Parlons davantage de l'usinage à sec. Est-il possible de traiter des matériaux sans utiliser de liquide de refroidissement ? Dans la plupart des cas, c'est possible, mais cette question nécessite un examen plus détaillé.
Premièrement, le liquide de coupe remplit un certain nombre de tâches :
- Refroidissement. C'est pourquoi le liquide est appelé liquide de refroidissement.
- Lubrification. Les matériaux résistants tels que l'aluminium créent des accumulations sur le tranchant, il est donc nécessaire de réduire la friction et donc la chaleur.
- Nettoyage des copeaux. Dans de nombreux cas, cette tâche est la plus importante. L'entrée de copeaux sur la surface à traiter entraîne des dommages à la surface et un émoussement beaucoup plus rapide de l'outil. Dans le pire des cas, la fraise ou la fraise insérée dans la rainure ou le trou peut se boucher par des copeaux, provoquant une surchauffe ou même un endommagement.
Lubrification et accumulation sur le tranchant
Parlons de lubrification. J'ai accordé moins d'attention à ce sujet, mais cela ne veut pas dire que la lubrification n'est pas importante lors de l'usinage. Tout d’abord, la lubrification aide l’outil de coupe à fonctionner plus efficacement avec moins de chaleur. Lorsque le bord avant de la fraise glisse sur la pièce, il s'échauffe à cause du frottement. De plus, les copeaux frottent également contre le couteau, générant ainsi une chaleur supplémentaire. La lubrification réduit la friction et, par conséquent, l'échauffement. Ainsi, l’une des fonctions d’un lubrifiant est d’améliorer l’efficacité du refroidissement en réduisant la génération de chaleur. Dans ce cas, la fonction principale de la lubrification est d’empêcher la formation d’accumulations sur le tranchant. Quiconque a vu comment l’aluminium adhère à une fraise comprend immédiatement l’importance de ce problème. Les dépôts sur le tranchant peuvent très rapidement entraîner des dommages à l'outil et, par conséquent, des retards dans le travail.Heureusement, la présence ou l’absence d’accumulation dépend principalement du type de matériau traité. Le plus souvent, une accumulation se produit lors de l’usinage de l’aluminium et de l’acier à faible teneur en carbone ou d’autres éléments d’alliage. Dans ce cas, vous devez utiliser des fraises très tranchantes avec de grands angles de coupe (un angle de coupe positif est votre ami !). La pulvérisation d'une petite quantité de liquide de refroidissement aide également à résoudre ce problème, et l'efficacité de cette méthode n'est pas inférieure à celle de la méthode traditionnelle. Surtout, n'oubliez pas de prendre ces mesures avant que les copeaux ne forment des adhérences avec la surface à traiter.
Nettoyage des copeaux
Le prochain problème associé à l'usinage à sec est l'élimination des copeaux. A cet effet, le soufflage d'air comprimé peut être utilisé. Cependant, cette méthode de nettoyage peut ne pas être pleinement efficace pour certaines opérations, comme le perçage. L'alésage profond et le perçage sont les deux opérations les plus problématiques en usinage à sec en termes de dégagement des copeaux. Pour résoudre le problème, vous pouvez utiliser l'air technique fourni à l'outil, mais une solution plus préférable consiste à pulvériser une petite quantité de liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement s'acquitte mieux de cette tâche car il a une densité plus élevée, tolère mieux les copeaux et refroidit la surface à usiner. Mais l'utilisation correcte de la pulvérisation permet de prolonger la durée de vie de l'outil par rapport à la méthode traditionnelle décrite ci-dessus. Il convient de noter que l'élimination naturelle des copeaux est plus efficace sur les fraisages et tours horizontaux que sur les tours verticaux, notamment lors du traitement à sec ou semi-sec, en raison de la présence de la gravité.Refroidissement
