Fluides de Coupe : Avantages, Types et Utilisation pour la Longévité des Machines-Outils

Grâce aux avancées technologiques, les procédés d'usinage ont entraîné l'utilisation de fluides de coupe. Le fluide de coupe est un type de liquide de refroidissement et de lubrifiant utilisé par les métallurgistes pour prolonger la durée de vie d'un outil de coupe. Cette substance facilite également l'usinage de matériaux durs sans user l'outil. Il existe différents types de fluides de coupe, notamment les huiles, les émulsions huile-eau, les pâtes, les gels, les aérosols (brumes) et l'air ou d'autres gaz.

Aujourd'hui, vous découvrirez la définition, les fonctions, les types, les propriétés, la sélection, les applications, les méthodes d'application et les avantages des fluides de coupe.

Qu'est-ce qu'un fluide de coupe ?

Un fluide de coupe est une substance gazeuse ou liquide utilisée pour améliorer les conditions de coupe pendant le processus d'usinage et pour prolonger la durée de vie de l'outil de coupe. Le terme « fluide de coupe » est aussi appelé fluide de refroidissement ou lubrifiant, huile de coupe, composé de coupe, selon le contexte et le type de fluide utilisé. Les fluides de coupe sont appliqués pendant les opérations d'usinage ou de coupe en cours, qu'il s'agisse de tournage, de perçage, de fraisage, etc.

Les fluides de coupe sont fabriqués à partir de distillats de pétrole, d'huiles végétales, de graisses animales, d'eau, d'air ou d'autres ingrédients bruts. Ils sont généralement utilisés dans le travail des métaux et les processus d'usinage. Le type de fluide de coupe à utiliser sera déterminé par le matériau de la pièce. La fonte et certains laitiens peuvent être usinés à sec, bien que le laiton bénéficie de l'utilisation de fluide de coupe pendant l'usinage.

Fonctions des fluides de coupe

Généralement, les fluides de coupe remplissent deux fonctions principales : le refroidissement et la lubrification.

Refroidissement :

Pendant le processus d'usinage, de la chaleur est générée par frottement et par l'énergie perdue lors de la déformation du matériau. L'air ambiant conduit mal la chaleur, ce qu'on appelle une faible conductivité thermique, c'est-à-dire un refroidissement insuffisant ou médiocre. Dans les travaux de production où une coupe intensive est réalisée sur de longues périodes, produisant plus de chaleur, le fluide de coupe est privilégié au refroidissement par air. Le liquide de refroidissement élimine beaucoup plus de chaleur et plus rapidement. Il accélère également le processus de coupe, réduisant ainsi le frottement et l'usure de l'outil.

De plus, l'outil et le matériau de la pièce chauffent tous deux, et une température excessive peut ruiner le revenu des deux. C'est-à-dire que l'outil et le matériau s'amollissent au point de devenir inutilisables. La chaleur peut brûler le matériau adjacent, créer une dilatation thermique indésirable et même entraîner une oxydation, c'est-à-dire des réactions chimiques indésirables.

Lubrification :

Outre le refroidissement, les fluides de coupe aident à lubrifier l'interface entre le tranchant de l'outil et le copeau pendant le processus de coupe. Cela prévient le frottement à la surface et empêche également une partie de la génération de chaleur. Les fluides de coupe fonctionnant comme lubrifiants empêchent également les copeaux de se souder à l'outil, ce qui pourrait interférer avec les coupes ultérieures.

Voyons maintenant brièvement les fonctions générales des fluides de coupe :

• Ils aident à dissiper la chaleur pendant l'usinage.
• Pour le refroidissement de la pièce.
• Pour le refroidissement de l'outil.
• Pour réduire le frottement et l'usure.
• Pour la réduction des forces et de la consommation d'énergie.
• Pour améliorer la durée de vie de l'outil.
• Les copeaux sont évacués par les fluides de coupe.
• Une bonne finition de surface propre est obtenue si un fluide de coupe est utilisé.
• La surface de la machine est protégée contre la corrosion environnementale.

Propriétés des fluides de coupe

Voici les propriétés qu'un fluide de coupe doit avoir pour remplir les fonctions mentionnées :

• Point d'éclair élevé pour pouvoir être utilisé à haute température.
• Faible viscosité, afin de s'écouler facilement sur la pièce.
• Stabilité à haute température.
• Faible tendance au moussage.
• Bonnes propriétés lubrifiantes pour réduire le frottement entre l'outil et la pièce.
• Taux d'absorption de chaleur élevé pour une absorption facile de la chaleur.
• Ne doit pas réagir chimiquement ; doit être chimiquement inerte.
• Doit être inodore pour éviter les mauvaises odeurs même à haute température.
• Doit être inoffensif.
• Doit être transparent pour que l'opérateur puisse voir la zone de coupe.

Sélection du fluide de coupe

Voici les éléments à prendre en compte lors de la sélection d'un fluide de coupe, ainsi qu'une liste de matériaux et de leurs fluides de coupe appropriés :

• Le premier critère est le matériau de la pièce ainsi que le matériau de l'outil.
• Le type d'opération d'usinage est également important.
• Enfin, l'effet de refroidissement, c'est-à-dire la façon dont le fluide de coupe réagira avec le matériau.

