CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Bien que la technique du jet d'eau abrasif soit maîtrisée industriellement, elle fait encore l'objet de nombreux travaux de recherche dont un des objectifs est de parvenir à modéliser le mélange triphasique s'opérant dans la chambre de mélange pour optimiser les performances de coupe. A ce jour, aucun modèle satisfaisant n'a pu être développé. Certains travaux s'en approchent cependant, comme le modèle triphasique implicite développé par Raissi, [Rai. 1996].

Cette question n'était pas précisément l'objet de notre recherche, mais l'étude de l'évolution granulométrique des abrasifs au cours du processus de mélange et sa corrélation avec les performances de coupe a révélé des éléments intéressants.

Les résultats de l'étude de l'évolution des particules abrasives au cours du processus de découpe diffèrent quelque peu de ceux couramment admis. De nombreux travaux de recherche tendent à montrer que la coupe est le fait de particules abrasives dont la granulométrie se situe entre 180 et 250 µm.

Dans notre installation, toutes les populations granulométriques ont été affectées par le processus de fragmentation dans la tête de mélange, y compris la population généralement la moins sensible, celle comprise entre 75 et 150 µm. L'analyse de l'abrasif a révélé que :

− les particules dont les diamètres initiaux sont supérieurs à 150 µm sont tout particulièrement affectées par le phénomène ;

− les particules introduites initialement se fragmentent en particules effilées de diamètre inférieur à 63 µm ;

− le diamètre moyen des échantillons d'abrasif est réduit de plus du tiers lors du processus de mélange, ramenant à une faible proportion les particules de cette granulométrie.

L'analyse des performances de coupe en fonction de la granulométrie initiale montre que les abrasifs de diamètre moyen initial inférieur à 150 µm ont des performances de coupe bien supérieures à celles des autres abrasifs et qu'ils présentent une moindre sensibilité au phénomène de fragmentation. Pour un débit et une vitesse identiques, un abrasif de diamètre moyen initial de 106 µm contenant 75 % de particules fines permet une amélioration de 50 % des performances de coupe par rapport à un abrasif de diamètre moyen initial de 466 µm. La performance de coupe n'est liée ni à une classe granulométrique ni à sa proportion, mais plutôt à la manière dont les particules sont mises en vitesse et à l'énergie qu'elles libèrent au moment de l'impact. Les performances de coupe sont aussi liées aux caractères géométriques des abrasifs. La comparaison de l'efficacité de coupe de deux grenats de granulométrie identique, mais de provenance différente, a mis en évidence un fait intéressant. A granulométrie initiale identique, l'abrasif dont les grains sont très arrondis au départ se montre plus performant (augmentation de 5 à 15 % des performances de coupe selon les paramètres du procédé). Le processus de mélange entraîne un effilement des particules abrasives qui, selon les cas, leur confère, ou leur permet de conserver, un plus grand pouvoir érosif. Il semble cependant que l'influence de la qualité du mélange dans la chambre soit prépondérante sur les performances de coupe par rapport aux facteurs granulométrique et géométrique.

Il nous a donc semblé essentiel d'introduire ces notions dans un nouveau modèle d'enlèvement de matière. Il a été difficile d'établir au préalable une loi d'évolution des paramètres de forme des grenats, mais une relation décrivant la variation granulométrique a pu être établie et rapprochée de l'évolution des performances de coupe.

Le modèle d'enlèvement de matière développé s'étend à une large gamme de pressions, jusqu'à 380 MPa, et à une large gamme de granulométries d'abrasif, jusqu'à 466 µm. Il permet de déterminer la hauteur de coupe prévisible en fonction notamment de la fraction χ de particules abrasives participant au mode d'enlèvement de matière d'érosion par déformation. Cette fraction χ, elle-même fonction de l'évolution de la granulométrie des abrasifs au cours du processus de mélange, est définie par un modèle spécifique.

Le modèle d'enlèvement de matière proposé mérite la mise en place de nouvelles expérimentations visant à :

− vérifier la qualité du modèle quant à la détermination des hauteurs de coupe prédites ;

− déterminer une expression de la fraction χ en fonction du diamètre de l'abrasif, mais aussi en fonction du matériau impacté – les pertes cinétiques des particules abrasives avec la profondeur de coupe dépendent des propriétés mécaniques du matériau ;

− modéliser l'évolution des paramètres de forme des particules abrasives au cours du processus de mélange pour affiner le paramètre rondeur pris en compte dans le modèle, comme cela est le cas maintenant pour la granulométrie ;

− étudier plus finement l'évolution des angles d'impact, au cours de la coupe, en fonction des paramètres du procédé pour justifier la condition relative à l'angle critique d'impact utilisée dans le modèle de Hashish.

Il n'est pas non plus d'un usage simple, mais s'inscrit pour le moment dans un cadre de recherche qui permet de prévoir avec une approximation correcte la hauteur de coupe (erreur de ± 0,5 mm). Pour qu'un tel modèle puisse être proposé à un large public, le développement d'un logiciel qui permette de l'adapter à des conditions industrielles paraît nécessaire.

Une perspective d'application des résultats de l'étude granulométrique est de définir une granulométrie d'abrasif optimale pour la coupe, puis d'étendre cette notion à la micro découpe pour la réalisation de saignées inférieures à 0,4 mm. Le niveau d'avancement de l'étude ne le

permet pas encore. On sait seulement qu'un abrasif fin est favorable pour un mélange efficace, une accélération optimale et une meilleure capacité de coupe du jet d'eau.

L'étude granulométrique entreprise peut en revanche trouver une application dans le recyclage des abrasifs de découpe par jet d'eau abrasif. Les premières études réalisées, notamment celle de Krishnaiah Chetty, [Kri. et al. 1999], ont montré que l'utilisation d'abrasifs recyclés permet d'obtenir un meilleur état de surface. Effectivement l'état de surface est le résultat de l'action des particules fines, particules abrasives de diamètre inférieur à 63 µm. Nous avons montré que le phénomène de fragmentations successives des particules, lors du processus de mélange et de coupe, entraîne une augmentation conséquente de cette classe de particules abrasives.

Guo, [Guo et al. 1994], a obtenu des rugosités (Ra) inférieures à 0,3 µm. Il a trouvé que l'efficacité de coupe est réduite d'au moins 30% avec les recyclages successifs (dp< 45 µm), la

coupe étant réalisée par les particules de diamètre supérieur à 180 µm. Nous avons démontré que ce n'est pas forcément le cas.

Une étude plus poussée permettrait de définir précisément la granulométrie et la proportion des particules abrasives à ajouter en cours de procédé pour conserver l'efficacité de coupe.