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Fluides de coupe - Huiles entières

Les huiles de coupe constituent un élément déterminant pour la production de composants mécaniques par usinage. Dans bien des situations, compte tenu des exigences sévères de qualité et de productivité, les huiles entières représentent un outil indispensable pour permettre aux usineurs de gagner en compétitivité. L’optimisation de la durée de vie des outils de coupe, via le choix optimal du fluide de coupe, est aussi un facteur de gain technico-économique. Les composants usinés profitent également des bienfaits liés à l’utilisation des huiles de coupe, notamment pour leur durabilité en service.Indispensables mais pas systématiques, il existe au moins un cas de figure pour lequel les fluides de coupe ne sont pas souhaités. Les fontes à graphite sphéroïdal sont constituées de carbone libre qui facilite grandement leur usinage, cela en jouant le rôle de lubrifiant solide sous l’effet de la chaleur générée lors du processus d’enlèvement de matière. Le lectorat est invité à consulter l’article [M 4 611] concernant les fontes à graphite sphéroïdal.

Le terme « lubrification » a été choisi lorsque les usinages évoluaient à basse vitesse de coupe. Donc, pour palier le problème de formation d’arête rapportée survenant à basse vitesse de coupe, de l’huile entière était utilisée afin d’éviter le phénomène de soudure du matériau usiné sur le matériau usinant. Cette époque est révolue pour une large part (sauf exemple illustré ci-après), mais le terme est resté. Bien que les techniques et technologies de production industrielle aient beaucoup évolué, une assistance de type « fluidique » demeure nécessaire, notamment pour l’évacuation des copeaux, le refroidissement de la zone de coupe, l’optimisation du coefficient de frottement, etc.

Ce faisant, il peut désormais être préférable de parler de « fluide de coupe ».

Pour disposer du meilleur niveau d’interprétation possible du contenu de cet article, le lectorat est invité à lire l’article [BM 7 063].

Issues des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les huiles entières ont principalement un pouvoir lubrifiant. Cette propriété est primordiale dans le cadre du frottement outil/pièce. Du fait de leur fort pouvoir lubrifiant, elles permettent de diminuer le coefficient de frottement à l’interface outil/matière, de sorte que le glissement entre ces deux composants soit optimisé. Par voie de conséquence, cela génère un meilleur équilibre thermique dans la zone de coupe ainsi qu’une usure par abrasion/adhésion de l’outil contenue. Concrètement, cela se manifeste par une optimisation de la durée de vie des outils. Un effet sous-jacent est que les huiles entières permettent aussi de diminuer la consommation d’énergie des machines, eu égard à l’optimisation du coefficient de frottement, à la meilleure maîtrise de la chaleur dans la zone de coupe et à une dérive plus lente de l’usure de l’outil de coupe.

Les HAP sont des contaminants chimiques dont la formation résulte de la combustion incomplète de produits organiques. Ces molécules sont toxiques pour l’être humain : certains HAP sont cancérigènes et génotoxiques.

C’est le pouvoir lubrifiant des huiles entières, à ne pas confondre avec le pouvoir refroidissant des huiles solubles par exemple, qui permet de limiter l’élévation en température de la zone de coupe compte tenu de l’optimisation du glissement de l’outil de coupe sur la matière usinée.

Les huiles entières participent également à l’amélioration de l’intégrité des composants usinés.

En optimisant l’équilibre thermique et mécanique dans la zone de coupe, moins de contraintes internes et de défauts géométriques/dimensionnels sont générés au sein de la pièce, contribuant ainsi à améliorer sa durabilité et son efficacité fonctionnelle. À noter que la notion d’intégrité matière désigne toutes les spécificités liées à la santé matière (ex : contraintes internes), à l’état de surface du composant usiné, ainsi qu’aux dimensions et à la géométrie du composant usiné.

Le fait de pouvoir limiter le phénomène d’oxydation provoqué par l’air, de limiter l’humidité ou les écarts de température, participent aussi à une optimisation de l’intégrité de la pièce usinée.

Une caractéristique régulièrement négligée concerne la capacité du fluide de coupe à transporter les copeaux hors de la zone de coupe. Cela permet notamment d’éviter des problèmes néfastes au processus d’enlèvement de matière (ex : recyclage copeaux). Compte tenu d’une viscosité plus grande, les huiles entières ont une meilleure capacité à transporter les copeaux hors de la zone de coupe.

Différents additifs – de lubrification, de pression, anticorrosion, antimousse ou antibrouillard… – peuvent être ajoutés aux huiles de base selon l’usage recherché. La sélection d’une huile entière dépend donc des matières travaillées, des conditions opératoires, du type d’usinage, des machines-outils, des outils de coupe employés ainsi que de la qualité du dégraissage envisagée.

Cet article est complémentaire des articles [BM 7 064] et [BM 7 065], visant à livrer une vision technique et pratique des fluides de coupe en usinage afin de procéder aux meilleurs choix possibles et à une utilisation opportune.