent environ deux cents heures, et celles en diamant le double ", expose Alain Nègre, gérant de Zehr, une société spécialisée dans la revente de ces consommables. Avec un abrasif, la durée de vie n'excède pas une centaine d'heures. De plus, il faut remplacer périodiquement la chambre de mélange et le canon de focalisation de l'abrasif placé dans l'axe de la buse. Les têtes de découpe et les ensembles canon-buse font cependant l'objet de recherches pour augmenter leur longévité, à la fois chez les constructeurs de pompes qui les ont brevetés, comme Flow avec son Paser 3, chez des spécialistes des buses (Comadur, MVT, Procer) ou chez des utilisateurs, tel le suisse Carlosa, qui a mis au point une tête auto-alignée. " L'eau doit être soigneusement filtrée à 1 micromètre pour la découpe industrielle afin d'éviter les microdépôts calcaires à 0,2 ou 0,5 micromètre pour l'agroalimentaire ", conseille Raffaël Masiello, directeur du Critt Techniques jet fluide et usinage de Bar-le-Duc (Meuse). Cette structure d'assistance aux industriels les aide à choisir une machine, effectue des tests sur des pièces réelles et accompagne la mise en place des équipements.

Améliorer la cohérence du jet

La nature de l'abrasif (grenat, olivine...), la granulométrie et le débit doivent également être choisis en fonction du matériau. Le Critt, qui étudie les paramètres couple-outil-matière sous 3 500 bars pour différentes applications, indique que, pour un réglage de machine, il existe un débit optimal d'abrasif, par exemple de 25 kg/h pour des vitesses de découpe de 1 000 m/ min. La qualité de la coupe est meilleure. " En ajoutant à l'eau les additifs chimiques Super-Water, on améliore la cohérence du jet et la qualité de la coupe. De surcroît, l'emploi d'abrasifs solubles, injectés par une pompe doseuse, accroissent de 15 % la productivité de coupe ", remarque Daniel Weber, qui commercialise ces produits américains. Toutefois, comparée à d'autres technologies d'usinage non conventionnelles, les coûts de maintenance des surpresseurs et l'incidence financière des consommables rendent la découpe jet d'eau coûteuse. Ainsi, les coûts horaires issus d'expériences industrielles du Critt varient de 693 à 412 francs, respectivement pour huit et vingt-quatre heures de travail en coupe à l'eau pure, et de 701 à 520 francs à l'abrasif.



En savoir plus

SYMAP (syndicat) Tél. : 01-47-17-67-17

" Machine-outil 2000 ", 27 mars au 1er avril 2000.

Club Jet d'eau THP 8, parc Bradfer 55000 Bar-le-Duc. Tél. : 03-29-45-96-72

" Guide de référence ", édité par le Critt Techniques Jet fluide et usinage de Bar-le-Duc Tél. : 03-29-79-36-55

" Les Techniques de découpe par jet d'eau " Etude TechTendances d'Innovation 128 Tél. : 01-44-51-15-00



À venir

Tables " prêtes à découper " pour sous-traitants

Axiome vient de développer une gamme de machines Job-Shop à têtes interchangeables pour l'eau pure et à l'abrasif pour les sous-traitants en tôlerie et les marbriers. Les deux plus grandes machines, jusqu'à 6 m de longueur par 2 m de large, peuvent être équipées d'une ou de deux têtes qui travaillent en parallèle. Ces matériels intégrés et " prêts à découper " peuvent être livrés avec CFAO, unité de traitement des boues et diverses têtes de perçage mécanique annexe.

Le jet d'eau se marie avec le plasma

Electro-Equipements a associé l'oxycoupage et la découpe au plasma au jet d'eau abrasif. " L'intérêt de cette machine est de découper au plasma les tôles épaisses jusqu'à 30 mm d'épaisseur en réservant le jet d'eau pour l'usinage de trous en milieu de tôle ", expose le directeur, Daniel Liret. Les trous inférieurs à l'épaisseur de la tôle sont en effet impossibles à réaliser à la torche au plasma. Quatre machines de 3 et 6 mètres de long (prix moyen, 1 million de francs) ont déjà été installées.

Des machines de découpe à huit buses

Le suédois Projet Abb développe une technologie norvégienne Kongsberg afin de construire des systèmes de grande capacité multitêtes à abrasif. Une installation à huit buses est en service chez son représentant français, Découpes Industries, sous-traitant en jet d'eau installé dans l'Essonne. Cette installation est alimentée par un groupe hydraulique à cinq surpresseurs à 4 000 bars avec huit doseurs d'abrasif. " C'est-à-dire que l'on peut travailler en parallèle sur huit pièces à la fois ", explique Samuel Charraire, dirigeant de l'entreprise. Consommation journalière : 2 à 3 tonnes d'abrasif.