Parlons de refroidissement. La température est le facteur le plus important affectant la durée de vie des outils de coupe. Un léger chauffage ramollit le matériau, ce qui a un effet positif sur le processus de traitement. Dans ce cas, un fort échauffement ramollit l'outil de coupe et entraîne son usure prématurée. La température admissible dépend du matériau et du revêtement de l'outil de coupe. En particulier, le carbure peut résister à des températures nettement plus élevées que l’acier rapide. Certains revêtements, tels que le TiAlN (nitrure de titane et d'aluminium), nécessitent des températures de fonctionnement élevées, ces outils sont donc utilisés sans liquide de refroidissement. Il existe de nombreux exemples où le refus d'utiliser du liquide de refroidissement, sous réserve du respect de la technologie, entraîne une prolongation de la durée de vie de l'outil. Les outils en carbure sont sensibles à la formation de microfissures en cas de changements brusques de température dus à un chauffage et un refroidissement irréguliers. Sandvik recommande dans son cours de formation de ne pas utiliser de liquide de refroidissement, du moins pas en grande quantité, afin d'éviter la formation de microfissures. Il convient également de noter qu'un fort échauffement affecte négativement la précision du traitement, car en raison du chauffage, la taille de la pièce change.Comment refroidir des pièces sans utiliser de liquide de refroidissement ? Examinons d’abord les méthodes de refroidissement les plus courantes. Il existe deux types de liquide de refroidissement : le liquide de refroidissement à base d’eau et le liquide de refroidissement à base d’huile. Pour le refroidissement, les liquides de refroidissement à base d’eau sont les plus efficaces. Combien? Les données comparatives sont présentées dans le tableau suivant :
| liquide de refroidissement | Chaleur spécifique |
Acier A (trempé) Diminution de la température, % |
Acier B (recuit) Diminution de la température, % |
| Air | 0.25 | ||
| Huile additive (faible viscosité) | 0.489 | 3.9 | 4.7 |
| Huile additive (haute viscosité) | 0.556 | 6 | 6 |
| Solution hydratante aqueuse | 0.872 | 14.8 | 8.4 |
| Solution eau-soude, 4% | 0.923 | - | 13 |
| Eau | 1.00 | 19 | 15 |
Premièrement, les données présentées dans le tableau indiquent que l'efficacité des différents types de liquides de refroidissement dépend directement de leur capacité thermique spécifique. Deuxièmement, il convient de noter que l'air est le pire liquide de refroidissement - ses caractéristiques sont 4 fois inférieures à celles de l'eau. Il est également intéressant de noter que les liquides de refroidissement à base d'huile sont presque 2 fois inférieurs à l'eau en termes de propriétés de refroidissement. Compte tenu de ce fait, ainsi que des problèmes de sécurité au travail, il n'est pas surprenant que de nombreuses entreprises utilisent des liquides de refroidissement à base d'eau : ce sont les meilleurs liquides de refroidissement. Cependant, les fluides de coupe à base d'eau ne fonctionnent efficacement que jusqu'à une certaine vitesse de coupe, et plus la vitesse est élevée, moins ils refroidissent le matériau et l'outil. L'une des raisons de ce phénomène est qu'à des vitesses de coupe élevées, le liquide de refroidissement n'a pas le temps de pénétrer dans tous les creux et fissures du matériau. En conséquence, le refroidissement devient de moins en moins qualitatif, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité du refroidissement des outils en carbure à des vitesses de coupe dépassant une certaine valeur.
Des revêtements résistants à la chaleur comme le TiAlN, qui ne nécessitent pas de refroidissement, peuvent être utilisés, mais il est possible de s'en passer. Par exemple, il est possible d'utiliser de l'air comprimé pour le refroidissement, mais il ne faut pas oublier qu'il en faudra de grands volumes pour offrir une efficacité comparable au refroidissement par eau. Dans les cas où un refroidissement est nécessaire, il est beaucoup plus efficace d'utiliser de l'air humidifié contenant un liquide atomisé. L'atomisation assure également une lubrification, ce qui peut être bénéfique pour des matériaux tels que l'aluminium. De plus, à des vitesses de coupe élevées, l'air humidifié pénètre mieux dans toutes les cavités du matériau que l'eau lors du refroidissement par eau.
Une autre méthode de refroidissement consiste à utiliser de l’air refroidi. Il existe de nombreuses façons de refroidir l'air, et il se refroidit naturellement lorsqu'il quitte la buse, mais une solution plus efficace consiste à utiliser un appareil appelé tube vortex. Les données ci-dessus sur les différents types de liquides de refroidissement, ainsi que des informations détaillées sur les recherches liées à l'utilisation d'air et de tubes vortex pour le refroidissement, peuvent être trouvées dans l'article scientifique « L'utilisation du refroidissement par air et son efficacité dans l'usinage à sec des matériaux ». par Brian Boswell.
