L'avenir des fluides pour le travail des métaux, des lubrifiants pour machines et des liquides de refroidissement

Qu'est-ce que l'avenir apportera aux liquides de refroidissement, lubrifiants et fluides pour le travail des métaux ? Nous avons discuté avec des vétérans de l'industrie pour mieux comprendre l'évolution du paysage des liquides de refroidissement d'aujourd'hui et les innovations de demain.

Quoi de neuf et d'avenir pour les fluides de travail des métaux ? Cela dépend de quelques conditions essentielles :Quel matériau est découpé ? Quelles sont les réglementations et les besoins localisés régissant les MWF au moment de leur utilisation ? Et, quelles innovations dans l'outillage et dans la fabrication en général prendront racine qui pourraient changer la nature même du refroidissement ?

Du point de vue du marché, le marché des fluides pour le travail des métaux devrait croître à l'échelle mondiale pour atteindre 15 milliards de dollars d'ici 2025, selon Global Market Insights, une société de recherche et de conseil. En 2016, Markets and Markets Research estimait que le marché des MWF atteindrait 9,74 milliards de dollars d'ici 2020, avec un taux de croissance annuel composé de 3,2 %.

Pour de nombreux métaux coupés, tels que l'acier et le fer, la lubrification - avec de l'eau ou de l'huile (ou les deux) - est importante pour éliminer les débris de copeaux, et les additifs aident à empêcher les métaux de se déformer et à éviter la rouille - et ces fluides aident à refroidir les températures de surface et maintenir la durée de vie de l'outil. Pourtant, des problèmes de santé et de sécurité surviennent chaque fois que les MWF sont en jeu, de sorte que les fabricants de fluides ajustent et réajustent constamment leurs formulations et leurs compositions chimiques pour aider à maximiser les performances et à minimiser les déchets. Les clients veulent pouvoir recycler les liquides de refroidissement pour réduire les coûts, et ils veulent également que le liquide de refroidissement déjà utilisé vive dans le puisard aussi longtemps que possible sans causer de problèmes de santé.

Ce n'est pas une tâche facile. Le plus gros problème de santé à tous les niveaux est l'irritation de la peau - quelque chose que tous les fabricants s'efforcent d'éviter, mais les bons systèmes, tels que les collecteurs de brouillard et les équipements de protection, tels que les gants, les lunettes de protection et les masques faciaux, doivent également être utilisés, trouvez les fabricants de fluides.

L'innovation se produit en équilibrant les besoins de performance de fabrication de pièces avec les résultats sains souhaités. Il est de plus en plus facile de répondre à ces besoins, mais le chemin a été long pour y parvenir. Il y a le mouvement vers la lubrification en quantité minimale, ce qui est exactement ce à quoi cela ressemble :utilisez le moins de pouvoir lubrifiant avec le moins de produits chimiques, d'additifs et d'émulsifiants. L'inquiétude et l'inquiétude suscitées par d'autres problèmes de santé liés aux produits chimiques poussent de nombreux régulateurs et des régions entières à interdire complètement l'utilisation de certains produits chimiques.

À l'horizon, il y a des murmures lointains, des années à venir, de fluides peut-être devenus obsolètes. Il reste encore un long chemin à parcourir avant que cela ne se produise, mais il suffit que les entreprises interrogées soient conscientes de cette possibilité, tout comme les analystes de recherche qui surveillent le marché.

Les dangers associés aux MWF sont-ils aussi dangereux que certains régulateurs le pensent ? Les fabricants de fluides interrogés sont très sensibles aux problèmes de santé et de sécurité, mais s'accordent à dire qu'ils vont trop loin pour y répondre.

Fluides pour le travail des métaux, liquides de refroidissement et lubrifiants pour machines :où nous en étions, où nous en sommes actuellement

Comme la technologie a aidé à accélérer l'usinage et que la pression pour fabriquer des pièces plus rapidement s'est installée, il y a eu un moment d'eurêka, explique Bruce Koehler, chef de produit senior chez Cimcool Fluid Technology de Milacron :Il a été découvert que l'eau réduit la chaleur plus que l'huile pure. Et l'huile directe brûle et l'eau non.

