Guide d'utilisation des fluides de coupe dans l'usinage CNC

En Usinage CNCPour garantir l'efficacité, la qualité et la sécurité des opérations d'usinage, il est essentiel de choisir correctement un liquide de coupe. Les fluides de coupe, également appelés "liquide de refroidissement", "fluide pour le travail des métaux" ou "fluide d'usinage", permettent non seulement de lubrifier et de refroidir la zone de coupe, mais aussi d'éliminer les copeaux, évitant ainsi la surchauffe et l'usure des machines.

Cet article détaille les classifications et les caractéristiques de base des liquides de refroidissement et explique comment choisir le liquide de coupe le plus approprié en fonction des différents types de matériaux et des opérations d'usinage afin d'optimiser les performances d'usinage, d'allonger la durée de vie des outils et de réduire la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre. coûts d'usinage. Nous espérons que cela aidera les passionnés de l'usinage CNC.

Classifications de base des fluides de coupe

Les fluides de coupe courants comprennent principalement les types suivants, et il est essentiel de comprendre les caractéristiques de chacun d'entre eux avant de les utiliser.

(1) Emulsion (liquide de coupe à base d'eau)

Composé principalement d'eau, d'huile émulsifiée et de divers additifs. Les avantages de ce liquide de refroidissement sont son faible coût et ses bonnes performances de refroidissement, qui conviennent particulièrement aux opérations d'usinage nécessitant une dissipation importante de la chaleur. Cependant, il présente également des inconvénients, tels qu'une tendance à la prolifération bactérienne et une corrosivité élevée, ce qui nécessite un contrôle strict et un entretien régulier pendant l'utilisation.

(2) Fluide entièrement synthétique

Fluide de coupe sans base d'huile minérale, composé principalement de divers additifs chimiques. Parmi ses principaux avantages, on peut citer d'excellentes propriétés de refroidissement (souvent classées selon des normes industrielles telles que l'ASTM D2881 ^[1]) ainsi que par ses performances de lubrification et sa résistance à la prolifération bactérienne, ce qui en fait un produit très prisé dans les applications nécessitant des environnements d'usinage extrêmement propres. Cependant, les fluides entièrement synthétiques sont relativement coûteux, et certains de leurs composants chimiques peuvent être corrosifs pour la machine.

(3) Fluide semi-synthétique

Il se situe entre l'émulsion et le fluide entièrement synthétique, contenant une certaine proportion d'huile de pétrole de base et d'eau. Ce liquide de refroidissement combine l'effet de refroidissement de l'émulsion et le pouvoir lubrifiant du liquide entièrement synthétique, en essayant d'équilibrer les deux avantages. Néanmoins, nous devons prêter attention à sa biostabilité et à sa corrosivité. Cela peut affecter son applicabilité dans certains environnements d'usinage.

(4) Huile de coupe droite (fluide de coupe à base d'huile)

Composé principalement d'huile minérale ou végétale et ne contenant absolument pas d'eau, ce produit offre ainsi un pouvoir lubrifiant supérieur et empêche la pièce à usiner corrosion et rouille. Cela le rend particulièrement adapté aux opérations d'usinage nécessitant une lubrification importante. Cependant, la capacité thermique de l'huile de coupe à arêtes droites est relativement faible, et son effet de refroidissement n'est pas aussi efficace que celui des fluides de coupe à base d'eau, ce qui peut constituer une limite dans le cadre d'un usinage à grande vitesse ou à haute température.

(5) Huile soluble :

Il s'agit du précurseur concentré à base d'huile qui permet de former les émulsions évoquées dans la catégorie (1). Il présente généralement une forte teneur en huile minérale (souvent comprise entre 50 et 80%), ce qui lui confère un pouvoir lubrifiant supérieur adapté aux besoins de l'usinage intensif. Toutefois, l'utilisation d'une huile soluble nécessite un contrôle rigoureux du taux de dilution et de la qualité de l'eau afin d'éviter la corrosion et la prolifération bactérienne, garantissant ainsi la sécurité et l'efficacité du processus d'usinage.

Après avoir bien compris les caractéristiques des différents fluides d'usinage, nous pouvons sélectionner le fluide d'usinage approprié pour les différents matériaux et opérations afin d'optimiser les performances d'usinage.

Fluides de coupe adaptés aux différents matériaux

Le choix du bon liquide de refroidissement est crucial pour garantir un usinage efficace et de haute qualité, car les différents matériaux nécessitent des fluides de coupe différents.

(1) Métaux légers tels que l'aluminium

En raison de sa texture molle et collante et de sa tendance à adhérer à l'outil de coupe (provoquant la formation de dépôts sur l'arête de coupe), nous recommandons d'utiliser un fluide de coupe à base d'eau présentant un fort pouvoir de refroidissement et une faible viscosité. Ce fluide d'usinage empêche efficacement l'accumulation de copeaux sur l'outil, ce qui réduit les frottements pendant l'usinage, évite la surchauffe et garantit un état de surface lisse.

