Influence des fluides de coupe sur les processus d'usinage

L'usinage de précision nécessite des machines CNC structurellement rigides et bien entretenues, des outils de coupe de haute qualité et généralement des fluides de coupe. Les fluides de coupe sont l'une des parties les plus sous-estimées d'un processus d'usinage réussi et pourtant ils jouent un rôle majeur à la fois en termes d'efficacité et de qualité. Cependant, ils créent également des défis que l'atelier d'usinage doit relever.

Raisons pour lesquelles les ateliers d'usinage de précision utilisent des fluides de coupe

Le liquide de coupe est dirigé vers le point où l'outil de coupe enlève de la matière de la pièce. Le cisaillement du métal génère beaucoup de chaleur, dont la majeure partie va dans la puce, et le reste dans l'outil lui-même. Le liquide de coupe refroidit l'interface outil-pièce, ce qui présente plusieurs avantages :

• Empêche les copeaux de coller à l'outil de coupe
• Réduit les chocs thermiques subis par l'outil (un problème particulier dans les coupes interrompues)
• Maintient la pièce suffisamment froide pour éviter l'oxydation
• Minimise l'expansion de l'outil de coupe

Ensemble, ces éléments réduisent l'usure de l'outil et augmentent la durée de vie de l'outil. Cela évite le mauvais état de surface qui en résulterait sur la pièce. De plus, le maintien de l'outil au frais minimise la dilatation, ce qui réduit les variations dimensionnelles entre les pièces usinées. Un avantage supplémentaire est qu'un refroidisseur d'interface de coupe plus froid permet un retrait plus rapide du métal.

Les autres fonctions remplies par le fluide de coupe sont :la lubrification du processus de coupe, l'élimination des copeaux et la formation d'un revêtement antirouille sur la pièce.

La lubrification réduit les forces de coupe, ce qui permet des vitesses et des avances plus élevées. L'élimination des copeaux est importante car ils pourraient autrement marquer la pièce ou empêcher la capacité de la machine à déplacer l'outil vers une position particulière. Lors du meulage, le liquide de refroidissement aide à garder la meule exempte de débris.

Types de fluide de coupe

Les ateliers d'usinage peuvent choisir entre quatre types. Ce sont :

• Huiles minérales
• Fluides hydrosolubles
• Air/autres gaz
• Pâtes solides

Pour chacun de ces fabricants proposent une large gamme de formulations. Un atelier d'usinage de précision essaie généralement d'adapter le fluide au métal qu'il coupe et aux types d'usinage qu'il effectue.

Les huiles minérales sont bonnes pour la lubrification et résistent aux hautes pressions, mais ne font généralement pas un bon travail d'évacuation de la chaleur. Les fluides solubles dans l'eau assurent un meilleur refroidissement mais sont moins efficaces en tant que lubrifiants.

Dans certaines opérations d'usinage, il suffit de diriger un jet d'air sur l'interface. Le magnésium est un métal où cela se fait. Certains machinistes vont même souffler du fréon ou du CO2 pour baisser les températures.

Les pâtes solides sont utilisées dans les opérations de coupe spécialisées, notamment le taraudage ou le filetage.

Problèmes causés par les fluides de coupe

Le plus gros problème avec les liquides de refroidissement est la pénétration de brouillard dans l'air. Ceci est facilement inhalé par les personnes travaillant à proximité, même autour de machines CNC fermées. Comme le liquide de coupe contient des biocides pour empêcher l'accumulation de bactéries, il est potentiellement très nocif.

D'autres problèmes sont les déversements, les odeurs et le nettoyage de la machine. Les déversements sont généralement le résultat de fuites de liquide des pièces lorsqu'elles sont retirées de la machine. Ils ont besoin d'être nettoyés pour éviter les accidents, et s'ils sont laissés, ils peuvent rapidement produire des odeurs qui donnent aux ateliers d'usinage leur arôme caractéristique.

Les systèmes de fluide de coupe intégrés aux machines-outils nécessitent un entretien régulier. Les filtres doivent être retirés et nettoyés ou remplacés régulièrement, et les copeaux collectés doivent également être retirés. L'élimination des copeaux est elle-même un problème car la contamination du liquide de coupe limite les options de recyclage.

Arrosage minimal et usinage à sec

Pour éviter les problèmes de fluides de coupe, certains ateliers d'usinage essaient d'utiliser le minimum nécessaire tandis que d'autres s'en passent complètement. Les techniques de refroidissement minimal reposent sur la fourniture d'un brouillard suffisant pour abaisser les températures, en partie par évaporation. Cela aide mais nécessite un contrôle précis et pose toujours des problèmes de santé et d'environnement.

L'alternative est de sécher à la machine. Ceci est réalisable avec la bonne technologie d'usinage de précision, bien que cela nécessite souvent des taux d'enlèvement de métal plus faibles. Le principal changement est d'utiliser des outils de coupe qui peuvent supporter des températures beaucoup plus élevées, et pour les coupes interrompues, des chocs thermiques. Les matériaux d'outils appropriés sont le nitrure de bore cubique, le diamant polycristallin, la céramique et certains carbures spéciaux.

Les fluides de coupe au cœur de l'usinage de précision

L'obtention d'un travail de haute qualité constante à partir de l'usinage CNC dépend de la gestion de la chaleur à l'interface outil-pièce. La plupart des ateliers d'usinage de précision le font en choisissant soigneusement les fluides de coupe qu'ils utilisent :d'autres ont adopté l'usinage à sec, avec les compromis que cela implique.

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