"Nous sommes passés de la simple utilisation de pétrole à l'utilisation d'eau et de pétrole ou à l'utilisation de l'eau seule", déclare Koehler. Aujourd'hui, il y a moins de MWF utilisés qu'auparavant. « La liste des produits chimiques à utiliser dans les fluides de travail des métaux est de plus en plus courte en fonction des problèmes de sécurité et de santé. ”

De nombreux fabricants sont passés de systèmes de puisard de 10 000 gallons qui desservaient 50 machines à des puisards de 50 gallons par machine dans une cellule de cinq machines. De plus, les formulations et les composés chimiques changent constamment en fonction de problèmes tels que la disponibilité des matières premières et les besoins localisés des clients.

"Il y a beaucoup de reformulation chimique en cours et la possibilité de s'adapter à la volée en raison des réglementations et des besoins locaux", explique Koehler. "Du point de vue de la formulation, votre chimie est parfois un sous-produit d'un processus."

Il y a trente ans, les fluides synthétiques avaient une mauvaise réputation pour les résidus agressifs qu'ils laissaient derrière eux - et les résidus étaient extrêmement collants et endommageaient la peinture et d'autres pièces de la machine. Plus autant, affirment les experts.

"Nous avons parcouru un long chemin, au cours des 13 dernières années environ depuis que je suis ici, dans le développement de nombreux fluides semi-synthétiques pour améliorer la biostabilité, la stabilité des émulsions et améliorer la durée de vie et les performances du puisard", déclare Brian Halstead, ingénieur d'application chez Castrol Industriel. "Pour nous, notre objectif est de réduire l'utilisation, de réduire les déchets et d'améliorer la santé et la sécurité."

Toutes les technologies auxiliaires utilisées avec les liquides de refroidissement, telles que les systèmes de refroidissement à moyenne et haute pression, les puisards, les écrémeurs et les systèmes de filtration, ont toutes influencé l'utilisation et l'entretien des MWF.

"Lorsque j'ai commencé (il y a 36 ans), la pression normale sortant d'une broche où le fluide sort d'un réservoir et va dans la zone de travail était au maximum, 300 psi", explique Koehler. "Maintenant, nous parlons de pressions où le matériau est travaillé jusqu'à 1 200 psi :c'est quatre fois la pression."

Vous avez besoin de conseils sur l'entretien et la mise au rebut du liquide de refroidissement ? Lisez "4 conseils pour optimiser l'entretien des fluides de la machine et l'élimination du liquide de refroidissement".

Comme de moins en moins d'additifs chimiques sont utilisés, cela signifie que la qualité et la composition de l'eau sont devenues un autre facteur clé de la performance du liquide de refroidissement et de sa chimie. "L'Indiana est connue pour son eau dure, tandis que l'eau du Kentucky est douce, par exemple", explique Koehler. Vous êtes donc toujours confronté à une variété de conditions qui modifient ce qui se passe dans une machine et les éléments qui pourraient être introduits par l'eau spécifique disponible dans la région d'un fabricant. Les formulations doivent changer en fonction de l'approvisionnement en eau.

Mais des additifs, des émulsifiants et des qualités lubrifiantes dans le liquide de refroidissement sont toujours nécessaires. Dans le monde de l'usinage de pièces automobiles, aérospatiales et médicales, la tendance est à l'utilisation de matériaux plus résistants et plus légers. Les alliages et les chromes à haute température fonctionnent plus rapidement et augmentent la chaleur lors de l'opération d'usinage - et la meilleure façon d'éliminer la chaleur de l'opération est d'utiliser des fluides synthétiques qui aident à la lubrification afin de faciliter les coupes - en particulier avec des matériaux plus durs.

