Vous êtes-vous déjà demandé comment rendre la coupe des métaux plus rapide et plus précise ? Ce blog explore les secrets des fluides de coupe, les champions méconnus de l'usinage. Découvrez comment ils refroidissent, lubrifient et nettoient, transformant votre processus d'usinage en un chef-d'œuvre. Préparez-vous à découvrir la magie qui se cache derrière des finitions plus lisses et des outils plus durables !
Au cours du processus de coupe des métaux, pour améliorer l'efficacité de la coupe, la précision de la pièce, réduire la rugosité de la surface, prolonger la durée de vie de l'outil et obtenir des résultats économiques optimaux, il est essentiel de minimiser le frottement entre l'outil et la pièce, ainsi qu'entre l'outil et les copeaux.
En outre, il est essentiel de dissiper rapidement la chaleur générée par la déformation du matériau dans la zone de coupe.
Pour atteindre ces objectifs, des progrès ont été réalisés en développant des matériaux à haute dureté et résistants aux températures élevées et en affinant les géométries des outils.
L'introduction de matériaux tels que l'acier au carbone, l'acier rapide, le carbure de tungstène et les céramiques, ainsi que l'utilisation d'outils indexables, ont considérablement accéléré l'évolution de l'industrie de l'acier. découpe des métaux taux.
D'autre part, l'utilisation de fluides de coupe performants permet souvent d'améliorer considérablement l'efficacité de la coupe, de réduire la consommation d'énergie et d'améliorer la qualité de l'air. rugosité de la surfaceet prolonge la durée de vie de l'outil, ce qui permet d'obtenir des résultats supérieurs et rentables. Les fonctions de fluides de coupe inclure :
L'effet de refroidissement repose sur le transfert de chaleur par convection et la vaporisation du liquide de coupe pour éliminer la chaleur des solides (outils, pièces à usiner et copeaux), abaissant ainsi la température dans la zone de coupe et réduisant la déformation de la pièce à usiner, tout en maintenant la dureté et la taille de l'outil.
L'efficacité de cet effet de refroidissement dépend des propriétés thermiques du fluide, en particulier de sa capacité thermique spécifique et de sa conductivité thermique.
En outre, les conditions d'écoulement des fluides et les coefficients d'échange thermique jouent un rôle essentiel. Le coefficient d'échange thermique peut être amélioré en ajustant les matériaux tensioactifs et la chaleur latente.
L'eau, avec sa capacité thermique spécifique élevée et sa conductivité thermique impressionnante, surpasse les fluides de coupe à base d'huile en termes de performance de coupe. La modification des conditions d'écoulement, telle que l'augmentation de la vitesse et du volume d'écoulement, peut améliorer efficacement l'effet de refroidissement du liquide de coupe.
Cette méthode est particulièrement avantageuse pour les fluides de coupe à base d'huile dont les effets de refroidissement sont inférieurs. Dans le cas du forage de trous profonds à l'aide d'un pistolet et du forage à grande vitesse à l'aide d'un usinage des engrenagesL'augmentation de la pression et du volume de l'alimentation en fluide a permis d'obtenir des améliorations.
Le refroidissement par pulvérisation, qui facilite la vaporisation du liquide, améliore aussi considérablement l'effet de refroidissement.
L'efficacité du refroidissement d'un liquide de coupe est influencée par sa perméabilité. Les fluides ayant une bonne perméabilité refroidissent l'arête de coupe plus rapidement. La perméabilité des fluides de coupe est liée à leur viscosité et à leur mouillabilité. Les fluides à faible viscosité ont une meilleure perméabilité que les fluides à forte viscosité.
Les fluides de coupe à base d'huile ont généralement une meilleure perméabilité que ceux à base d'eau, mais les fluides de coupe à base d'eau contenant des agents tensioactifs présentent une perméabilité nettement améliorée.
La mouillabilité d'un liquide de coupe est liée à sa tension superficielle. Lorsque la tension superficielle du liquide est élevée, il a tendance à former des gouttelettes sur les surfaces solides, ce qui se traduit par une mauvaise perméabilité.
Inversement, lorsque le liquide a une faible tension superficielle, il s'étale sur le solide, l'angle de contact solide-liquide-gaz étant minime, voire nul. Il en résulte une excellente perméabilité, qui permet au liquide de s'écouler rapidement dans les interstices où l'outil entre en contact avec la pièce et les copeaux, ce qui intensifie l'effet de refroidissement.
