Il n'est pas évident de trouver le lubrifiant d'arrosage assurant les meilleures performances de coupe et, aussi, les caractéristiques attendues de sécurité et de mise au rebut ou de récupération.

   L'ensemble du personnel engagé, à un niveau quelconque, dans les travaux d'usinage des métaux est parfaitement au courant que lors de la coupe au moins quatre-vingt dix sept pour cent de l' énergie consommée se trouve transformée en chaleur. Cette chaleur endommage à la fois l'outil et la pièce si des conditions appropriées de refroidissement ne sont pas appliquées au niveau de l'arête de coupe de l'outil. Or, un outil surchauffe perd de sa dureté, ce qui réduit sa durée de vie, tandis que la surchauffe de la pièce affecte son intégrité dimensionnelle . Hormis la possibilité offerte aujourd'hui de pouvoir accélérer la vitesse de coupe afin que la chaleur soit évacuée en majorité dans les copeaux, la solution consiste à refroidir à la fois l'outil et la pièce dans la zone de coupe. Mais existe-t-il un moyen privilégié pour y parvenir ?

Fig. 1- Malgré une évolution des conditions d'usinage ayant tendance à réduire, sinon à éliminer tout arrosage lors des opérations d'usinage des métaux, il n'en reste pas moins que l'arrosage restera encore longtemps, dans la majorité des cas, le meilleur moyen pour favoriser la coupe et assurer l'évacuation efficace et régulière des copeaux seulement, encore faut-il que l'arrosage soit assuré avec un guide lubrifiant approprié.

   Comment évacuer la chaleur ?

   L'efficacité du refroidissement de la zone de coupe dépend d'une diversité de facteurs dont 1) la matière usinée, 2) le type d'opération, 3) la vitesse de coupe, 4) l'envoi précis du fluide d'arrosage dans la zone de coupe et 5) le type d'outil utilisé. Chacun de ces facteurs joue son rôle dans le choix du bon fluide d'arrosage. En outre, afin de réduire toute erreur de départ, les fabricants de lubrifiants ont divisé les matières de pièces en trois catégories distinctes qui sont :
1) les aciers au carbone, alliés et à outils,
2) les aciers inoxydables, le titane et les alliages réfractaires,
3) les fontes grises et ductile, l'aluminium et les métaux non ferreux. Pour chacune de ces catégories, il est proposé trois sortes de lubrifiant de coupe susceptibles de bien convenir et que l'on va immédiatement analyser.

   Fluides semi-synthétiques

   Les fluides semi-synthétiques sont composés d’émulsifiants naturels et synthétiques, de minuscules gouttes d’huile et d’émulsions appropriées. Elles assurent une bonne protection contre la corrosion, une lubrification satisfaisante et une tolérance à la contamination, ceci avec de meilleures stabilité et conservation dans le réservoir que les fluides de coupe à base d’huiles solubles. Ils conviennent aussi bien pour les métaux ferreux que non ferreux et contribuent à maintenir un environnement de travail propre.

   Fluides de coupe synthétiques

   Les fluides synthétiques sont des solutions, sans présence d’huile, de polymères et d’autres matières organiques et inorganiques mélangées à de l’eau. Comme il n’y a pas d’huile, ils présentent une très longue durée de vie. Ils ne salissent pas, résistent à la formation de mousse et sont parfaitement compatibles à de l’eau dite “dure”. Ils conviennent parfaitement bien à l’usinage à grande vitesse des métaux ferreux. Leur seul inconvénient est que, dans certains cas, ils peuvent provoquer des dépôts dans certains endroits de la machine et, en outre, risquent parfois de ternir la surface des pièces en métaux ferreux.

   Huiles solubles

   Les huiles solubles sont composées d’huile et d’émulsifiants leur permettant de se mélanger efficacement dans de l’eau. Elles ont le gros avantage d’assurer un excellent glissement dans une variété d’applications. Leur domaine d’application privilégié est le perçage profond et celui au foret à canon dans les métaux non ferreux.

   Autres fluides de coupe

   Une quatrième catégorie de fluides de coupe comprend ceux que l’on classe comme fluides spéciaux, nettoyants et additifs. Ce sont essentiellement des produits renforcant le glissement ou assurant une meilleure propreté, des fluides pour taraudage, des neutraliseurs d’empreintes digitales et des additifs divers. Dans certains cas, ils peuvent aider à éviter la corrosion ou introduire un lubrifiant solide entre l’outil et la pièce. Un fluide spécial peut aussi être mélangé dans un liquide de coupe ou être étendu sous sa forme non diluée directement sur la pièce ou pendant l’opération d’usinage.

   Sélection du fluide de coupe

   La majorité des fabricants de fluides d’arrosage et de lubrifiants offre une gamme semblable de produits semi-synthétiques, synthétiques et d’huiles solubles. Afin de simplifier le choix du fluide coupe approprié, il est conseillé de dresser une liste des critères spécifiques répondant le mieux à l’environnement de fabrication où il sera utilisé. A partir de ces critères, le fabricant de fluide est, en général, en mesure de proposer le liquide d’arrosage ou le lubrifiant convenant le mieux au travail à effectuer. Chaque produit possède une description de sa formulation, de ses caractéristiques et des applications auxquelles il est destiné. Il est généralement disponible en bidons, fûts ou conteneurs de 20, 200 ou 1000 litres selon les besoins de l’utilisateur.

