Les lubrifiants réfrigérants bénéficient d'une attention croissante

La législation et l'automatisation obligent les entreprises manufacturières à gérer différemment les fluides d'usinage des métaux

Pendant des années, les lubrifiants réfrigérants n'ont guère retenu l'attention dans l'industrie métallurgique. Cela a complètement changé ces dernières années. Le sujet est au centre des préoccupations non seulement dans l'industrie de précision, mais aussi dans toutes les entreprises qui automatisent des machines CNC. En effet, c'est alors que les fluides se révèlent être de véritables 'outils fluides'.

Les lubrifiants réfrigérants sont indispensables

Les lubrifiants réfrigérants sont presque indispensables à l'usinage. Les fluides pour le travail des métaux assurent notamment l'évacuation des copeaux de la surface de coupe et donc, par la même occasion, l'évacuation de la chaleur.

Trop de chaleur dans les copeaux à proximité de l'outil affecte négativement la durée de vie de l'outil. De plus, cela peut conduire à une diminution de la précision. C'est pourquoi les usineurs souhaitent éloigner les copeaux et la chaleur de l'outil et de l'opération aussi rapidement que possible.

En outre, les additifs contenus dans le fluide assurent une meilleure lubrification entre l'outil et la pièce à usiner. Cela permet également d'éviter une accumulation inutile de chaleur.

Trois facteurs 

Les tendances dans ce domaine découlent des différents défis qui se posent.

Le premier est l'évolution de la composition chimique des fluides. Cela découle de la législation européenne (REACH) et des exigences élevées en matière de propreté dans certains secteurs.

Le deuxième facteur qui détermine également le développement est l'automatisation. Les machines à commande numérique n'étant plus surveillées la nuit et le week-end, il est d'autant plus important de garantir une quantité suffisante de lubrifiant de refroidissement ainsi qu'une concentration suffisamment élevée.

Le troisième thème qui contribue à l'évolution est la durabilité. Ces trois facteurs sont parfois contradictoires. Il s'agit donc de trouver le bon équilibre, qui peut être différent selon les applications. Nous examinerons chacun de ces facteurs plus en détail ci-dessous.

Réglementation européenne

Cela fait plusieurs années que les fabricants de lubrifiants réfrigérants ont dû faire face aux effets de la législation REACH. Cette réglementation européenne a permis l'élimination progressive de certaines substances chimiques. Pour les émulsions, il s'agissait principalement d'un additif comme le formaldéhyde, qui inhibait la croissance bactérienne dans les liquides conventionnels. L'acide borique a également disparu discrètement en tant qu'additif.

Cela a contribué à accroître l'intérêt pour les fluides destinés au travail des métaux. Dans la pratique, les additifs alternatifs aux substances susmentionnées se sont avérés entraîner des effets secondaires non désirés, tels que des problèmes de peau. Aux Pays-Bas, on soupçonne que cela est dû au fait que les fabricants d'émulsions ont remplacé les biocides par de l'isothiazolinone, en particulier du méthyle.

Il s'agit d'une substance utilisée dans de nombreux produits aqueux pour tuer les bactéries et les champignons, de la peinture au shampoing en passant par le liquide vaisselle. Une substance inoffensive, en d'autres termes. Le problème est que les lubrifiants réfrigérants ont un pH d'environ 9 pour dégraisser. En cas d'utilisation fréquente, ils altèrent donc la couche protectrice naturelle de la peau. Les personnes sensibles à ces substances et en contact fréquent avec elles peuvent développer une allergie de contact.

Ce risque augmente avec la concentration et l'élévation du pH. La recherche montre que plus d'une plainte cutanée sur trois dans le métal est liée au lubrifiant réfrigérant. Le port de gants pendant le travail est alors le seul remède, en plus de l'attention portée aux conditions d'hygiène.

Surveillance dans le cadre d'une production sans personnel

De nos jours, la formation de mousse et la croissance bactérienne ne sont pas souhaitables dans une entreprise métallurgique moderne. Cela est dû non seulement au fait que les conditions de travail font l'objet d'une attention accrue, mais aussi à l'automatisation croissante des machines à commande numérique.

Ceux qui font tourner un centre d'usinage CNC sans personnel la nuit ou le week-end doivent gérer les lubrifiants de refroidissement de manière très différente de ceux qui ne le font pas. En effet, il n'y a plus d'opérateur pour surveiller la machine.

La formation de mousse a plusieurs causes. Tout d'abord, un niveau de liquide trop bas dans le réservoir entraîne un passage plus fréquent du lubrifiant réfrigérant dans la machine. Cela peut favoriser la formation de mousse. Une pression excessive peut également provoquer la formation de mousse, tout comme une faible dureté de l'eau ou des filtres encrassés. Dans le même temps, une pression élevée est bénéfique pour la durée de vie de l'outil, car elle permet de dissiper la chaleur plus rapidement. Cela montre que l'équilibre entre les différentes mesures est délicat.