La qualité de l'effet de refroidissement est également associée à la formation de mousse. Comme la mousse se compose principalement d'air, qui a une mauvaise conductivité thermique, les fluides de coupe contenant trop de mousse ont une performance de refroidissement réduite.
C'est pourquoi les fluides de coupe synthétiques contenant des tensioactifs comprennent généralement une petite quantité d'huile de silicone émulsifiée qui sert d'agent antimousse.
Des études récentes ont montré que les fluides de coupe ioniques à base d'eau peuvent rapidement neutraliser la charge statique générée pendant la coupe et le meulage en raison d'une friction intense, empêchant ainsi la surchauffe de la pièce à usiner et offrant des effets de refroidissement exceptionnels.
Ces fluides de coupe ioniques sont aujourd'hui largement utilisés comme lubrifiants réfrigérants pour le meulage à grande vitesse et les processus de meulage agressifs.
Lors de l'usinage, il se produit un frottement entre les outil de coupe et les copeaux, et entre l'outil et la surface de la pièce. Les fluides de coupe agissent comme des lubrifiants pour réduire ce frottement.
Pour l'outil de coupe, compte tenu de son angle de dépouille pendant l'usinage, il entre moins en contact avec le matériau usiné que la face de coupe primaire, ce qui réduit la pression de contact.
La condition de frottement-lubrification sur la face de décharge se rapproche d'un état de lubrification limite. Les substances fortement adsorbantes, comme les agents huileux et les agents extrême-pression (EP) avec une force de cisaillement réduite, réduisent efficacement ce frottement.
La situation sur la face de coupe primaire est différente ; lorsque le copeau déformé est expulsé par la pression de l'outil, la pression de contact augmente et le copeau, qui subit une déformation plastique, s'échauffe.
Après l'application du liquide de coupe, le copeau se contracte brusquement sous l'effet du refroidissement, ce qui réduit la longueur de contact du copeau sur la face de coupe primaire et la zone de contact métallique entre le copeau et l'outil.
Cela réduit également la contrainte de cisaillement moyenne, ce qui se traduit par un angle de cisaillement plus important et une force de coupe réduite, améliorant ainsi l'usinabilité du matériau de la pièce à usiner.
Pendant le meulage, l'ajout de liquide de meulage forme un film lubrifiant entre le grain de meulage, la pièce à usiner et les copeaux. Cette couche de lubrification réduit la friction, prévient l'usure des arêtes abrasives et améliore l'état de surface.
En général, les fluides de coupe à base d'huile sont plus performants que ceux à base d'eau, les meilleurs résultats étant obtenus avec des fluides à base d'huile contenant des additifs huileux et EP. Ces additifs huileux sont généralement des composés organiques à longue chaîne avec des groupes polaires, tels que des acides gras, des alcools et des graisses végétales ou animales.
Ils forment une couche lubrifiante sur la surface du métal, réduisant la friction entre l'outil et la pièce à usiner et les copeaux, afin de réduire la résistance à la coupe, de prolonger la durée de vie de l'outil et d'améliorer la finition de la surface.
Les additifs huileux fonctionnent mieux à basse température ; au-delà de 200°C, leur couche d'adsorption est compromise et perd ses propriétés lubrifiantes. Par conséquent, les fluides de coupe contenant de l'huile sont utilisés pour la coupe de précision à faible vitesse, tandis que la coupe à grande vitesse et à usage intensif nécessite des fluides de coupe avec des additifs EP.
Les additifs EP contiennent des éléments tels que le soufre, le phosphore et le chlore, qui réagissent chimiquement avec les métaux à des températures élevées pour former des composés tels que le sulfure de fer, le phosphate de fer et le chlorure de fer, qui présentent tous une faible résistance au cisaillement.
Cela réduit la résistance à la coupe et la friction entre l'outil, la pièce à usiner et les copeaux, facilitant ainsi le processus de coupe. Les fluides de coupe contenant de l'EP empêchent également l'accumulation de copeaux et améliorent l'état de surface.
Le chlorure de fer a une structure cristalline en couches, ce qui lui confère la plus faible résistance au cisaillement. Par rapport au sulfure de fer, il a un point de fusion plus bas et perd ses propriétés lubrifiantes autour de 400°C.
