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CA 02621843 2008-02-26
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Contrôle d'alignement pour un système de découpe par jet d'eau
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de
contrôle d'alignement pour un système de découpe par jet d'eau.
Les systèmes de découpe par jet d'eau sont couramment utilisés
pour découper toutes sortes de matériaux. L'eau pure peut être suffisante
si les matériaux à découper sont assez tendres ou fins, mais pour la
découpe des matériaux plus durs et plus épais, l'eau doit en revanche être
mélangée à une poudre abrasive afin d'obtenir un jet plus puissant.
Les systèmes de découpe par jet d'eau chargée d'abrasif
comprennent une arrivée d'eau sous pression reliée à l'entrée d'une tête de
découpe qui comporte en général un tube de collimation destiné à conduire
l'eau sous pression jusqu'à une buse de formation de jet d'eau qui est
logée en sortie de ce tube de collimation et qui débouche dans une
chambre de mélange où de la poudre abrasive est introduite par aspiration.
Le jet d'eau chargée d'abrasif sortant de la chambre de mélange passe
ensuite dans le canal cylindrique d'un canon de focalisation. L'extrémité
aval du tube de collimation, la buse de formation du jet, et l'extrémité amont
du canon de focalisation, sont portés par un corps dans lequel est en outre
formée la chambre de mélange.
Pour une découpe performante et de bonne qualité, y compris pour
les pièces d'épaisseur relativement importante, de tels systèmes de
découpe doivent fournir un jet d'eau stable dans le temps et dont l'énergie
est la plus élevée possible.
Un jet d'eau instable ou insuffisamment puissant risque en effet de
compromettre la vitesse et la précision de la découpe, au risque de
provoquer des pertes de qualité au niveau des pièces découpées.
Or dans ces systèmes, l'énergie et la stabilité du jet d'eau peuvent
être fortement affectées par la qualité de l'alignement de l'axe de la buse
de formation du jet avec l'axe du canon de focalisation, notamment parce
qu'un mauvais alignement est susceptible d'engendrer des pertes de
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charge importantes dans le canon de focalisation et provoquer l'éclatement
ou la dispersion du jet.
La qualité de l'alignement de la buse de formation du jet avec le
canon de focalisation peut également avoir un impact sur la durée de vie du
canon, un mauvais alignement risquant d'entraîner une usure prématurée
du canon du fait de collisions plus importantes entre le jet et la paroi
interne
de ce canon.
Le bon alignement de l'axe de la buse de formation du jet avec l'axe
du canon de focalisation dépend principalement de la qualité
dimensionnelle des pièces composant la tête de découpe, en particulier la
buse, le canon et le corps de tête, mais aussi de la qualité du montage de
la buse dans son logement, ce montage consistant généralement en un
plaquage sous haute pression de cette buse dans ce logement. La qualité
d'un tel montage peut être sensiblement compromise par la présence de
corps indésirables, tels que des grains de poudre abrasive, qui viendraient
se placer entre la buse et les parois contre lesquelles cette buse est
plaquée.
Or il n'existe à l'heure actuelle aucun moyen pour contrôler la qualité
de l'alignement de la buse de formation du jet avec le canon de
focalisation, si ce n'est l'exécution de perçages chronométrés pour évaluer
l'énergie du jet d'eau abrasif, essais longs et peu précis.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple,
économique et efficace à ce problème.
Elle a pour objet un dispositif et un procédé qui permettent le
contrôle de l'alignement du jet d'eau, et donc de l'alignement de l'axe de la
buse de formation du jet avec l'axe du canon de focalisation, avec des
moyens simples, peu coûteux et de mise en oeuvre rapide.
Elle propose à cet effet un dispositif de contrôle de l'alignement d'un
jet d'eau dans un système de découpe par jet d'eau qui comprend une
arrivée d'eau sous pression, une buse de formation du jet d'eau
débouchant dans une chambre d'aspiration de poudre abrasive, et un
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canon de focalisation monté en sortie de cette chambre, ce canon de
focalisation comportant un canal cylindrique interne de passage du jet
d'eau ayant un diamètre constant, caractérisé en ce qu'il comprend des
moyens de positionnement d'un élément annulaire en sortie du canon de
focalisation, à distance de cette sortie et aligné sur l'axe du canon de
focalisation, cet élément annulaire ayant un diamètre interne égal à celui du
canal interne du canon de focalisation.
Du fait de sa localisation et de son diamètre interne, cet élément
annulaire permet de tester l'alignement du jet d'eau en sortie du canon de
focalisation. En effet, si le jet d'eau est bien aligné, il doit passer au
centre
de l'élément annulaire sans entrer en contact avec cet élément. Par contre,
en cas de désalignement, l'élément annulaire constitue un obstacle pour
une partie au moins du jet d'eau qui va donc rejaillir au contact de cet
élément annulaire. L'observation de rejaillissements ou de l'absence de
rejaillissements renseigne donc sur la qualité du jet d'eau, et par
conséquent, sur la qualité de l'alignement de l'axe de la buse de formation
de ce jet avec l'axe du canon de focalisation.
