Pour le plus optimal choix du liquide de coupe il faut tenir compte tout les particularités de l’usinage. On a élaboré le système qui tiendra compte ces particularités et comme le résultat définie les propriétés physiques et chimiques plus optimal du liquide de coupe pour tels ou tels conditions d’usinage et aussi le mode d’alimentation de la liquide.

   Dans le but d’améliorer la qualité et la productivité d’usinage il faut appliquer les liquides de coupe (LDC). LDCs possèdent quatre fonctions techniques. Ils servent, en premier lieu à lubrifier les surfaces de contact entre l'outil et la pièce de manière à minimiser la friction. Ils servent en plus à refroidir le système dans la zone de travail et à évacuer les copeaux dans le cas du travail des métaux par enlèvement de copeaux. Les LDCs offrent enfin une protection contre la corrosion pendant l'usinage.
   Pour tel ou tel modes d’usinage la LDC doit posséder les paramètres physiques définis. Il est nécessaire déterminer les paramètres physiques essentiels qui influent sur l’usinage. Ces paramètres sont indiqués ci-dessous.
   La conductivité est une mesure de la conductance d’une LDC. À mesure que la quantité de matériaux dissous - calcium, magnésium, sodium, chlorures, etc. – augmente, la conductivité augmente. Normalement, la conductivité augmente progressivement dans le temps. Le taux de croissance dépend de la qualité et de la quantité d’eau utilisée, et du volume et du type des contaminants. Un niveau élevé de conductivité peut favoriser un certain nombre de problèmes : résidus insolubles, instabilité du mélange et diminution du rendement global.
   La conductibilité caractérise les propriétés refroidissant des LDCs. Plus grande la conductibilité de chaleur et la capacité thermique des LDCs plus mieux les propriétés refroidissants.
   La viscosité caractérise les LDCs à l’aspect de sa capacité lubrifiant. On sait que plus grande viscosité de graisse plus grande charge cette graisse peut subir et plus bas coefficient de frottement des surfaces frottés. Cependant, la trop grande viscosité embarrasse la pénétration du liquide dans la zone de coupe. Un des facteur qui influe sur la viscosité du LDC est température au zone de travail : l’augmentation de température provoque l’augmentation du distance entre les molécules du liquide et l’encombrement pour le mouvement des molécules devient plus faible et comme le résultat la liquide écoule rapide c’est-à-dire possède de la viscosité faible.
   Effet de Rebinder – dans les conditions de la coupe des métaux il est désirable d’avoir les liquides avec la petite tension superficielle l'humectation des surfaces de travail de l'outil et les phénomènes capillaires dans la zone de coupe. L’addition aux LDC des substances surfactives les fait plus adhésive au métal. Tel les liquides sont haut - adhésive au métal seront non seulement réduire le coefficient de la friction en train de la coupe formatant les pellicule adsorptif ou chimique sur les surfaces frottants, mais encore faciliter le procès de la déformation plastique pour le compte de l'effet d’élargissement (l'effet Rébinder). Et ce phénomène se renforce plus au contact des substances surfactives avec les surfaces, qui manquent de la pellicule d’oxydation superficielle. La surface ouverte à l’usinage par la coupe, est une telle surface.
   Pour les liquides de coupe aqueux la concentration est paramètre fondamental.
   La concentration d’une LDC représente la teneur en matières actives du produit.
   Le maintien de la concentration dans le temps est donc primordial et permet d’assurer à la liquide ses différentes fonctions.
   Le point éclair. C’est la température à laquelle les premières vapeurs émises par la liquide s’enflamment momentanément en présence d’une source d’ignition.
   Le pH mesure le caractère acide du lubrifiant. Cette valeur est étroitement liée à l’état d’oxydation du liquide. En effet, sous l’effet de la température et de l’oxygène, les lubrifiants s’épaississent et s’acidifient. C’est un bon indicateur de l’état du mélange. À chaque produit correspond un régime du pH.
   Une chute de pH alerte sur un début de développement microbiologique qui libèrent au cours de leur métabolisme des composés acides ce qui peut générer: une déstabilisation du liquide ; des pertes de pouvoir anticorrosion ; des mauvaises odeurs ; la formation de dépôts (filaments, peaux,…).
   Si le pH du mélange est trop élevé, d’autres aspects du mélange seront affectés, comme la douceur et la protection contre la corrosion des métaux non ferreux.
   Le TH (titre hydrotimétrique) mesure la dureté de l’eau, c’est à dire la concentration en ions calcium et magnésium : TH < 15 : eau douce ; TH > 15-20 : eau dure ; TH > 30 : eau très dure [2].
   Le TH qui est lié à la qualité de l’eau utilisée influence le comportement du LDC : une eau douce favorise le moussage ; une eau dure favorise au contraire la formation de dépôts ou savons dans la liquide.
   Pour le plus optimal choix du LDC il faut tenir compte tout les particularités de l’usinage. Il a besoin du système qui tiendra compte tout ces particularités et comme le résultat définira les propriétés physiques et chimiques plus optimal du LDC pour tels ou tels conditions d’usinage et aussi le mode d’alimentation du liquide.

