La découpe au jet d'eau donne l'avantage aux lugeurs

Chris Mazdzer (avant) et Jayson Terdiman (arrière) de la course des États-Unis lors de la Coupe du monde de Lake Placid les 15 et 16 décembre 2018. Photo d'Ayden Meyers.

Piloter une luge demande une force, une habileté et un courage extraordinaires. Alors que leurs traîneaux parcourent les courbes, les virages et les lignes droites d'une piste de 1 mile faite de neige tassée et de glace, les athlètes de l'équipe USA Luge vont à des vitesses allant jusqu'à 90 MPH et résistent à des forces allant jusqu'à 7 G. Un millième de seconde peut faire la différence entre l'or et l'argent.

Fabriquer les patins du traîneau, également appelés lames ou aciers, pour ce sport à haute vitesse et à gros enjeux est une affaire sérieuse. Avec tant de ride sur ces aciers, USA Luge compte sur Accurate Waterjet à Phoenix, Arizona.

Arnie Lytle a acheté Accurate Waterjet en 2008 après plus de huit ans chez LAI (anciennement Laser Applications Inc.), l'une des plus grandes sociétés de laser et de jet d'eau au monde. Lytle a commencé à travailler avec USA Luge en 2006, avant d'acheter Accurate Waterjet. Le petit-fils de sa femme, qui était stagiaire chez USA Luge, a fait le premier contact.

Bien que les courses de luge existent depuis les années 1400, les épreuves de luge n'ont été présentées aux Jeux olympiques d'hiver que depuis 1964. Aujourd'hui, USA Luge recrute des athlètes à partir de 9 ans, les plus de 20 ans concourant généralement au niveau olympique, selon Gordy Sheer, directeur du marketing et du parrainage de l'équipe. L'équipe nationale est réduite à 10 athlètes tous les quatre ans avant la compétition olympique.

Les traîneaux sont fabriqués sur mesure pour s'adapter à la taille, au type de corps et à la façon de se déplacer de chaque membre de l'équipe. Les luges mesurent environ 3 pieds de long, pèsent environ 60 livres et valent plus de 40 000 $ chacune. "Chaque athlète de l'équipe nationale reçoit un traîneau personnalisé en fonction de sa taille, de son poids et de ses préférences, ainsi que quelques ensembles d'aciers", a expliqué Sheer. "Les formes des aciers peuvent être modifiées en fonction des conditions, des préférences du cycliste et d'autres facteurs." Les entraîneurs de l'équipe finissent à la main chaque ensemble d'aciers avant de les attacher aux traîneaux, puis de les régler davantage pour s'adapter à l'athlète individuel.

Accurate Waterjet façonne de nouveaux aciers pour l'équipe américaine de luge tous les quatre ans à mesure que de nouveaux traîneaux sont développés pour la compétition olympique. "Tous les quatre ans, lorsque nous faisons cela, le processus change considérablement et les matériaux que nous coupons changent de manière significative", a déclaré Lytle. "C'est un processus de haute technologie très complexe pour développer ces traîneaux et ces aciers."

Pour couper la dernière génération d'aciers, que USA Luge courra aux Jeux olympiques d'hiver de 2020 à Pékin, Lytle et son équipe ont relevé un nouveau défi : pour la première fois, chaque acier serait façonné à partir d'une seule plaque de métal d'environ 2 pouces d'épaisseur par 2,5 pouces de largeur et 43,5 pouces de longueur.

Comme l'a expliqué Sheer, la conception monobloc exige un post-traitement précis après la découpe au jet d'eau "pour s'assurer qu'il est parfaitement façonné pour réduire le frottement sur l'acier et maximiser la vitesse. Les aciers doivent être fabriqués selon des spécifications exactes avec un profil en constante évolution le long de son bord. Certains endroits doivent être plus nets et d'autres plus ronds. Tout est relatif. Trop tranchants, ils s'enfoncent dans la glace, créant une friction supplémentaire."

