Fabrication verte :environnement durable et avantages en magasin

"Green Manufacturing" est devenu une expression courante utilisée par de nombreuses personnes dans la plus grande industrie américaine. Il est défini par Goodwin College comme « le renouvellement des processus de production et la mise en place d'opérations respectueuses de l'environnement dans le domaine de la fabrication ». Prendre le temps de repenser des processus obsolètes peut vous faire gagner du temps et de l'argent et vous aider à bâtir votre réputation d'entreprise à la pointe de la technologie. La mise en place de processus d'usinage respectueux de l'environnement est un énorme pas dans la bonne direction pour créer une entreprise respectueuse de l'environnement.

La fabrication verte est la prochaine étape logique pour l'industrie.

Comment démarrer avec la fabrication verte

La première étape que vous devriez franchir dans votre marche vers un atelier d'usinage plus durable et une fabrication verte est une évaluation de l'impact environnemental de vos installations. La méthode la plus courante d'évaluation de l'impact environnemental du processus de fabrication est l'analyse du cycle de vie ou ACV. La norme ISO 14040 définit l'ACV comme la compilation et l'évaluation des entrées, des sorties et des impacts environnementaux potentiels d'un système de produit tout au long de son cycle de vie.

4 questions à vous poser :

1. Définition et portée des objectifs :qu'est-ce que j'essaie d'accomplir dans cette enquête ?
2. Analyse de l'inventaire – Quels sont les intrants (énergie, eau, matériaux, etc.) et extrants (émissions atmosphériques, eaux usées) quantifiés ?
3. Évaluation d'impact – Comment ces éléments affectent-ils l'environnement ?
4. Interprétation :que puis-je modifier pour rendre mes processus plus efficaces et respectueux de l'environnement ?

Il existe des bases de données disponibles pour aider à l'analyse de l'inventaire. Ces bases de données collectent des informations telles que l'avance, la vitesse de coupe, le diamètre de l'outil, le temps de coupe, les propriétés du liquide de refroidissement, puis calculent toutes les entrées et sorties de matériaux et d'énergie.

Comprendre l'impact des fluides de coupe

Les fluides de coupe sont très probablement le polluant numéro un dans votre atelier d'usinage et vous empêchent de parvenir à une fabrication verte. Selon Modern Manufacturing Processes, les fabricants nord-américains ont consommé plus de 2 milliards de gallons en 2002, et le marché des fluides de travail des métaux n'a fait que croître depuis lors. Les fluides de coupe présentent un certain nombre d'avantages pour le processus d'usinage, impliquant principalement le refroidissement de la zone de coupe, la lubrification et l'évacuation des copeaux.

Contaminants

Tirer le meilleur parti de votre liquide de refroidissement est un facteur clé de rentabilité dans tout atelier d'usinage. Par conséquent, l'un des problèmes les plus importants auxquels vous êtes susceptible de faire face, ou que vous rencontrez actuellement, est la détérioration des performances du fluide de coupe due aux contaminants. Les types de contaminants les plus courants incluent :

1. Huiles libres (huile étrangère ou de puisard) – Liquide qui lubrifie les engrenages et l'équipement de la machine CNC s'infiltrant dans le liquide de coupe
2. Particules grossières :déchets solides, copeaux et copeaux relativement plus gros
3. Particules fines – Pièces extrêmement petites de la pièce ou de l'outil de coupe qui sont généralement constituées de métaux lourds tels que le cobalt, le cadmium, le chrome, l'aluminium et le plomb
4. Micro-organismes :bactéries et champignons qui se développent à l'intérieur des parois et des tuyaux de la machine CNC

Les particules grossières telles que les copeaux et les copeaux sont généralement facilement extraites à l'aide d'une chaîne en H, d'une chaîne et d'un vol, d'une barre de poussée ou d'un système de canal. Les particules fines sont plus difficiles car elles nécessitent une séparation ou une filtration sous la forme de réservoirs de décantation, de séparateurs de mousse, de séparation centrifuge ou de séparateurs magnétiques. L'huile libre peut également être éliminée par filtration, mais peut également être éliminée rapidement et facilement avec une écumoire.