   Premier pas – l’analyse de la mode d’usinage

   Les opérations de tournage caractérisent par la haute température et la continue de l’opération. C’est pourquoi les propriétés de refroidissement de la LDC avoir une essentielle rôle.
   En fraisage la température des arêtes de coupe s’élève et retombe lorsque l’outil entre et ressort de la pièce. La dilatation et la contraction provoquées par ces fluctuations de température entraînent une fatigue. Eventuellement, une série de criques thermiques ressemblant à une usure en peigne se formera perpendiculairement à l’arête et provoquera son émiettement. A ce stade, mettre en œuvre un arrosage risque souvent d’empirer la situation pour une raison simple. La majorité de l’effet de refroidissement s’écoule dans la partie de la pièce qui est déjà plus froide que la passe. Les experts ne sont toujours pas en mesure de savoir vraiment si une partie du LDC parvient à atteindre la zone de coupe, celle entre le copeau et la pièce, pour maîtriser à sa source l’échauffement dû à l’usinage. Les LDC tendent à ne refroidir que la région voisine, celle déjà froide, intensifiant ainsi les gradients de température et augmentant les tensions thermiques.
   La profondeur de passe a aussi une influence sur la température de coupe car elle affecte en même temps l’effort de coupe et le temps de refroidissement. Les plaquettes de coupe de fraises engagées entièrement dans la passe passent la moitié de leur temps à chauffer pendant la coupe et l’autre moitié à se refroidir dans l’air. Lorsque ce passage d’une situation dans l’autre est de cinquante pour cent, toutefois, elles ne sont dans la passe qu’un quart du temps de leur rotation et trois quarts dans l’air. Autrement dit, ces plaquettes passent moitié moins de temps à chauffer et bien plus à se refroidir.
   Les opérations de taraudage, d’alésage à l’alésoir et de perçage n’ont pas besoin de l’aide qu’une LDC peut offrir, en tout cas pas nécessairement pour refroidir. Le perçage, en particulier, nécessite une lubrification à la pointe du foret et un véritable jet afin de chasser les copeaux hors du trou. Sans liquide, les copeaux peuvent se souder dans le trou et la rugosité moyenne de la surface usinée peut être deux fois moins bonne que celle qu’il est possible d’obtenir en travail sous un arrosage efficace. La lubrification de la pointe de contact entre les listels du foret et les parois du trou peut aussi réduire le couple demandé à la machine pour effectuer l’opération.
   Donc, l’analyse de la mode d’usinage précise des propriétés nécessaires du LDC et la mode d’alimentation.

   Deuxième pas – l’analyse du matériau à usiner

   Le premier pas du choix du LDC c’est analyse du matériau à usiner. Parfois, une LDC peut ternir ou contaminer la pièce. L’usage d’une liquide peut être superflu pour usiner la majorité des fontes alliées et des aciers au carbone, par exemple. Ces matières sont relativement faciles à usiner et sont bonnes conductrices de la chaleur, ce qui permet aux copeaux d’évacuer le maximum de la chaleur générée. Une exception est l’acier bas carbone qui devient plus adhésif au fur et à mesure que la teneur en carbone diminue. Ces alliages peuvent nécessiter le recours à une LDC comme lubrifiant pour éviter la formation d’arêtes rapportées.
   Les LDCs ne sont normalement pas nécessaires lorsque l’on usine la majorité des alliages d’aluminium car ils ne génèrent que de relativement faibles températures pendant la coupe. Et, dans les cas où se produit un soudage de la matière sur l’outil, il suffit de faire appel à des plaquettes à coupe très positive et à arêtes vives pour que disparaisse ce phénomène indésirable. Cependant, le recours à un arrosage sous haute pression peut faciliter l’usinage des alliages d’aluminium à hautes vitesses dans les cas où un simple jet d’air comprimé ne suffit pas pour assurer une rupture correcte et l’évacuation des copeaux.
   L’usinage des aciers inoxydables à sec est un peu plus difficile. L’échauffement peut provoquer des modification de structure de la matière. Par exemple, il peut conduire à un revenu trop important des alliages martensitiques. Si, avec beaucoup d’alliages martensitiques la chaleur ne s’évacue pas correctement de la zone de coupe dans les copeaux, c’est que leur conductibilité a tendance à être mauvaise. De ce fait, une surchauffe de l’arête de coupe risque de réduire considérablement sa tenue. Une autre raison expliquant que les liquides de coupe sont généralement nécessaires pour usiner les aciers inoxydables est que nombre d’entre eux sont collants, signifiant qu’ils ont tendance à former des arêtes rapportées le long des arêtes de coupe, ce qui conduit à sortir de piètres états de surface.
   Il existe des matières n’offrant que rarement l’option de pouvoir les usiner à sec. Les alliages réfractaires, par exemple, représentent une catégorie de matières ne pouvant se passer d’arrosage. L’usinage des alliages à base de chrome et de nickel, en particulier, génèrent de très hautes températures pendant leur usinage, ce qui impose l’usage d’une LDC pour dissiper la chaleur. S’il possède un bon pouvoir de lubrification, cette liquide offre l’avantage supplémentaire de limiter au mieux la génération de chaleur.
   La présence du LDC s’impose obligatoirement pour usiner le titane. Bien que des recherches soient constamment menées pour trouver un moyen de l’usiner à sec, les propriétés de cette matière soulèvent des obstacles sérieux pour y parvenir. Elle est collante, possède un faible coefficient de conductibilité thermique et, dans le cas de certains alliages, présente un point d’éclair très bas. En conséquence, les copeaux n’évacuent pas la chaleur et la pièce peut s’échauffer suffisamment pour prendre feu. On doit signaler, bien sûr, que le magnésium aussi brûle facilement mais offre une bonne formation des copeaux. Les LDCs évitent cet ennui en lubrifiant l’arête de coupe et en chassant les copeaux hors de la pièce. Pour s’assurer que la liquide de coupe remplit bien ces fonctions, les alliages de titane préfèrent qu’il soit envoyé sous haute pression. Enfin, on doit savoir qu’occasionnellement les métaux frittés nécessitent l’usage d’une LDC permettant de déposer en surface un film mince d’huile servant d’inhibiteur de corrosion.
   En tenant compte des nuances de coupe on peut faire un ensemble de recommandations générales destinées à guider dans le choix du mode d’alimentation du LDC en fonction de la nature des matières des pièces.
   Le choix de la mode d’alimentation du LDC pour fraisage et tournage, perçage et taraudage est présenté au tableau 1.