Le métal développé pour les traîneaux de l'équipe est similaire à l'acier inoxydable, bien que la composition précise du matériau soit un secret bien gardé, inconnu même de Lytle. Alors, comment pourrait-il déterminer la meilleure façon de le couper?

"Dans la découpe au jet d'eau, c'est vraiment un processus d'érosion contrôlée, pas vraiment un processus de découpe", a-t-il expliqué. "Ce qui affecte la vitesse à laquelle vous pouvez aller, c'est l'indice d'usinabilité, qui est déterminé par la composition de l'alliage ainsi que la dureté du matériau."

Les aciers, montrés ici sur le dessous de la luge, sont découpés au jet d'eau dans des tolérances serrées, puis finis et adaptés à chaque athlète de luge.

Au début de sa carrière dans le jet d'eau, Lytle a acquis une expérience précieuse en réalisant des études d'efficacité, en évaluant plusieurs variables telles que la façon dont différentes tailles de grains abrasifs affectent la coupe, la façon dont les différentes qualités et types d'abrasifs fonctionnent, comment différents débits d'abrasif affectent l'efficacité de la coupe et comment différents débits d'eau sont affectés à la fois par la pression et la taille de l'orifice.

Lytle et son équipe adoptent une approche expérimentale pour déterminer la meilleure façon de couper l'alliage inconnu. Ils effectuent une coupe d'essai à une vitesse de fonctionnement sûre, généralement entre 70 et 80 % du réglage final. Ils évaluent ensuite la coupe d'essai et, si la finition est bonne et bien dans les tolérances spécifiées, augmentent la vitesse d'environ 5 %. Ils répètent cela jusqu'à ce que le bord coupé soit sur le point de sortir de la tolérance, puis ralentissent légèrement la vitesse pour établir le réglage optimal.

Cette approche prudente était particulièrement justifiée pour les jeux de 2020, car le matériau de 2 pouces d'épaisseur est plus épais que les aciers de luge précédents. "Nous ne voulions pas aller trop vite et avoir des stries ou des lignes dans la coupe", a déclaré Lytle. "Si vous le poussez trop vite, il ne coupe pas complètement et erre un peu d'avant en arrière. Vous commencez à avoir une coupe grossière, et ce n'est pas satisfaisant.

"Sur le jet d'eau, une certaine qualité d'alliage ou de matériau coupe généralement dans une certaine plage", a-t-il poursuivi. "Nous coupons à une taille proche de la taille nette, de sorte que lorsque les aciers passent à la finition, ils peuvent être usinés facilement et éviter un durcissement potentiel à la machine, ce qui peut être un énorme problème lors de l'étape de finition secondaire."

La matière première pour les aciers se présente sous forme de barres, et à l'origine l'équipe demandait un rendement d'un ou deux aciers par barre, mais Lytle et son équipe ont créé un parcours d'outil avec une coupe en ligne commune qui permettait aux aciers de partager des arêtes ; quatre coupes dans une barre ont donné trois aciers. La création de ce rendement supérieur aux attentes a nécessité un haut niveau de précision. La conicité peut être un problème, donc Accurate a modifié la programmation pour ralentir la vitesse d'avance afin de couper plus précisément. L'usinage qui se produit après la découpe au jet d'eau nécessite que les ébauches soient découpées au jet d'eau dans des tolérances très serrées.

Pour la dernière génération d'aciers, Lytle s'est appuyé sur une machine à jet d'eau Mitsubishi avec une pompe multiplicatrice KMT qui produisait une pression d'eau maximale de 90 000 PSI, bien que 70 000 PSI se soient avérés les plus efficaces pour couper les aciers. La machine a un orifice de 0,010 pouce de diamètre avec un tube de mélange de 0,030 pouce de diamètre, qui alimente l'abrasif à un taux de 1 livre par minute.

Dans le passé, les aciers de luge comprenaient plusieurs pièces, dont un matériau de bord séparé qui était lié à un métal de base pour la partie principale des patins. L'atelier avait coupé le matériau de bord à l'aide d'un grenat Barton 80 HPA, mais les aciers monoblocs de cette année ont nécessité un tout nouveau procédé et un autre type de grenat, Barton ADIRONDACK® 80 HPX®.