Dans l'aérospatiale, en particulier, les produits contenant de l'huile sont toujours utilisés, mais ils sont dilués par 90 à 95 % d'eau. L'industrie passe de l'aluminium de la série 6000 au titane, qui a tendance à mieux fonctionner avec des fluides synthétiques, déclare Koehler.

"Ce que j'aime dans les synthétiques, c'est leur durée de vie dans les puisards - ils ne développent pas très bien les bactéries", déclare Koehler. « Ils durent longtemps d'un point de vue biologique. Ils ne moussent pas. Et ils restent dégagés, de sorte qu'un opérateur de machine peut fermer la porte de la machine et regarder à l'intérieur et observer la coupe sans aucune interruption visuelle. »

Où vont les fluides pour le travail des métaux ?

Un élément important dans la direction et l'avenir du liquide de refroidissement et des systèmes de refroidissement réside dans le matériau et son application. Une grande partie du matériau qui sera utilisé à l'avenir n'est pas nécessairement connue des fabricants de fluides, autant qu'elle est connue des fabricants. Mais cela n'empêche pas les fabricants d'essayer d'innover vers une gamme de produits sans déchets.

"Nous avons un domaine que nous appelons la" chimie congruente "qui, pour les fluides à base d'eau, remplit un double objectif qui est également un nettoyant qui lave les pièces et aide à l'entretien du puisard en rendant tous les éléments du liquide de refroidissement compatibles", explique Halstead.

Le botteur ? Il n'est pas du tout nécessaire d'écrémer l'huile; le gaspillage n'est que lorsque vous allez changer le système. Castrol Industrial affirme constater une réduction d'environ 40 % de l'utilisation des produits avec certaines gammes de produits issus de technologies de fluides plus anciennes.

Koehler dit qu'un domaine sur lequel Milacron Cimcool surveille de près est la nanotechnologie, où des nanoparticules solides microscopiques pourraient être utilisées pour lubrifier au lieu d'un fluide à base d'eau comme c'est le cas aujourd'hui. Bien qu'il y ait un potentiel de promesse ici, il n'y a pas encore suffisamment de recherches sur la façon dont cela pourrait affecter les poumons d'un opérateur. Il s'agit donc toujours d'une approche attentiste, admet Koehler.

"Nous essayons également d'améliorer les propriétés de mouillage des liquides de refroidissement à base d'eau, afin qu'ils décollent mieux les pièces des machines, laissant moins de résidus et améliorant la durée de vie du puisard", explique Halstead. "Nous améliorons également la stabilité de la concentration, donc si vous en utilisez moins, vous aurez besoin de la concentration pour la maintenir et la stabiliser, et non pour l'épuiser et ne pas avoir besoin de plus pour combler la différence."

Mais en fin de compte, le principal fabricant de fluides essaie de faire simplement une chose :créer une stabilité globale des produits qui peuvent être utilisés dans le monde entier, puis localisés pour les besoins des clients. Le défi consiste alors à utiliser les connaissances acquises lors des tests et de l'optimisation des liquides de refroidissement pour ensuite travailler avec les lois locales et régionales et les conditions de qualité de l'eau pour aider à s'adapter à ces besoins.

Pour rester au courant des changements de matériaux inévitables, les principaux acteurs des fluides travaillent avec leurs partenaires clients dans leurs usines et effectuent également des tests dans leurs laboratoires sur les centres d'usinage d'aujourd'hui dans des conditions aussi proches que possible des conditions réelles. Certains travaillent directement avec leurs clients et prospects sur des matériaux en instance de brevet, pour tester de nouvelles formules de liquide de refroidissement ou pour travailler avec de nouveaux matériaux métalliques et expérimenter ce qui fonctionne.

Castrol Industrial, par exemple, travaille avec General Electric à Greenville, en Caroline du Sud, où le fabricant de fluides est exposé à des matériaux aérospatiaux en instance de brevet en cours de développement. Castrol travaille également avec Ford Motor Company et d'autres constructeurs automobiles, tels que GM et Toyota, sur un certain nombre d'applications de fluides.