   Solutions aux difficultés ou incidents

   Il peut se présenter une variété d’incidents ou de situations concernant la performance du fluide de coupe, ses caractéristiques de bio-stabilité, son entreposage ou son mélange. Ils demandent à prendre certaines mesures ou actions, voire à carrément changer de fluide. La tableau du bas de la page indique les principales actions à prendre.

   Manipulation des fluides de coupe

   La manipulation et les soins à apporter aux fluides de coupe impliquent divers facteurs dont l’entreposage, le mélange, le contrôle des bactéries, celui du réservoir de la machine et, bien sûr, l’assurance qu’ils sont appliqués correctement dans la zone de coupe. En ce qui concerne l’entreposage, le fluide exige un fût propre à fermeture hermétique clairement identifié et à l’abri du soleil comme du gel, si possible dans un local protégé doté d’une bonne aération et d’extincteurs. Les fûts doivent être nettoyés avec un absorbant minéral inerte. Enfin, le local d’entrepôt ne doit contenir aucun agent oxydant puissant et il est interdit d’utiliser de la sciure ou du coton pour absorber les éventuelles traces d’huile.

   Lors du mélange des concentrés solubles à l’eau, c’est l’huile qui doit être ajoutée à l’eau et non l’inverse. Cette eau doit être me surée dans un bac absolument propre et le volume de concentré soigneusement mesuré y être versé progressivement tout en procédant à une bonne action de mélange, si possible par agitation mécanique lente. En fin d’opération, il est très important de vérifier le degré de concentration du mélange en se servant d’un réfractomètre ou bien d’un appareil goutte à goutte. Il est encore mieux d’en envoyer un échantillon à un laboratoire spécialisé. Au cas de recours à un réfractomètre, il faut savoir que la lecture qu’il donne est différente de la concentration réelle. Par exemple, si un fluide est mélangé dans un rapport de 21/1, on aura une dilution de 5 pour cent alors que le réfractomètre indiquera, en général, quelque chose d’un peu différent du fait de la présence d’additifs dans le mélange.

   Conseils pour éliminer les ennuis fréquemment rencontrés

   Dureté de l’eau due à la présence de calcium et de magnésium

   La dureté de l’eau est une mesure de la présence d’un certain volume de sels inorganiques. Une eau dite dure réagit avec le savon en gênant la formation de mousse mais avec les fluides de coupe en cassant leur émulsion. Il est donc recommandé de traiter les eaux réputées dures. Pour donner une idée précise des niveaux de dureté, il existe une échelle simple que voici:

   Contrôle des bactéries

   Les bactéries se multiplient dans les agents gras, les inhibiteurs de corrosion et dans d’autres composants de l’émulsion. Ceci entraîne une réaction chimique qui rend l’émulsion plus acide. Les émulsions à basse teneur en oxygène produisent des odeurs de soufre. Pour réduire la croissance des bactéries, on doit utiliser un aérateur, maintenir le réservoir très propre et la bonne concentration. On peut aussi écrémer l’huile du réservoir et y ajouter un agent anti-bactéries mais le plus important reste le maintien de la bonne concentration.

   Arrosage de la zone de coupe

   Le débit normal du fluide de coupe doit se tenir entre 7 et 10 l/mn par kW absorbé à la broche pendant l’usinage. Néanmoins, on doit faire attention au fait que tout problème éventuel implique l’état du fluide de coupe, son débit et s’il est correctement envoyé dans la zone de coupe. Un mélange incorrect ou en proportion inversée, ainsi que des concentra tions trop riches provoqueront automatiquement des difficultés. La vitesse d’usinage, tout comme la capacité et l’état du réservoir de fluide, ont aussi leur incidence. Les fabricants de fluides de coupe ne peuvent que donner des conseils sur les soins à apporter à leurs produits. En matière d’utilisation, ce qui marche dans un atelier ne marche pas forcément dans un autre et l’utilisateur doit réaliser que les fabricants ne peuvent qu’effectuer certains contrôles chimiques sur leurs fluides, alors que les conditions dans lesquels ils sont utilisés sont les facteurs les plus importants qui en influencent l’efficacité.

Fig. 2 - Ici, pour une opération d’ébauche d’une pièce en alliage léger, la rapidité de la coupe a été jugée tout à fait compatible avec un arrosage abondant de la zone de coupe. La haute vitesse de rotation de la fraise jouant un effet centrifuge important, pour être certain que l’arrosage soit distribué efficacement là où son action est indispensable, il a été jugé nécessaire de mettre en service deux buses parfaitement orientées en complément l’une de l’autre.

   Recyclage des liquides et des huiles de coupe

   Nombreuses sont les entreprises où l’on usine des métaux qui trouvent un avantage économique à procéder elles-même au nettoyage et au réemploi de leurs fluides de coupe en utilisant des moyens mécaniques ou de filtration. Certains systèmes peuvent séparer mécaniquement les huiles du liquide de coupe en les laissant reposer pendant un certain temps. Une autre technique consiste à utiliserun équipement de coalescence qui élargit mécaniquement la surface du fluide usagé pour en séparer les huiles polluées. D’autres méthodes consistent à faire usage d’une variété de systèmes de filtration. De toute manière, se débarrasser des fluides pollués est un souci de tous les ateliers où l’on usine les métaux et, très souvent, il est fait appel à un service de récupération spécialisé.

   Pour conclure

   Choisir, utiliser et maintenir en bon état les fluides de coupe est une dynamique exigeant de se tenir au courant des techniques les plus récentes disponibles, des nouveaux produits lancés sur le marché, des tendances se faisant jour en matière d’usinage qui évitent une trop forte consommation des fluides coupe et des régulations environnementales.