   Tableau 1 - Recommandations générales à guider le choix du mode d’alimentation du LDC en fonction de la nature des matières des pièces

   Donc, l’analyse du matériau d’ébauche donne la information préalable sur la mode d’alimentation, la conductibilité, la propriété lubrifiante (la viscosité), le point d’éclair du LDC.

   Troisième pas – l’analyse de l’outillage et de l’équipement.

   L’outil joue un rôle de premier plan dans le processus de transfert de la chaleur en assurant la formation de copeaux corrects. Ces copeaux peuvent, en effet, évacuer jusqu’à quatre-vingt cinq pour cent de la chaleur générée par l’action de coupe et ne permettre qu’elle pénètre dans la pièce qu’à hauteur de cinq pour cent, les dix pour cent restant se trouvant transférés dans l’outil lui-même et ailleurs.
   Lorsque l’outil éjecte les copeaux hors de la zone de coupe, la machine doit, de son côté, prendre sa part dans le processus de leur évacuation. Si les copeaux s’accumulent dans la base de la machine ou ailleurs pour des périodes relativement courtes, la chaleur qu’ils ont absorbé sera également en mesure de s’écouler dans le bâti même de cette machine, provoquant sa dilatation ou d’infimes déformations susceptibles d’affecter la précision de l’usinage.

   Quatrième pas – l’analyse des régimes de coupe

   Régimes de coupe influent pour beaucoup sur la formation du champs de chaleur dans le système pièce-outil-copeau. En tenant compte ce facteur on choisie la propriété de refroidissement de la LDC.

   Cinquième pas – l’analyse des propriétés du LDC déterminés

   L’utilisation du LDC déterminés doivent assurer la précision et la qualité de l’usinage nécessaires. C’est pourquoi il faut faire l’analyse du LDC en fonctions des ces exigences. Par exemple, les propriétés lubrifiantes d'une LDC peuvent limiter le phénomène et protéger la qualité de surface obtenue. Tout en améliorant le fini de surface avec une LDC, le positionnement de la passe pouvait se décaler. Une cause possible est que la pression exercée par le film de lubrifiant de coupe entre l'outil et la pièce est suffisante pour provoquer un très léger fléchissement de cet outil. On peut dire que le gain en qualité de fini de surface est parfois obtenu au détriment d'une petite perte de précision dimensionnelle.

   Conclusion : Le système élaboré peut contribuer au choix optimal du LDC dans les conditions définis de l’usinage avec la qualité et la précision exigées de la pièce à usiner et le débit minimal du LDC. Le système est présenté sur la figure 1.

Figure 1 – Système du choix du LDC

   Bibliographie : 1. Богуславский В.А., Польченко В.В., Навка И.П., Зантур Сахби. Физико-химические основы выбора смазочно-охладающих технологических сред при обработке металлов резанием. - http://www.uran.donetsk.ua. 2. COMETE – Journée technique du 8 juin 2006 B. Laborde, R. Moraes. L’analyse des lubrifiants. 3. Contrôle des liquides de travail des métaux. - «Les liquides de travail des métaux et les règlements canadiens», rapport technique Milacron 11/04. 4. Définitions des termes d’analyse pour les liquides de travail des métaux solubles dans l’eau - «Les liquides de travail des métaux et les règlements canadiens», rapport technique Milacron 11/04. 5. D.Graham, D.Huddle et D.McNamara. Usinage à sec : technologie à prendre en compte. - http://www.trametal.com. 6. Usiner : à sec, sous lubrification minimale ou sous arrosage... et quoi ? - http://www.trametal.com. 7. Usiner a sec : est-ce la bonne solution ? Et que penser de l'action d'un jet d'air comprimé ? - http://www.trametal.com.