Ce travail peut être très utile si vous souhaitez comprendre les détails. Boswell envisage d'équiper certains mandrins de tour de passages d'air, mais estime que l'option la plus efficace consiste à utiliser des tubes vortex. Si vous comptez utiliser uniquement de l’air, il doit être dirigé vers les bons endroits pour assurer un refroidissement efficace. Boswell a découvert qu'il était beaucoup plus facile d'ajuster le tube vortex car sa buse pouvait être positionnée plus loin du matériau en cours de traitement. En même temps, cet appareil est capable de refroidir le matériau aussi efficacement qu'un système de refroidissement par eau traditionnel.
Paramètres de traitement mécanique à sec des matériaux
Supposons que vous n'ayez pas d'accessoires comme un tube vortex, mais que vous utilisez de l'air comprimé sec ou humidifié pour la lubrification et l'élimination des copeaux. Comment cela affecte-t-il les conditions d'usinage (avance et vitesse de coupe) par rapport à l'usinage traditionnel avec liquide de refroidissement ?- Considérons séparément un paramètre tel que l'avance par dent. La variable réglable en fonction du type de refroidissement est la vitesse de coupe. Dans ce cas, la vitesse d'avance pour une avance donnée par dent diminuera légèrement.
- Si la vitesse de coupe dépasse une certaine valeur seuil, l'ajustement en fonction du type de refroidissement n'apporte pas de résultats. Dans la plupart des cas, le système de refroidissement sera complètement éteint. Appelons cette valeur seuil la vitesse de coupe critique. Cette vitesse sera légèrement inférieure, mais peut tout à fait être acceptée comme recommandée pour les outils revêtus de TiAlN. Les outils revêtus de TiN (nitrure de titane) fonctionneront toujours plus efficacement à ces vitesses avec refroidissement, de sorte que la vitesse de coupe critique est intermédiaire entre les vitesses recommandées pour les outils revêtus de TiN et de TiAlN. Évidemment, la vitesse critique dépend du type de matériau traité, il n’existe donc pas de valeur universelle pour tous les cas.
- Pour les vitesses de coupe inférieures au seuil critique, un facteur de correction spécial est appliqué. Comme la vitesse critique, le coefficient dépend du matériau à traiter et prend des valeurs de 60 % à 85 %. En d'autres termes, pour certains matériaux, un facteur de 60 % de la vitesse recommandée est utilisé (les recommandations des fabricants d'outils sont basées sur la méthode du liquide de refroidissement), tandis que pour d'autres matériaux, le facteur peut atteindre 85 %. Le coefficient dépend de la conductivité thermique du matériau (les alliages résistants à la chaleur sont assez difficiles à traiter, car ils conduisent mal la chaleur et une grande quantité d'accumulation se forme lors de la coupe), des propriétés lubrifiantes du liquide de refroidissement, etc.
C'est la dernière question concernant l'usinage à sec. Souvent, la qualité de la finition de l'usinage à sec est inférieure à celle de l'usinage avec liquide de refroidissement. De nombreux facteurs affectent la qualité, mais dans la plupart des cas, tout se résume à une réduction de la vitesse de coupe. Pour maintenir la qualité du traitement, il est important de compenser la réduction de vitesse en utilisant un outil de rayon plus grand (par exemple une fraise). Un facteur secondaire est la lubrification, qui réduit l’usure et assure une coupe en douceur. Dans ce cas, l’air humidifié vous aidera.
Résultats
Alors quelles sont les conclusions ?Il est clair que l’usinage avec fluide de coupe est supérieur à l’usinage à sec ou semi-sec, à condition de ne pas prendre en compte les coûts du liquide de refroidissement et de disposer du matériel approprié. Cependant, les effets ne sont pas aussi prononcés qu’il y paraît. Lors du traitement de matériaux visqueux, de l'air humidifié peut être utilisé, et les tubes vortex et autres dispositifs de refroidissement de l'air ne sont pas moins efficaces que la méthode traditionnelle utilisant un liquide de refroidissement. Dans ce cas, vous disposerez au moins d'un flux d'air comprimé pour nettoyer la pièce des copeaux. Il faut comprendre que l'usinage à sec entraîne une modification de la vitesse de coupe de 20 à 25 %. L'avance par dent dépend de la mise en œuvre du refroidissement par eau. Une orientation correcte de la buse de refroidissement peut augmenter l'avance par dent jusqu'à 5 %, et un liquide de refroidissement haute pression traversant la broche peut permettre d'obtenir des gains de productivité encore plus importants.
