Tout l'intérêt du bain de lubrifiant réfrigérant

Trois tendances transforment le bain de lubrifiant réfrigérant en outil liquide dans l'usinage CNC

Les lubrifiants réfrigérants ont longtemps été les laissés-pour-comptes de l'usinage. Une étape nécessaire pour pouvoir faire des copeaux. Ces dernières années, la situation a changé: les lubrifiants réfrigérants sont considérés comme un outil permettant d'influencer réellement le processus d'usinage. Cela a donné lieu à de nouveaux produits.

Trois tendances se dessinent dans le domaine des lubrifiants réfrigérants pour l'industrie de l'usinage. La première est qu'en raison du règlement REACH et d'autres législations européennes, la composition a changé. Les biocides traditionnels ont été remplacés par des alternatives, ce qui a des conséquences dans plusieurs domaines. La deuxième tendance est qu'une relation claire a été démontrée entre la productivité et les lubrifiants réfrigérants. Et la troisième tendance est que les clients des entreprises d'usinage exigent de plus en plus des normes de propreté technique plus élevées. L'émulsion a une influence directe sur ce point.

Dans le domaine des lubrifiants réfrigérants pour l'industrie de l'usinage, trois tendances se dégagent: biocides, productivité et nettoyage

Tendance 1: Biocides

Les producteurs d'émulsions ont supprimé les biocides tels que le formaldéhyde de leurs produits sous la pression de la législation européenne et les ont remplacés par l'isothiazolinone, un composé chimique hétérocyclique apparenté à l'isothiazol. La raison en est que les biocides traditionnels ont été placés sur des listes de substances potentiellement cancérigènes dans le cadre de REACH.

L'Agence européenne des produits chimiques, l'ECHA, a identifié deux substances courantes dans les fluides d'usinage des métaux, l'acide borique et le formaldéhyde, comme étant nocives pour la santé. Ils ont été ajoutés à la liste des substances extrêmement préoccupantes. Les nouveaux inhibiteurs de croissance bactérienne et fongique alternatifs utilisés par les producteurs d'émulsions sont inoffensifs et sont également utilisés dans de nombreux produits ménagers.

C'est la cause d'un problème croissant dans l'industrie de l'usinage. Certaines personnes sont sensibles à ces substances. Et comme les lubrifiants réfrigérants dégraissent, les substances pénètrent rapidement dans la peau. Les personnes qui y sont sensibles le remarquent rapidement car elles entrent en contact avec l'isothiazolinone non seulement au travail, mais aussi à la maison. C'est la raison pour laquelle le nombre de plaintes cutanées dans le secteur de la coupe des métaux est en augmentation. La part d'opérateurs métallurgistes souffrant de réactions allergiques est en augmentation. L'une des solutions les plus durables consiste à protéger les mains du liquide, c'est-à-dire à porter des gants. Le passage à un autre fluide est également possible, mais il est complexe et ne garantit pas toujours les résultats car les mêmes additifs sont souvent utilisés. En outre, on peut se demander si un fluide différent n'a pas une influence négative sur le reste du processus d'usinage.

Tendance 2: la productivité

Il s'agit en fait de la deuxième tendance en matière de fluides d'usinage des métaux: la prise de conscience croissante que les lubrifiants réfrigérants jouent un rôle dans la durée de vie des outils, la productivité et même la qualité de surface obtenue. Ce n'est pas sans raison que le Mikrocentrum des Pays-Bas a placé, il y a quelques années, les lubrifiants réfrigérants dans le 'club des cinq': le lubrifiant réfrigérant est l'un des cinq aspects qui influencent le résultat du processus d'usinage.

La première étude réalisée par l'équipe du projet Verspanen 4.0 a montré que les émulsions influent sur la quantité de copeaux fabriqués par une fraise dans un laps de temps donné. Cela affecte également la durée de vie de l'outil. L'étude du groupe de projet néerlandais, au sein duquel plusieurs fournisseurs collaborent pour mener des recherches indépendantes, a montré que la force nécessaire pour fraiser l'aluminium peut varier de 40% selon le lubrifiant de refroidissement utilisé. Cela explique la différence de durée de vie des outils et l'augmentation de la productivité.

Une relation encore plus évidente est celle entre la durée de vie de l'outil et le lubrifiant d'arrosage. Parfois, les entreprises de fraisage augmentent la concentration pour accroître la durée de vie de l'outil. Toutefois, cela peut avoir un effet négatif sur la qualité de la surface et la nettoyabilité des pièces. Des essais pratiques ont montré qu'un autre lubrifiant réfrigérant, moins concentré, prolonge la durée de vie des outils et améliore la qualité de la surface, de sorte que le post-usinage n'est souvent pas nécessaire.

Surveillance

L'influence des lubrifiants réfrigérants sur des questions telles que la productivité et la durée de vie des outils est liée aux additifs ajoutés par les fabricants. En fait, on ne peut le découvrir qu'en faisant des tests. Le contrôle de la qualité du lubrifiant réfrigérant devient donc de plus en plus important. Alors qu'auparavant les opérateurs de la CNC ne regardaient pratiquement pas le bain, il est aujourd'hui de plus en plus important de le maintenir à un niveau constant, notamment en matière de concentration.