Selon un mode de réalisation préféré, l'élément annulaire est formé
par l'extrémité aval d'un embout tubulaire cylindrique fixé, par exemple
vissé ou emboîté, sur l'extrémité aval du canon de focalisation.
Ce mode de réalisation offre un moyen simple de monter et de retirer
l'élément annulaire, incorporé à l'embout tubulaire, tout en garantissant son
bon positionnement grâce à la rigidité de cet embout tubulaire.
L'embout tubulaire comprend avantageusement un canal cylindrique
interne de passage du jet d'eau, ce canal ayant un diamètre supérieur à
celui du canal interne du canon de focalisation, et se terminant à son
extrémité aval par un rebord interne formant l'élément annulaire.
Le diamètre supérieur du canal de l'embout permet d'éviter que ce
canal agisse comme une extension du canon de focalisation et rende
inopérant l'élément annulaire destiné à tester l'alignement du jet d'eau.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'embout tubulaire
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comprend au moins une fenêtre formée dans sa paroi cylindrique au
voisinage de son extrémité aval.
Cette fenêtre permet d'accroître la fiabilité du contrôle de
l'alignement, en fournissant une voie latérale d'évacuation pour une partie
au moins du jet d'eau en cas de désalignement.
Le dispositif selon l'invention comprend également des moyens de
réduction de la pression d'alimentation en eau et des moyens de réduction
du débit d'alimentation en eau, mis en service pour le contrôle de
l'alignement du jet d'eau.
Il est en effet préférable de réduire fortement le débit et la pression
d'alimentation en eau lors du contrôle de l'alignement du jet, de manière à
avoir un jet fin et cohérent, c'est-à-dire sensiblement sans divergence, en
sortie du canon de focalisation, ce qui facilite beaucoup le contrôle
d'alignement, en réduisant notamment les risques d'erreurs d'observation.
L'invention propose aussi un procédé de contrôle de l'alignement du
jet dans un système de découpe à jet d'eau, consistant :
- à fixer à la sortie du canon de focalisation un embout tubulaire
cylindrique comportant à son extrémité aval un élément annulaire centré
sur l'axe du canon et ayant un diamètre interne égal à celui du canon ;
- à alimenter le système de découpe en eau à une pression réduite et
à un débit réduit, sans apport de poudre abrasive, pour obtenir en sortie du
canon un jet d'eau cohérent, sensiblement sans divergence ;
- et à observer les éventuels rejaillissements d'eau sur l'élément
annulaire en cas de défaut d'alignement du jet d'eau.
Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, où
le système est alimenté à une pression d'environ 2500 bars pour une
découpe, et à un débit d'environ 4,7 litres par minute, on réduit la pression
d'alimentation à environ 700 bars et le débit à environ 0,22 litres par minute
pour le contrôle de l'alignement du jet.
De telles valeurs de pression et de débit permettent, dans cet
exemple, d'obtenir en sortie du canon un jet d'eau suffisamment fin et non
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divergent.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à
la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et
en
référence aux dessins annexés dans lesquels :
5 - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un système de
découpe par jet d'eau chargée d'abrasif ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif
selon l'invention, dans un cas de désaiignement du jet d'eau ;
- la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale à plus
grande échelle d'un exemple de réalisation du dispositif selon
l'invention.
On se réfère d'abord à la figure 1 montrant une tête d'un système de
découpe par jet d'eau abrasif, comprenant un corps 10 portant l'extrémité
aval d'un tube de collimation 12 qui comporte un canal interne 14, et
l'extrémité amont d'un canon de focalisation 16 qui est monté sur ce
corps 10 grâce à un écrou de serrage 18 et qui comporte un canal
interne 20 dont l'entrée 32 a une forme d'entonnoir. Le corps 10 comporte
également une entrée latérale 22 munie d'un raccord 24 auquel est
connectée une amenée de poudre abrasive 26. Une buse 28 de formation
de jet d'eau est logée dans le corps 10 en sortie du tube de collimation 12,
et débouche dans une chambre de mélange 30 qui est formée dans le
corps 10 et qui communique avec l'entrée 32 du canal interne 20 du canon
de focalisation 16 et avec l'entrée latérale 22.
En fonctionnement, de l'eau sous pression, symbolisée par la
flèche 34, s'écoule dans le canal interne 14 du tube de collimation 12
jusqu'à rencontrer la buse 28. L'eau sort de cette buse sous la forme d'un
jet très puissant dont le passage à grande vitesse dans la chambre de
mélange provoque l'aspiration par effet venturi de poudre abrasive, dont le
flux est symbolisé par la flèche 36. Le mélange d'eau et de poudre abrasive
passe ensuite dans l'entrée 32 du canal interne 20 du canon de
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focalisation 16, où le jet est accéléré jusqu'à être projeté par la sortie 38
de
ce canon de focalisation.