Dans certains cas, refuser d'utiliser du liquide de refroidissement est une tâche assez difficile :
- Les alliages réfractaires et le titane doivent être usinés avec du liquide de refroidissement, sauf en cas d'utilisation d'outils pour lesquels un usinage à sec est recommandé. Les matériaux ci-dessus ont une conductivité thermique insuffisante pour utiliser exclusivement le refroidissement par air.
- Les matériaux qui forment une arête accumulée sur l'arête de coupe (certains alliages inoxydables et aluminium) nécessitent l'utilisation d'un liquide de refroidissement ou, au minimum, d'air humidifié pour assurer la lubrification.
- Sans l'utilisation de liquide de refroidissement, il est très difficile d'éliminer les copeaux des trous profonds. Ce problème peut être résolu en fournissant de l’air humidifié sous pression.
- Si votre broche n’est pas la plus rapide au monde, vous devrez très probablement réduire votre vitesse de coupe en raison de sa sous-vitesse. Cela est particulièrement vrai lors de l'usinage de l'aluminium (ou d'autres matériaux tendres comme le laiton) et lors de l'utilisation de petites fraises en carbure. Cependant, dans ce cas, l’abandon du refroidissement liquide traditionnel n’est pas critique.
- Il est souvent possible d'augmenter l'avance en réduisant l'épaisseur des copeaux retirés.
À cette fin, Quaker Chemical Corp. a mené une série de tests d'usinage final sur des pièces en aluminium pour évaluer les effets de différents fluides de coupe sur la puissance de coupe et l'usure des outils de coupe. Lors de l'usinage avec un nouvel outil de coupe, le liquide de refroidissement n'a eu aucun effet sur les forces d'usinage générées à la même vitesse de coupe. Cependant, plus l'outil traite la pièce, plus la différence de puissance requise pour usiner efficacement en utilisant différents liquides de refroidissement est grande.
Ces résultats montrent ce qui suit
L'influence du fluide métallique sur la puissance de coupe est minime lors de l'utilisation de nouveaux outils de coupe. Ainsi, la différence entre l’effet de deux liquides de refroidissement différents sur la puissance de coupe peut ne pas être perceptible jusqu’à ce que les arêtes de coupe de l’outil commencent à s’user.
L'augmentation de la puissance lors du fraisage de l'aluminium est le résultat direct de l'usure des tranchants. Le taux de cette usure est directement affecté à la fois par la vitesse de coupe et par le fluide de coupe du métal utilisé.
La relation entre ces variables est linéaire (la vitesse de coupe, l’usure des arêtes et la puissance de coupe augmentent toutes ensemble). Forts de ces connaissances, les fabricants peuvent potentiellement prédire l'état de l'arête de coupe à tout moment du processus de fraisage, ainsi que la puissance requise à d'autres vitesses de coupe non testées.
Entrer dans le laboratoire
Les tests ont porté principalement sur deux types de fluides de coupe : la microémulsion et la macroémulsion, chacune diluée à une concentration de 5 % dans l'eau. La principale différence entre les deux réside dans la taille des gouttelettes d’huile en suspension. La macroémulsion contient des particules d'un diamètre supérieur à 0,4 microns, qui donnent un aspect blanc opaque au liquide de refroidissement. La microémulsion a un diamètre de particules plus petit et un aspect translucide.
L'expérience a été réalisée sur une machine CNC à trois axes Bridgeport GX-710. L'ébauche était un bloc d'alliage d'aluminium 319-T6, mesurant 203,2 sur 228,6 mm sur 38,1 mm, moulé, contenant du cuivre (Cu), du magnésium (Mg), du zinc (Zn) et du silicium (Si). L'usinage a été réalisé avec une fraise en bout de 18 mm de diamètre avec huit plaquettes avec des angles de coupe de 15 degrés et des rayons de 1,2 mm. Il est usiné avec une profondeur axiale de 2 mm et une profondeur radiale de 50,8 mm. Chaque composition de liquide de refroidissement a été appliquée à la zone de coupe pendant 28 passes de fraisage à deux vitesses de coupe différentes, 6 096 tr/min (1 460 m/min) et 8 128 tr/min (1 946 m/min), pour éliminer 1 321,6 cm3 de matière. Les vitesses d'avance aux deux vitesses étaient de 0,5 mm par tour (0,0625 mm par plaquette et par tour).