Le bon système de filtration peut à la fois faire économiser de l'argent aux ateliers d'usinage et aider l'environnement.

Les micro-organismes sont les plus difficiles à éliminer car ils peuvent représenter un dixième de la taille des particules fines. La « puanteur du lundi matin » est un effet secondaire courant des bactéries anaérobies excrétant du sulfure d'hydrogène au cours de leurs processus métaboliques. Ces organismes sont l'une des principales raisons pour lesquelles le liquide de refroidissement doit être vidangé et changé d'une machine tous les quelques mois. Les progrès technologiques au cours des dernières décennies ont permis aux systèmes de microfiltration à membrane de séparer la biomasse, ainsi que l'huile des fluides de refroidissement. Avec ces types de systèmes, les opérateurs n'auront plus à utiliser de biocides problématiques car ceux-ci ont des effets néfastes sur la santé à la fois pour l'environnement et les employés. Cependant, il est important de noter que la plupart des micro-organismes ne se développent pas dans le liquide de coupe mais sur les parois/tuyaux de la machine ou enfouis dans les résidus de copeaux au fond de la cuve.

Voici quelques moyens de réduire l'accumulation de micro-organismes dans votre magasin :

• Garder les machines propres :les boues, les copeaux et les copeaux peuvent être un terrain fertile pour les bactéries
• Réduire la contamination organique :les crachats, la sueur, le jus de tabac et les matières organiques sont tous une source de nourriture pour les micro-organismes
• Réduire la quantité d'huile de vagabond – Cela peut aussi être une source de nourriture

Un tas de copeaux sales où les bactéries se développeront et empesteront votre machine.

Types de fluides de coupe

Un bon fluide de coupe doit avoir un point d'éclair élevé, une bonne adhésivité, une stabilité thermique élevée et une stabilité oxydative élevée. Un point d'éclair élevé est nécessaire car le liquide ne doit pas s'enflammer à des températures élevées (l'essence a un point d'éclair bas). Une bonne adhésivité permet au fluide de coller à la surface de la pièce. Cela crée une couche entre l'outil de coupe et la pièce, aidant à les séparer et réduisant ainsi la friction. De plus grandes quantités de frottement entraînent une force de coupe plus élevée, ce qui entraîne des températures de coupe plus élevées.

Des températures de coupe élevées sont problématiques, car cela entraîne une usure plus rapide de l'outil de coupe et peut également faire durcir votre pièce. Une stabilité thermique élevée signifie qu'à des températures élevées, le fluide doit avoir une faible viscosité (un exemple de fluide à haute viscosité serait le miel à température ambiante). Une viscosité plus faible dans la région de coupe permet une moindre quantité de frottement, et donc des quantités inférieures de chaleur et de force de coupe. La stabilité oxydative d'un fluide de coupe détermine en fin de compte la durée pendant laquelle ce fluide de coupe peut être utilisé. Au bout d'un moment, l'huile commence à s'oxyder, ce qui entraîne une augmentation de sa viscosité et de la quantité de dépôts de boue.

Des quantités excessives de liquides de refroidissement peuvent signifier une quantité excessive de déchets.

Aux fins de cet article, les fluides de coupe seront classés en deux grandes catégories :biodégradables et non biodégradables.

Liquides de refroidissement non biodégradables

Les liquides de refroidissement non biodégradables sont à base de pétrole. Ils ont une toxicité humaine et écologique élevée, ce qui entraîne des risques pour la santé au travail. Ils ont également des processus d'élimination compliqués.