Des pistons en céramique pour les surpresseurs

Ingersoll-Rand vient de réduire le nombre de pièces mécaniques et hydrauliques de sa nouvelle famille de groupes hydrauliques SL/IV à 4 150 bars, 22 à 75 kW et huit buses (maximum). Objectif : doubler la durée de vie des pistons. Ceux-ci sont protégés par un revêtement céramique. Carénée et insonorisée (80 dB), cette nouvelle génération intègre tous les équipements de commande nécessaires.

Petite machine intégrée pour le prototypage et l'enseignement

Sur la base de sa technologie de pompes rotatives de chantier, le constructeur américain Flow vient de développer la Bengal, une petite table de découpe pour des pièces jusqu'à 1 200 x 1 200 x 100 mm. Très intégrée et facile à utiliser, Bengal est pilotée par un PC et livrée avec le logiciel FlowMaster, dédié à la coupe à l'abrasif. Marchés visés : prototypage, enseignement et sous-traitance de petite taille. Prix : 650 000 francs environ.



MÉCANIQUE - MACHINES D'ATELIER

La découpe à l'eau pure poursuit sa pénétration chez les équipementiers de l'automobile, qui utilisent de plus en plus de cellules robotisées. Et dans la sous-traitance avec les tables intégrées.

LES TENDANCES QUI SE DESSINENT

Vers les installations intégrées

Plus de 10 000 installations en service dans le monde, dont un tiers en Europe et 400 en France : la découpe par jet d'eau à haute pression a atteint sa maturité industrielle. " 200 industriels français emploient 250 machines, et les 80 sous-traitants recensés disposent de 120 installations, souvent en complément de tables de découpe au laser ", estime Raffaël Masiello, animateur du Club Jet d'eau THP, association française de constructeurs et d'utilisateurs.

Les carbures ou les céramiques également

Cet outil immatériel, qui travaille à une vitesse " supersonique ", découpe tous les produits tendres de l'alimentaire (confiseries, pâtisseries, charcuteries, pizzas...) et de la plasturgie (moquettes, tapis et laine de roche), sans parler du bois, des cartons.... Il découpe aussi les structures sandwichs et composites sans les écraser. Et, si l'eau est chargée d'abrasifs, elle attaque aussi les matériaux durs, comme les carbures ou les céramiques ! En découpe à l'eau pure, le marché des équipementiers de l'automobile est en forte croissance. Les installations utilisées sont des cellules robotisées intégrant des machines à six axes, qui guident les buses et détourent les habillages intérieurs d'habita- cles en matériaux textiles et les planches de bord. " Nous étudions désormais des cellules avec quatre robots qui travaillent ensemble autour d'un plateau tournant portant les pièces ", confie Jean-Pierre Degueret, d'AT-Nutech, société d'ingénierie du groupe Cogema qui construit ces installations spéciales robotisées. " Chez certains équipementiers, le jet d'eau commence toutefois à être remplacé par le fraisage robotisé à grande vitesse ", modère pour sa part Vincent Tourangin, le dirigeant d'Axiome, une PME vendéenne qui propose cette technologie alternative au jet d'eau.

La recherche de coûts d'exploitation réduits

Autre secteur où la découpe au jeu d'eau croît, la sous-traitance mécanique, qui achète beaucoup d'installations clés en main. Les intégrateurs spécialisés jouent un grand rôle, puisque ce sont eux qui prennent en charge la réalisation d'installations complètes. Parmi les principales préoccupations, la recherche de coûts d'exploitation réduits domine. Or l'exercice est peu évident, puisque, malgré la baisse des prix des surpresseurs, ces frais varient selon la durée de vie des joints, des pistons et des cylindres. La Découpe-Projet, l'agent français d'Ingersoll-Rand, met ainsi l'accent sur les pistons en céramique qui équipent ses surpresseurs. Pour la même raison, les groupes multicylindres sont devenus la règle dans de nombreuses applications devant fonctionner en continu. Les pièces de l'un des cylindres mis hors circuit peuvent être remplacées sans arrêter le fonctionnement des autres pendant la maintenance. Des groupes de grande puissance sont aussi construits, lesquels ont l'avantage de pouvoir alimenter plusieurs tables. Ce type de configuration, qui permet de mieux utiliser une même ressource, convient particulièrement bien dans l'industrie alimentaire, notamment pour découper en continu des gâteaux, pizzas, barres chocolatées... Technocut propose des groupes avec six cylindres en parallèle et Projet AB des installations à douze têtes de découpe. C. G.