Après des débuts timides il y a quelques années, sous l'influence de la numérisation, de plus en plus de systèmes qui prennent en charge cette tâche arrivent sur le marché. La technologie des capteurs joue un rôle dans ce domaine. Les capteurs deviennent plus abordables et plus intelligents, ce qui permet de mesurer davantage de choses. Dans un premier temps, cela a surtout touché les entreprises qui traitent des matériaux difficiles à usiner, comme l'industrie aérospatiale, où l'on usine beaucoup de titane et d'Inconel. Ici, la surveillance du bain afin de garantir une durée de vie maximale de l'outil est essentielle. En raison de l'automatisation de nombreux petits fournisseurs, l'importance de la surveillance du bain augmente également dans ce groupe. Car la nuit, il n'y a plus d'opérateur qui peut intervenir si le lubrifiant réfrigérant n'est plus optimal.

Alors que les fournisseurs de l'aérospatiale collectent toutes les données du processus, y compris celles du bain d'émulsion, afin d'en tirer des enseignements, il suffit pour les entreprises d'usinage moyennes que le système garantisse que le niveau du réservoir est correct et que la concentration est en ordre. De cette façon, ils augmentent la fiabilité du processus, ce qui n'est pas sans importance dans la production sans personnel. Ces systèmes permettent également de prolonger la durée de vie du bain, car ils contrôlent la croissance bactérienne. Certains systèmes sont conçus pour surveiller une seule machine à commande numérique; d'autres peuvent surveiller plusieurs machines, même si chacune d'elles possède son propre bain de refroidissement. Les systèmes les plus avancés peuvent même contrôler l'efficacité du bain de refroidissement dans la production à grande échelle, par exemple en fonction des exigences du produit.

Tendance 3: le nettoyage

En particulier dans l'industrie des semi-conducteurs, mais aussi dans l'industrie médicale, les exigences en matière de propreté technique des composants augmentent. Alors que jusqu'à présent, l'accent était mis sur la contamination par des particules à la surface d'une pièce, de plus en plus de pièces doivent répondre à des exigences de contamination par film. Ceci est particulièrement important pour les applications sous vide car, par exemple, des particules de carbone peuvent être libérées de la surface de la pièce dans l'application finale.

Une raison complètement différente pour laquelle les exigences de propreté augmentent est que de plus en plus de colles sont utilisées dans l'industrie. Et cela nécessite des surfaces absolument propres: plus la surface est propre, plus la densité énergétique de la surface est élevée, ce qui favorise la force et la durabilité du lien adhésif. Certains fluides sont plus difficiles à nettoyer que d'autres. Cela a donné naissance à une nouvelle génération de systèmes de nettoyage, les systèmes de dégraissage à la vapeur. Ces systèmes nettoient avec des vapeurs de liquides chimiques. Par rapport aux bains d'immersion et aux bains à ultrasons classiques, ce système présente l'avantage important de ne pas contaminer le liquide de nettoyage au fil du temps.

Moins de lubrifiant de refroidissement

Ces développements ont remis sur le devant de la scène la lubrification réfrigérante au moyen de techniques autres que l'immersion. Pendant longtemps, les gens ont pensé que la lubrification par quantités minimales (MQL) serait la solution. Cependant, l'effet lubrifiant de cette dernière s'est avéré moins bon. Pourquoi? Parce que les gouttelettes sont trop grosses; à des vitesses de broche plus élevées, l'huile et l'eau se séparent, de sorte que les gouttelettes perdent leur effet lubrifiant. L'alternative est l'Aerosol Trocken Schmierung (ATS), qui mélange l'huile avec de l'air comprimé et la transforme ensuite en gouttes minuscules (aérosols). En réduisant la taille des gouttelettes, la surface totale à laquelle l'huile adhère est augmentée, d'où un meilleur effet lubrifiant. Avec ces systèmes, dans lesquels l'aérosol passe par la broche et l'outil, il est également possible de délivrer les gouttes de manière beaucoup plus précise sur la surface de coupe, précisément là où le refroidissement est nécessaire lors de l'usinage de l'Inconel et du titane. Cette technologie a été développée à un point tel que même le fraisage à très haute vitesse, jusqu'à 42.000 tours par minute, n'est plus un obstacle. La version la plus récente n'utilise pas d'air comprimé, mais du_CO2 liquide qui atteint une température de -78 degrés lorsqu'il est déchargé. De cette manière, la température de l'outil, généralement de 160 à 200 degrés C, est maintenue constante entre 30 et 40 degrés Celsius. Cela peut augmenter la durée de vie de l'outil ou permettre de fraiser à des vitesses plus élevées. Une étude menée par une université allemande de sciences appliquées a montré que le volume de copeaux dans le temps lors du fraisage de l'acier chromé avec une fraise VHM quadruple par rapport à une lubrification minimale et se multiplie par six par rapport à un remplissage excessif.

Le refroidissement cryogénique pour l'usinage du titane a également été introduit sur le marché il y a quelques années. Il s'agit de refroidir uniquement avec de l'azote liquide, qui a un effet de refroidissement encore plus fort. Cependant, cela nécessite un investissement considérable dans le système et dans la machine, alors que l'ATS combiné au cryolub est disponible en tant que package après-vente sur de nombreuses machines. Pour l'industrie médicale, ATS offre l'avantage d'utiliser beaucoup moins d'huile, en fait une huile minimale, entre 3 et 25 ml par heure selon le matériau et l'application. Et ce qui n'existe pas n'a évidemment pas besoin d'être éliminé lors du processus de nettoyage.