Le dispositif de contrôle d'alignement de jet selon l'invention
comprend (figure 2) un embout tubulaire 40 qui est monté sur la partie aval
du canon de focalisation 16 du système de découpe représenté sur la
figure 1, et qui comprend un canal cylindrique interne 42 de diamètre
supérieur au diamètre du canal interne 20 de ce canon de focalisation. Un
rebord annulaire interne 44 est formé à l'extrémité aval de l'embout
tubulaire 40 et délimite un orifice de sortie cylindrique 48 du canal
interne 42. Le diamètre interne de cet orifice de sortie 48 est égal au
diamètre du canal interne 20 du canon de focalisation 16. Les canaux
internes 20 et 42 ainsi que la sortie cylindrique 48 sont en outre disposés
selon le même axe. Par ailleurs, l'embout tubulaire 40 comporte également
une ouverture ou fenêtre 46 formée dans sa paroi cylindrique, au voisinage
de son extrémité aval, cette ouverture débouchant dans le canal 42 de
l'embout et ayant des dimensions supérieures au diamètre de ce canal.
Le principe de fonctionnement et d'utilisation de ce dispositif de
contrôle est le suivant : on ferme l'alimentation en poudre abrasive et on
réduit la pression et le débit d'alimentation en eau du système de découpe
afin d'obtenir un jet d'eau suffisamment fin et cohérent, c'est-à-dire
présentant une divergence sensiblement nulle en sortie du canon de
focalisation 16. Pour la réduction du débit d'eau, on peut de façon simple
faire passer la totalité du débit d'alimentation en eau dans un conduit
équipé d'une vanne de contrôle de débit, réglée au débit souhaité, ce
conduit se trouvant en dérivation sur le conduit d'alimentation du système
de découpe et lui étant relié par une vanne d'arrêt fonctionnant en tout ou
rien, que l'on peut piloter par exemple par une pression d'air. On monte
l'embout 40 sur le canon de focalisation conformément à la figure 2, puis on
alimente ce système de découpe avec le débit réduit d'eau. Le jet d'eau 54
s'écoule alors dans le canal interne 20 du canon de focalisation 16 puis
dans le canal interne 42 de l'embout tubulaire 40 jusqu'à sa sortie 48.
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Si le jet d'eau est correctement aligné, il passe par l'orifice de
sortie 48 sans rejaillir de façon notable sur le rebord 44.
En revanche, si le jet d'eau 54 est mal aligné comme illustré sur la
figure 2, une partie relativement importante du jet d'eau entre
inévitablement en contact avec le rebord annulaire 44, ce qui donne lieu à
des rejaillissements d'eau 50 au niveau de la sortie 48 et par la fenêtre 46.
Si le désalignement du jet d'eau est très important, il se peut que ce
jet se reconstruise par rebonds répétés contre la paroi du canal interne 42,
et finisse par ressembler à un jet correctement aligné en arrivant au niveau
de la sortie 48. La fenêtre 46 permet de distinguer cette situation du cas
d'un alignement correct en raison d'une sortie d'eau importante par cette
fenêtre.
Le contrôle d'alignement à l'aide du dispositif selon l'invention
consiste donc à observer d'éventuels rejaillissements 50 et 52,
caractérisant un mauvais alignement.
Dans le cas où le contrôle a mis en évidence un mauvais alignement
du jet, et donc un mauvais alignement de l'axe de la buse 28 de formation
de ce jet avec l'axe du canon de focalisation 16, on peut démonter la buse
28 du système et la remplacer par une buse neuve, ou éventuellement la
remettre en place après nettoyage si le désalignement était causé par la
présence de corps indésirables dans le logement de cette buse 28.
La figure 3 représente un exemple de réalisation de l'embout 40
prévu pour coopérer avec un écrou de serrage non représenté que l'on
visse sur une partie filetée 56 de la surface extérieure de l'embout, au
voisinage de son extrémité amont. Outre le canal interne 42, le rebord
annulaire 44 et la fenêtre 46 déjà évoqués, l'embout 40 comprend une
partie amont à fente axiale 58, délimitant deux mâchoires sensiblement
semi-cylindriques et symétriques 60.
Le montage de l'embout 40 sur la tête de découpe s'effectue en
insérant la partie aval du canon de focalisation 16 entre les deux
mâchoires 60, puis en vissant l'écrou de serrage sur la partie 56 de
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l'embout jusqu'à obtenir un serrage suffisant du canon de focalisation par
les mâchoires 60, afin d'assurer une bonne tenue du dispositif sur la tête du
système de découpe.
De façon générale, l'embout tubulaire 40 des figures 2 et 3 constitue
un exemple de moyen permettant de positionner un élément annulaire 44 à
distance et dans l'axe du canon de focalisation 16. D'autres moyens
peuvent être utilisés pour placer l'élément annuiaire dans l'axe du
canon 16, ces moyens étant des équivalents techniques des moyens
décrits et représentés.