Vitesse, usure et puissance
Les mesures de puissance pour cette étude pendant le traitement ont été obtenues à l'aide d'un système de surveillance instrumenté et de contrôle adaptatif. Les résultats des tests sont présentés dans les graphiques de cet article. Comme prévu, des vitesses de coupe plus élevées ont entraîné des vitesses d'usinage plus élevées. Cependant, comme décrit ci-dessus, les différences de puissance de coupe entre les deux fluides étaient minimes lors de l'usinage avec les nouvelles fraises.
Au début du processus, les propriétés du matériau de la pièce et la géométrie des arêtes sont les facteurs dominants affectant la puissance de coupe. Les différences entre les caractéristiques de performance de l'environnement métallique ne sont apparues qu'après que la géométrie du tranchant a changé pendant l'usure. Le choix du fluide de travail des métaux affectait directement la vitesse à laquelle cette usure se produisait, et donc la puissance de coupe requise à un moment donné de l'opération de fraisage.
En supposant un certain niveau de performance de base pour les deux fluides comparés, des tests doivent être effectués jusqu'à ce que les plaquettes de coupe commencent à s'user afin de déterminer quel liquide de refroidissement permet de maintenir des vitesses de coupe plus élevées pendant une période plus longue.
Les tracés ont permis de dire que le taux d'augmentation de la puissance peut être utilisé pour prédire l'état de la plaquette à tout moment de l'opération de fraisage. De même, les mesures de puissance prises à plusieurs vitesses de coupe peuvent être utilisées pour obtenir la puissance requise à d'autres vitesses de coupe non testées.
Preuve
Alors que l'axe des X de la figure 1 comprend les données sur le volume d'extraction de matières premières, la figure 2 utilise le logarithme népérien de cette variable. En traçant le volume de matière retirée de cette manière, on obtient une pente qui représente le taux exact auquel la puissance augmente avec le traitement ultérieur. Cette mesure mesurable est nécessaire pour prédire l’usure des outils et les performances de coupe à différentes vitesses de coupe. Cependant, ces données indiquent seulement que la puissance de coupe et le volume d’enlèvement de matière augmentent ensemble. La confirmation de l'usure des plaquettes est particulièrement importante puisque la force motrice derrière l'augmentation de puissance nécessite des tests supplémentaires (en particulier, pour corréler directement les pentes des lignes de la figure 2 avec l'usure des plaquettes qui se produit pendant le traitement).
Ces tests ont ajouté deux fluides de coupe supplémentaires : une autre macroémulsion et une autre microémulsion. Chacun des quatre fluides a été appliqué à une vitesse de coupe de 1,946 m/min. jusqu'à ce que 660 cm3 de matière soient retirés. Cela laissait suffisamment de temps pour que l'usure abrasive et, dans certains cas, l'adhésion métal sur métal se produisent. Des mesures d'usure des brides ont ensuite été prises pour les quatre fluides en fonction d'un paramètre reliant la puissance de coupe au volume de la fente métallique (plus précisément, la pente de la puissance par rapport au volume naturel de métal retiré). Comme le montre la figure 3, cela a confirmé la relation linéaire entre l'usure des plaquettes et l'augmentation de la puissance de coupe pendant l'usinage.
Autres résultats
Bien que les résultats des tests ne puissent pas nécessairement être extrapolés au-delà du broyage de l’aluminium, l’étude montre que la microémulsion est plus performante si l’objectif est d’usiner à la vitesse la plus rapide possible. En effet, une microémulsion plus dense avec des gouttelettes d’huile de plus petit diamètre a tendance à éliminer la chaleur plus efficacement qu’une macroémulsion et ses gouttelettes relativement plus grosses. Cependant, les opérations impliquant des vitesses de coupe plus lentes peuvent favoriser la macroémulsion et son pouvoir lubrifiant comparativement plus élevé.
Quelle que soit la pièce, la meilleure façon de trouver le bon liquide de refroidissement est d’essayer différentes formulations en action. Comprendre les relations entre la vitesse de coupe, l'usure des outils et la puissance de coupe, ainsi que la manière dont les liquides de refroidissement pour le travail des métaux peuvent influencer ces facteurs, est essentiel pour faire le bon choix.
Les exigences suivantes s'appliquent au processus de travail des alliages d'aluminium :
1) précision de traitement élevée et faible rugosité ;
2) productivité élevée et élimination des travaux de finition ;
3) faible sensibilité aux variations des propriétés mécaniques et des dimensions géométriques (variété de qualités de matériaux d'outils) ;
4) coût relativement faible de l'outil.