Le nom de la marque vient de là où il est extrait, de Ruby Mountain dans les Adirondacks du nord de l'État de New York, non loin de Lake Placid, où USA Luge est basé. Pour soutenir USA Luge, Barton a fait don du grenat utilisé pour créer les derniers aciers monoblocs. "Nous sommes ravis de participer à cet effort", a déclaré Randy Rapple, président de Glen Falls, New York Barton International, "et nous avons hâte de voir l'équipe concourir à Pékin."

Comme Lytle l'a expliqué, le grenat HPX a des bords plus nets que le HPA, il est donc plus adapté aux applications exigeantes. Le traitement humide pendant la fabrication abrasive élimine les matériaux fins dans le grenat, ce qui réduit la poussière pendant le processus au jet d'eau et produit une coupe nette.

"Avec les aciers de luge, nous avons une tolérance de ± 0,010 pouce à 2 pouces de matériau en acier", a expliqué Lytle, ajoutant que les arêtes vives du grenat "coupées avec moins de conicité, nous permettent de respecter ces exigences de qualité strictes".

Le grenat ADIRONDACK HPX qu'utilise Accurate Waterjet pour son travail de luge USA a une structure cristalline avec des arêtes vives et angulaires.

Lytle a ajouté que les arêtes vives confèrent au grenat des caractéristiques de coupe agressives, ce qui permet d'augmenter la vitesse de coupe, dans ce cas d'environ 10 %, tout en conservant une qualité d'arête élevée.

Auparavant, il fallait environ 8 heures à l'équipe d'Accurate Waterjet pour couper trois aciers sur un système à jet d'eau de 55 000 PSI avec du grenat 80 HPA. En utilisant un jet d'eau avec un abrasif 80 HPX et un intensificateur fonctionnant à 70 000 PSI, le fabricant a raccourci le temps de coupe de deux heures.

Couper la forme réelle des aciers n'est pas particulièrement difficile. Ce qui est difficile a à voir avec le maintien de la cohérence du traitement dans un matériau de 2 pouces d'épaisseur pendant les temps de cycle qui sont mesurés en heures au lieu de minutes. Comme Lytle l'a expliqué, "Le défi est qu'il fait 2 pouces d'épaisseur, vous devez donc vous assurer d'avoir un bon flux de grenat et aucune interruption comme des sabots qui peuvent créer toutes sortes de problèmes et pourraient facilement mettre au rebut une pièce."

En plus des défis techniques en constante évolution de ce travail, Lytle apprécie l'opportunité de contribuer à l'organisation USA Luge. "Je suis un ancien combattant, et presque tout le monde dans notre magasin est un ancien combattant ou la famille d'un ancien combattant. Nous prenons tous notre fierté nationale très au sérieux, et nous aimons donc faire des choses qui représentent notre pays."

Lytle a également aimé apprendre à connaître les athlètes. "Ils sont différents des athlètes professionnels rémunérés", a-t-il déclaré. "Ils ont tendance à avoir plus d'humilité. Je suis fier de pouvoir aider à soutenir l'équipe car ils n'ont pas les énormes soutiens et l'argent qui rentrent comme le ferait une équipe sportive professionnelle."

Tout comme Accurate Waterjet a affiné son art au fil des ans, USA Luge aussi. "Avant que nous fabriquions les aciers, l'équipe n'avait pas vraiment remporté beaucoup de médailles à plusieurs Jeux olympiques", a déclaré Lytle. "Depuis qu'ils ont commencé à concevoir leurs propres coureurs et que nous les fabriquons, ils ont commencé à remporter un peu plus de médailles. Nous sommes très fiers d'aider l'équipe à mieux performer."

Thomas Riggs est responsable marketing jet d'eau, Barton International, Six Warren St., Glens Falls, NY 12801, 800-741-7756, www.barton.com.