(2) Matériaux difficiles à usiner tels que l'acier inoxydable

La résistance mécanique et la ténacité élevées de l'acier inoxydable pouvant entraîner une usure importante des outils, il est essentiel d'utiliser des fluides d'usinage contenant des additifs « extrême pression » (EP). Ces additifs forment un film protecteur sur la surface de contact entre l'outil et la pièce à usiner, ce qui réduit l'usure et le soudage et améliore l'efficacité de la coupe.

(3) Cuivre et ses alliages

Il convient d'utiliser des fluides de coupe qui empêchent la décoloration de la surface et la corrosion de la pièce. Le cuivre est relativement mou et susceptible d'adhérer pendant l'usinage. Le choix de liquides de refroidissement à faible teneur en soufre, voire sans soufre, permet d'éviter les taches noires et autres réactions d'oxydation sur la surface d'usinage, tout en préservant la couleur et l'éclat d'origine du cuivre.

(4) Matériaux en alliage de titane

En raison de la résistance élevée et de la faible conductivité thermique de l'alliage de titane, il est recommandé d'utiliser des fluides de coupe spécialement conçus pour les alliages à haute température, qui contiennent généralement des composants de lubrification et de refroidissement efficaces. Les liquides de refroidissement appropriés assurent une bonne lubrification, réduisent la chaleur de friction et empêchent efficacement les réactions chimiques et l'adhérence, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil.

(5) Alliages à haute température tels que les alliages à base de nickel et de cobalt

Ces matériaux dégagent beaucoup de chaleur lors de la découpe en raison de leur résistance à la chaleur et grande dureté. Lors de l'usinage de ces matériaux, il est vivement recommandé d'utiliser des fluides de coupe à extrême pression formulés à base de composés inactifs de soufre ou de phosphore, qui forment un film protecteur à haute température, réduisant ainsi le frottement et l'usure. De plus, d'excellentes performances de refroidissement sont requises, ce qui nécessite souvent des systèmes de refroidissement à haute pression (HPC) fonctionnant entre 70 et 100 bars ^[2] pour franchir le pare-vapeur thermique.

Chaque matériau possède ses propres propriétés physiques et chimiques, et le choix du liquide de refroidissement le plus approprié peut améliorer l'efficacité et la qualité de l'usinage tout en maximisant la durée de vie des machines et des outils.

Des fluides de coupe adaptés à différentes opérations

Les différents types d'opérations d'usinage ont également des exigences spécifiques en matière de sélection des fluides pour le travail des métaux, notamment en ce qui concerne le refroidissement, la lubrification, l'enlèvement des copeaux et les aspects anticorrosion.

(1) Opérations de retournement

Le tournage implique souvent un enlèvement continu de matière, ce qui nécessite des fluides de coupe ayant de bonnes performances de refroidissement et de lubrification pour protéger les outils et les pièces à usiner. Lors du tournage d'acier ou d'alliages durs, le choix de fluides d'usinage à base d'huile avec des additifs extrême-pression peut fournir une lubrification supplémentaire, réduisant ainsi la production de chaleur et l'usure. Pour l'aluminium ou d'autres métaux non ferreux, l'accent est mis sur la capacité de refroidissement du fluide de coupe afin d'éviter l'adhésion de la matière à l'outil.

(2) Opérations de broyage

Cela implique des trajectoires d'outils plus complexes et une coupe multipoint, ce qui exige que les fluides de coupe offrent d'excellentes performances de refroidissement et d'évacuation des copeaux. Lors de l'usinage de matériaux difficiles à usiner, tels que l'acier inoxydable ou les alliages résistants aux hautes températures, des fluides de coupe haute performance, entièrement synthétiques ou semi-synthétiques, peuvent réduire efficacement l'usure des outils et la déformation thermique importante de la pièce. Ils maintiennent des températures basses dans la zone de coupe, améliorant ainsi la précision d'usinage.

(3) Opérations de forage

Le perçage profond nécessite l'utilisation de fluides d'usinage capables de pénétrer jusqu'au fond du trou afin d'assurer la lubrification et le refroidissement. Des fluides de coupe efficaces permettent d'évacuer rapidement les copeaux, d'empêcher le colmatage et la surchauffe, et d'éviter d'endommager la paroi du trou ainsi que les imprécisions dimensionnelles. Pour le perçage profond, l'utilisation de fluides de coupe à base d'eau, à faible viscosité et à fort pouvoir de refroidissement, est particulièrement adaptée, car ces fluides peuvent facilement pénétrer dans les petits trous et les espaces étroits.