Voici une liste et un tableau des matériaux avec leurs fluides de coupe recommandés :

MATÉRIAU	FLUIDE DE COUPE
Fonte, Laiton	Usinage à sec
Cuivre	Essence de térébenthine
Aluminium	Kérosène
Acier	Huile de coupe ou composé de coupe
Acier rapide	Fluides de coupe sans eau
Acier dur, Bronze	Huile minérale

Classification des fluides de coupe

Il existe différentes façons de classifier les fluides de coupe, mais aucune normalisation ne les a établies dans l'industrie. Voici les classifications les plus courantes :

1. Air
2. Fluides de coupe à base d'eau :
   • a) Eau
   • b) Émulsions (huile soluble)
   • c) Solutions chimiques (ou fluides synthétiques)
3. Huiles pures :
   • a) Huiles minérales
   • b) Huiles grasses
   • c) Huiles composées
   • d) Huiles à haute pression (EP)
   • e) Huiles multi-usages

Types de fluides de coupe

Voici les différents types de fluides de coupe et leur fonctionnement :

Eau :

L'eau est l'un des moyens courants de dissipation de chaleur pendant l'usinage, mais elle est pauvre en lubrification. Elle favorise également la rouille sur le matériau. Elle est couramment utilisée comme agent de refroidissement lors du meulage d'outils car ce n'est pas un processus long.

Huiles solubles (Émulsions) :

Les fluides de coupe à huile soluble sont composés d'huile soluble, d'émulsifiants (sulfonate de sodium, savon d'acide gras, esters), d'additifs (agents de résistance à la corrosion ou agents de couplage) et d'eau pour la dilution. C'est l'un des types de fluides de coupe les plus courants et les plus utilisés en usinage.

Les émulsifiants sont des substances chimiques qui permettent la suspension de minuscules gouttelettes d'huile. Les agents de couplage (additifs) fournissent une émulsion blanche sans séparation d'huile ou de crème après mélange avec de l'eau, un niveau de dilution de 5 % étant le plus courant. Ces fluides ont des capacités lubrifiantes moyennes et de bonnes propriétés de refroidissement. Ils conviennent mieux aux opérations de coupe légères sur machines polyvalentes où les taux d'enlèvement de matière sont faibles.

Huiles pures (huiles de pétrole ou végétales) :

De bons exemples d'huiles pures sont les huiles de paraffine, les huiles naphténiques, les huiles végétales, etc. Il s'agit généralement d'huile de pétrole ou végétale utilisée sans dilution avec l'eau. Les huiles pures offrent une excellente lubrification et, pour des exigences environnementales favorables, les huiles végétales jouent un rôle grâce à leur biodégradabilité et leur élimination faciles. Cependant, elles sont peu utilisées car elles se décomposent et sentent mauvais.

Huiles minérales :

Les huiles minérales sont un autre type spécial de fluides de coupe utilisés pour les opérations de coupe lourdes en raison de leurs bonnes propriétés lubrifiantes. Elles sont couramment utilisées dans les machines de production où des taux d'enlèvement de matière élevés sont effectués. Elles conviennent mieux aux aciers mais ne doivent pas être utilisées sur le cuivre et ses alliages car elles ont un effet corrosif.

Fluides synthétiques :

Ces fluides de coupe sont à base d'eau et ne contiennent pas d'huile minérale. Ils ont une taille de particule typique de 0,003 mm. Comme l'eau offre d'excellentes propriétés de refroidissement mais est corrosive, elle ne peut pas être utilisée sur tous les matériaux et opérations. Ce fluide n'est pas non plus efficace comme lubrifiant. Cependant, la rouille peut être empêchée en ajoutant des inhibiteurs de rouille.

Fluides semi-synthétiques :

Les fluides de coupe semi-synthétiques sont un mélange d'huiles solubles (émulsions) et de fluides synthétiques (fluides à base d'eau). Dans ce fluide, environ 5 à 20 % d'huile minérale sont émulsionnés avec de l'eau pour produire une microémulsion. La taille des particules varie de 0,01 à 0,1 mm, suffisamment petite pour transmettre tous les incidents légèrement. Ces fluides sont largement utilisés car ils offrent les avantages des huiles solubles et des synthétiques.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement des fluides de coupe et les méthodes d'application :

Conclusion

Les fluides de coupe sont très importants dans l'industrie métallurgique et même dans les industries d'ingénierie aujourd'hui, car certains matériaux et outils ont également besoin de refroidissement et de lubrification pendant leur processus de coupe ou d'usinage. Dans cet article, nous avons appris et expliqué ce qu'est un fluide de coupe, ses fonctions, propriétés, sélection, classification, types, ainsi que les méthodes d'application des fluides de coupe.

J'espère que vous avez beaucoup appris de cette leçon. Si c'est le cas, partagez-la avec d'autres étudiants techniques. Merci de votre lecture ! À la prochaine.