Avec l'automatisation croissante, il devient donc plus important de surveiller le bain de lubrifiant réfrigérant. Un niveau ou une concentration trop faible peut entraîner un arrêt de la machine et un rejet. C'est pourquoi, ces dernières années, les installations destinées à surveiller et à gérer le bain de lubrifiant de refroidissement ont connu un véritable boom. Une entreprise belge de Rotselaar a été l'un des pionniers dans ce domaine en 2018, après que le système ait déjà été largement testé dans la production de la société mère pendant des années. Depuis, de plus en plus de fournisseurs apparaissent.

Les solutions varient considérablement. Pour certaines entreprises, contrôler le niveau du bain de lubrifiant de refroidissement suffit. D'autres, parce qu'elles traitent des matériaux plus exotiques, veulent contrôler en permanence la concentration, car une concentration incorrecte se répercute immédiatement sur la durée de vie de l'outil et la qualité de la pièce à usiner. Pour le premier groupe, un système qui surveille le niveau du fluide et fait l'appoint si nécessaire est suffisant.

Le deuxième groupe recherche une solution plus sophistiquée qui maintienne également la concentration dans une certaine fourchette. L'appoint automatique de l'émulsion en cas de dépassement de cette fourchette a un effet secondaire important: les fluctuations dans la concentration diminuent. Dans une situation où l'opérateur CNC surveille le bain, on observe généralement des fluctuations plus importantes, ce qui rend le bain plus instable. Cela peut affecter le processus d'usinage dans l'usinage de précision.

Cleanliness

Dans l'industrie de haute technologie, le thème de la cleanliness joue un rôle très important. Pendant des années, il s'agissait principalement de la contamination par les particules. Le nettoyage à la fin du processus de production permettait généralement d'y remédier. Aujourd'hui, les applications sous vide poussé impliquent également des éléments dits HIO (Hydrogen Induced Outgassing). Il s'agit d'éléments qui peuvent dégazer en raison du vide extrêmement poussé et du contact avec l'hydrogène, puis précipiter sur des composants critiques de machines à semi-conducteurs, par exemple.

Comme solution, les fabricants de lubrifiants réfrigérants recherchent une nouvelle génération d'émulsions qui ne contiennent pas ces éléments HIO, car elles ne peuvent alors pas rester à la surface. Dans ce contexte, on note l'apparition de lubrifiants réfrigérants sans hydrocarbures minéraux, ce qui donne des fluides respectueux de l'environnement et de la peau. Les lubrifiants réfrigérants doivent être éliminés, ce qui représente un coût et un impact sur l'environnement et la disponibilité des matières premières.

La séparation de l'eau et des autres substances contenues dans le bain de lubrifiant réfrigérant à remplacer est un développement assez récent. En effet, dans la plupart des cas, le lubrifiant de refroidissement est composé de plus de 90% d'eau. En nettoyant et en purifiant l'eau, il est possible de la réutiliser dans le processus. Cela permet de réaliser des économies.

La deuxième économie réside dans le fait qu'il faut éliminer moins d'eau à un coût relativement élevé. Au total, cela permet aux entreprises de réduire leur empreinte carbone, répondant ainsi à la réglementation européenne qui exige que les grandes entreprises cartographient leurs émissions de CO₂.

L'un des principes de fonctionnement de cette technologie est l'évaporation sans pression, qui sépare l'eau de traitement en un concentré de 1 à 5% et en eau distillée (95 à 99%). Cette dernière est réutilisée dans le processus. Le concentré est éliminé comme un déchet.

Huile pure ou à base d'eau?

Un lubrifiant réfrigérant à base d'eau est courant dans l'usinage. Dans des opérations telles que l'affûtage et le filetage, on utilise également de l'huile pure. Bien qu'elle soit souvent utilisée, elle présente l'inconvénient de se désagréger sous haute pression et de ne pas dissiper la chaleur aussi bien que l'eau, par exemple lors de l'affûtage.

Une autre distinction est faite entre les lubrifiants réfrigérants synthétiques et entièrement synthétiques. Ce dernier groupe ne contient pas d'huiles minérales; il s'agit d'un produit purement chimique. On obtient comme avantages une grande stabilité thermique et une durée de vie souvent plus longue. Les lubrifiants entièrement synthétiques sont plus souvent utilisés pour le fraisage à grande vitesse et l'usinage de précision. Ils sont également moins sujets à la prolifération bactérienne. En revanche, un lubrifiant réfrigérant synthétique se compose à la fois de substances synthétiques (comme les esters) et de produits minéraux. Ce groupe convient à un large éventail d'opérations.