(4) Opérations de broyage

Ce processus génère une chaleur importante, ce qui nécessite l'utilisation de fluides de coupe dotés d'excellentes performances de refroidissement afin d'éviter la surchauffe de la pièce et les dommages thermiques. Les fluides de coupe à base d'eau sont généralement privilégiés, car ils permettent d'absorber et de conduire rapidement la chaleur, maintenant ainsi des températures basses dans la zone de rectification. De plus, un pouvoir détergent élevé (capacité de rinçage) est absolument indispensable pour éliminer les copeaux microscopiques, empêcher l'encrassement de la meule et améliorer la qualité de l'état de surface.

En résumé, le choix du liquide de refroidissement approprié permet non seulement d'améliorer l'efficacité et la qualité de l'usinage, mais aussi de prolonger la durée de vie des machines et des outils. Cela permet de garantir la sécurité des opérations et de maximiser les avantages économiques.

Précautions à prendre lors de l'utilisation de fluides de coupe

Lors de la sélection des fluides de coupe, il est nécessaire de prendre en compte leurs performances, leur sécurité et leur impact sur l'environnement afin de maximiser la rentabilité.

(1) Protection de l'environnement

La protection de l'environnement est de plus en plus mise en avant, ce qui fait des fluides de coupe respectueux de l'environnement un sujet important. Les fluides de coupe écologiques sont principalement fabriqués à partir de matériaux biodégradables, ce qui réduit la pollution de l'environnement. En outre, ces fluides de coupe ne contiennent généralement pas de produits chimiques nocifs, ce qui réduit la difficulté et le coût du traitement des fluides usés. L'utilisation de fluides de coupe écologiques aide les entreprises à se conformer aux réglementations environnementales de plus en plus strictes et renforce leur image de marque écologique.

(2) Sécurité

La sécurité est un élément indispensable dans le milieu de travail, en particulier lorsque des fluides de coupe sont utilisés. Les fluides de coupe traditionnels peuvent contenir des substances chimiques nocives telles que des sulfates, du chlore et des métaux lourds, susceptibles de provoquer des irritations cutanées, des problèmes respiratoires et des troubles de santé plus graves. Il est donc essentiel de choisir des fluides de coupe à faible toxicité ou non toxiques et de maintenir les concentrations de brouillard en suspension dans l'air strictement en dessous de la limite fixée par le NIOSH, à savoir 0,4 mg/m³. ^[3] est essentiel pour protéger la santé des opérateurs, réduire les risques pour la santé et offrir un environnement de travail plus sûr aux opérateurs.

(3) Économie

D'un point de vue économique, le choix d'un fluide de coupe adapté est essentiel pour maîtriser les coûts de production. Les fluides d'usinage respectueux de l'environnement et hautement performants peuvent présenter un coût d'achat initial plus élevé. Cependant, à long terme, ils permettent de réduire considérablement les coûts d'exploitation globaux en limitant l'usure des outils, en améliorant le rendement des machines et en diminuant les frais liés à l'élimination des déchets. De plus, l'utilisation de fluides d'usinage de haute qualité permet de prolonger la durée de vie des équipements, de réduire les interruptions de production et d'optimiser davantage les coûts de production.

Résumé

Cet article présente de manière exhaustive les types de fluides de coupe et leurs critères de sélection en fonction des matériaux et des opérations d'usinage. Des émulsions aux fluides entièrement synthétiques, chaque fluide de coupe a ses avantages uniques et ses scénarios d'application, offrant des effets optimaux de refroidissement, de lubrification et d'anticorrosion pour des matériaux et des besoins d'usinage spécifiques, tout en se concentrant sur les considérations environnementales, sécuritaires et économiques.

Grâce à une sélection rigoureuse et à l'utilisation de fluides de coupe adaptés, les installations qui fournissent services d'usinage CNC sur mesure peut améliorer l'efficacité de l'usinage et la qualité des produits, garantir un environnement de travail sûr et optimiser les coûts de production, permettant ainsi une production efficace, économique et durable.

Référence

[1] ASTM International. (2019). Norme ASTM D2881-19 « Classification standard des fluides d'usinage et des matériaux associés ». https://doi.org/10.1520/D2881-19

[2] Raykar, S. J., & D’Addona, D. M. (2019). Modélisation thermique de la répartition de la température de l'outil lors du tournage de l'Inconel 718 assisté par un fluide de refroidissement à haute pression. Materials, 12(3), 408. https://doi.org/10.3390/ma12030408

[3] Institut national pour la sécurité et la santé au travail (NIOSH). (1998). Critères relatifs à une norme recommandée : exposition professionnelle aux fluides utilisés dans le travail des métaux. Centres pour le contrôle et la prévention des maladies (CDC). https://stacks.cdc.gov/view/cdc/5175