Élimination du chlore et du DCHA

Le chlore, le DCHA (ou dicyclohexylamine) et le bore sont éliminés des liquides de refroidissement par les fabricants de fluides. Le chlore est souvent utilisé pour tuer les bactéries, mais peut être dangereux pour les poumons et la peau. Le DCHA, qui est une "amine secondaire", est utilisé comme stabilisateur de pH, mais comme l'ont montré des études plus récentes, une exposition dangereuse à celui-ci peut se produire par la peau. Ainsi, de nombreuses amines secondaires sont éliminées des formules de liquide de refroidissement, disent les fabricants de fluides. En n'utilisant que l'amine primaire, vous avez moins de produits chimiques dans le produit, il y a donc moins de risques de provoquer des irritations cutanées et d'autres problèmes de santé.

La transition vers des liquides de refroidissement sans bore

Pourquoi? Parce que le bore à certains niveaux peut accumuler des résidus et nuire aux outils en adhérant aux pièces, aux broches, aux convoyeurs et aux outils de coupe, ce qui peut épuiser les performances de la durée de vie des outils, explique Halstead. Castrol Industrial l'a découvert en testant des machines CNC dans des laboratoires avec des outils de coupe et des revêtements métalliques. En tant que produit chimique anti-corrosif, le bore aide, mais à des niveaux de concentration plus élevés, il peut être dangereux, ce qui est avant tout à l'ordre du jour de l'entreprise.

Il y a du bon et du mauvais avec les propriétés du bore, dit Halstead. "Le bore a le pH tampon et un effet stabilisant, et la protection contre la rouille, ou" RP ", qui est souvent considérée comme positive." Mais même à de faibles niveaux où les déchets de liquide de refroidissement restent de plus en plus longtemps dans le puisard, ils se concentreront avec le temps, c'est pourquoi certaines entreprises souhaitent qu'ils soient complètement éliminés.

Le rôle de l'usinage à sec et de la fabrication additive

Avec l'essor des techniques d'usinage à sec et des processus de fabrication additive qui n'ont pas besoin d'utiliser de liquide de refroidissement, l'activité MWF est confrontée à une concurrence potentielle à long terme, notamment de la part des fabricants d'outils. De plus, les préoccupations environnementales et sanitaires obligent de nombreux régulateurs à s'orienter vers l'utilisation de la quantité minimale de lubrification, également connue sous le nom de MQL.

"Les préoccupations croissantes concernant l'impact environnemental des lubrifiants, associées au succès de l'usinage à sec à des températures allant jusqu'à 1 800 degrés Fahrenheit, sont à l'origine de cette tendance", écrit Aaron Stone pour Fuels &Lubes International . "L'émergence d'outils avancés en céramique et en diamant, et en nitrure de bore cubique, a permis un usinage à haute température avec une lubrification limitée ou nulle, sans générer d'usure excessive."

Quelle que soit la direction ultime de l'industrie, les fabricants de fluides s'accordent sur une chose :les concentrations des fluides sont destinées à être utilisées entre 5 et 10 %.

"Ce sera pareil quand je prendrai ma retraite que quand j'ai commencé", déclare Koehler. "Tout le monde pense toujours que plus c'est mieux ou veut économiser de l'argent et utiliser moins... Si vous courez à 3%, vous aurez des problèmes biologiques, la croissance de moisissures et la corrosion, et si vous l'utilisez trop riche, nous parlons d'irritation cutanée ou mousse. C'est la seule chose cohérente dans ce métier. »

Son conseil? Gardez-le propre et gardez la concentration là où elle doit être et vous obtiendrez une opération de fluide de travail des métaux réussie.

Quels fluides de travail des métaux utilisez-vous ? Où voyez-vous l'avenir de ces produits ? Partagez vos pensées.