Liquides de refroidissement biodégradables

Les liquides de refroidissement biodégradables sont d'origine végétale. Ceux-ci sont généralement fabriqués à partir de légumes tels que le soja, la noix de coco et le canola, ou de plantes non comestibles telles que le neem, le karanja et le jatropha. Ce facteur en fait une ressource renouvelable et moins toxique pour l'homme, ainsi que pour l'environnement.

Ces dernières années, certaines huiles végétales modifiées ont surpassé les huiles à base de pétrole en termes de performances en termes de finition de surface, de suppression de la chaleur et de lubrification. Une étude, publiée dans Science Direct, centrée sur le tournage de l'acier inoxydable 304 a révélé que l'huile de noix de coco avec un additif d'acide borique était nettement meilleure pour lutter contre l'usure des flancs d'outils et la rugosité de surface par rapport à deux autres fluides de coupe. Cela était dû à la grande stabilité thermique des solutions végétales.

Une autre étude, publiée dans IOP Science, a révélé qu'une combinaison d'huile de neem et de karanja était supérieure à SAE 20W40 (huile à base de pétrole) en ce qui concerne la lubrification lors du forage d'acier doux. Les résultats ont montré que la solution d'huile végétale réduisait la force de coupe de l'opération en raison de sa viscosité et de son adhésivité plus élevées. Cela a finalement conduit à une meilleure finition de surface de la pièce.

Résumé des changements de liquide de refroidissement rentables que vous pouvez effectuer

• Réduire l'accumulation de micro-organismes dans vos machines en gardant les machines propres et en réduisant la quantité de contamination extérieure
• Installer un système de microfiltration membranaire
• Passer à un liquide de coupe plus efficace et biodégradable

L'impact positif de l'usinage vert sur l'usinage à sec

L'usinage à sec doit être utilisé chaque fois que l'occasion se présente, car les coûts et les problèmes environnementaux associés à l'obtention, à la gestion et à l'élimination des fluides de coupe sont éliminés. Un autre avantage de l'usinage à sec est l'absence de choc thermique. Lorsque la fraise sort de la coupe mais que le liquide de refroidissement est toujours en train de dynamiter, la grande fluctuation de température (choc thermique) entraînera une panne plus rapide du bord de coupe que s'il devait fonctionner à plein temps. L'usinage à sec est le plus répandu dans les opérations d'usinage avec des coupes interrompues ou lors de la coupe d'aciers trempés. Il est particulièrement apprécié dans les opérations de fraisage avec des vitesses et des avances élevées. La coupe avec des paramètres de fonctionnement élevés permet à la majeure partie de la chaleur d'être dispersée dans les copeaux plutôt que dans la pièce. C'est également le cas lors de l'usinage d'aciers trempés.

Outillage idéal pour l'usinage à sec

L'outil de coupe idéal doit être plus résistant à la chaleur et moins générateur de chaleur. Le carbure est un bon substrat car il est extrêmement dur et résistant. Les outils revêtus sont la meilleure option pour l'usinage à sec car ils ont une meilleure isolation thermique ainsi qu'une meilleure autolubrification.

L'effet positif de la lubrification en quantité minimale (MQL)

• Consommation de fluide considérablement réduite
• Des fluides de coupe et des lubrifiants plus sûrs
• Réduction des risques pour la santé des employés
• Environnement d'atelier plus propre
• Maintenance réduite

Parce qu'une si petite quantité de fluide est utilisée dans MQL, cela en fait une application parfaite pour utiliser des huiles végétales légèrement plus chères. MQL s'est avéré le plus efficace pour les opérations de sciage et de perçage.

Les avantages de la fabrication verte

Jeter un second regard sur vos opérations d'usinage actuelles à travers une optique écologiste peut vous faire économiser du temps, de l'argent et créer un lieu de travail moins dangereux pour vos employés. En utilisant les techniques ci-dessus, on peut se rapprocher de l'efficacité de l'atelier et apporter les changements appropriés au profit des générations actuelles et futures.