Les propriétés du phosphate de fer se situent entre celles du chlorure et du sulfure de fer. Le sulfure de fer résiste à des températures allant jusqu'à 700°C et est généralement utilisé dans les fluides de coupe pour la coupe et l'usinage intensifs de matériaux difficiles à couper.
Outre la formation de couches lubrifiantes à faible cisaillement sur les métaux ferreux tels que l'acier et le fer, les additifs EP remplissent également cette fonction sur les métaux non ferreux tels que l'acier et le fer. cuivre et aluminium. Toutefois, pour la coupe des métaux non ferreux, les additifs EP réactifs doivent être évités afin de prévenir la corrosion de la pièce à usiner.
L'effet lubrifiant des fluides de coupe est également lié à leurs propriétés de pénétration ; ceux qui ont une bonne pénétration permettent aux lubrifiants d'accéder rapidement aux interfaces entre les copeaux, les outils et les pièces, formant des films lubrifiants qui réduisent les coefficients de frottement et la résistance à la coupe.
Des études récentes suggèrent que, outre les effets de lubrification susmentionnés, les fluides de coupe peuvent pénétrer dans de minuscules fissures sur les surfaces métalliques, modifiant les propriétés physiques du matériau usiné, réduisant ainsi la résistance à la coupe et facilitant le processus d'usinage.
Au cours des processus de coupe des métaux, les copeaux, les poudres métalliques, les débris de meulage et les résidus d'huile peuvent facilement adhérer à la surface de la pièce à usiner, des outils de coupe et des meules. Cela affecte les performances de coupe et salit à la fois la pièce et la machine-outil.
Les fluides de coupe doivent donc posséder d'excellentes propriétés de nettoyage. Pour les fluides de coupe à base d'huile, plus la viscosité est faible, plus la capacité de nettoyage est élevée. Les fluides de coupe contenant des composants légers tels que le diesel et le kérosène offrent une pénétration et des performances de nettoyage supérieures.
Les liquides de coupe à base d'eau contenant des surfactants donnent de meilleurs résultats de nettoyage.
D'une part, les surfactants peuvent adsorber diverses particules et boues huileuses, formant un film d'adsorption sur la surface de la pièce, empêchant l'adhérence sur la pièce, les outils et les meules.
D'autre part, ils peuvent pénétrer dans l'interface où adhèrent les particules et les résidus d'huile, les séparer et les éliminer avec le liquide de coupe.
La capacité de nettoyage des fluides de coupe doit également se manifester par une séparation et une décantation efficaces des débris, des particules de meulage, des poudres métalliques et des résidus d'huile.
Les fluides de coupe recyclés doivent rapidement déposer des particules telles que des copeaux métalliques, des poudres, des débris de meulage et des microparticules au fond du conteneur après le retour dans le réservoir de refroidissement, tandis que les résidus d'huile flottent à la surface.
Le liquide de coupe reste ainsi propre même après une utilisation répétée, ce qui garantit la qualité du traitement et prolonge sa durée de vie.
Tout au long du processus d'usinage, si la pièce entre en contact avec des substances corrosives produites par la décomposition ou l'oxydation de l'eau et des fluides de coupe, telles que le soufre, le dioxyde de soufre, les ions chlorure, les acides, le sulfure d'hydrogène et les alcalis, elle devient susceptible d'être corrodée.
Les pièces de la machine en contact avec les fluides de coupe peuvent également se corroder. Si le liquide de coupe n'a pas de propriétés antirouille, la pièce peut subir une corrosion chimique et électrochimique due à l'humidité et aux substances corrosives présentes dans l'air pendant le stockage post-traitement ou entre les opérations, ce qui entraîne la formation de rouille.
C'est pourquoi les fluides de coupe doivent avoir des propriétés antirouille supérieures, ce qui est l'une de leurs caractéristiques fondamentales.
Les huiles de coupe possèdent généralement un certain pouvoir antirouille. Si la période de stockage entre les opérations n'est pas longue, il n'est pas nécessaire d'ajouter des inhibiteurs de rouille. L'ajout d'inhibiteurs de rouille, tels que les sulfonates de pétrole de baryum, à l'huile de coupe peut diminuer ses propriétés anti-usure.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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