Cependant, le traitement de ces matériaux entraîne des difficultés importantes liées à leur viscosité élevée, ce qui entraîne la formation d'arêtes rapportées, une surchauffe et une diminution de la durabilité de l'outil de coupe, ainsi qu'une diminution de la qualité de la pièce traitée.
L'utilisation de machines-outils modernes, d'outils dotés de revêtements résistants à l'usure et l'alimentation en fluides de coupe (fluides de refroidissement) de la zone de coupe ne garantissent pas toujours les paramètres de qualité et de productivité requis. Néanmoins, les machines à couper les métaux répondent aujourd’hui aux exigences de précision. La gamme d'outils proposée et les résultats de nombreuses études nous permettent de sélectionner des plaquettes de coupe dont l'utilisation maximise la productivité et la qualité d'usinage.
Dans le même temps, malgré le développement d'un grand nombre de marques de liquides de refroidissement et les tests effectués dans ce domaine, il n'existe pas de méthodologie unique pour sélectionner le liquide de refroidissement le plus efficace. La sélection d'une qualité de liquide de refroidissement efficace, selon les données disponibles, peut réduire les efforts de coupe de 20 %. Il est donc conseillé de développer une méthodologie garantissant la sélection d’une telle marque.
En général, les liquides de refroidissement ont des effets lubrifiants, refroidissants, lavants, dispersants, coupants, plastifiants et autres sur le processus de coupe. L'un des principaux effets fonctionnels du liquide de refroidissement est l'effet de lubrification, puisqu'une diminution du frottement dans la zone de coupe entraîne une diminution de l'intensité de l'usure de l'outil, une diminution des forces de coupe, de la température moyenne de coupe et de la rugosité de la pièce. . Par conséquent, il est nécessaire d’étudier l’effet lubrifiant du liquide de refroidissement afin de sélectionner une nuance spécifique pour le traitement de ces alliages.
Etude de l'effet lubrifiant du liquide de refroidissement
L'effet lubrifiant est évalué sur la base des résultats de tests effectués à la fois sur les machines à couper les métaux elles-mêmes pendant le traitement et sur les machines à friction. L'utilisation de machines à friction permet non seulement de réduire la consommation de matériaux, de liquide de refroidissement lui-même et le temps passé, mais également d'éliminer l'influence d'autres actions. Par conséquent, l’effet lubrifiant du liquide de refroidissement dans ce travail a été évalué sur la base des résultats d’essais sur une machine à friction. En figue. La figure 1 montre une machine à friction utilisée pour la recherche sur les liquides de refroidissement.
Le tournage étant le type d'usinage le plus courant, nous avons utilisé pour la recherche un schéma de chargement de machine à friction qui a permis de simuler ce type d'usinage - le schéma « bloc-rouleau » (Fig. 2).
Le bloc est fabriqué à partir du matériau de l'outil de traitement - alliage dur T15K6. L'un des représentants les plus courants des alliages d'aluminium, l'alliage D16, a été choisi comme matériau pour la fabrication des rouleaux.
La recherche a été réalisée avec une force de pression sur le bloc P=400 N et une vitesse de rotation du rouleau n=500 tr/min. La force de chargement est sélectionnée en fonction des forces de coupe qui surviennent lors du traitement des métaux de ces alliages. La fréquence de rotation du rouleau est obtenue par calcul à partir de ses préconisations de diamètre et de vitesse de coupe.
Le rouleau a été installé sur l'arbre et mis en contact avec le bloc. La chambre a été fermée par un couvercle et remplie du liquide de refroidissement testé. Ensuite, le rouleau a tourné avec une fréquence n et, grâce au mécanisme de chargement, la charge a été appliquée en douceur sur le bloc jusqu'à ce que sa valeur soit atteinte. R..
Sur la base des lectures des instruments, les valeurs maximales et minimales du moment de frottement ont été déterminées. La valeur moyenne du moment a été obtenue comme moyenne arithmétique des résultats de cinq expériences. Sur la base des données disponibles, le coefficient de frottement réel a été calculé F selon la formule :
Pour les tests, des solutions aqueuses à 10 % de plusieurs marques de liquide de refroidissement ont été utilisées : Addinol WH430, Blasocut 4000, Sinertek ML, Ukrinol-1M, Rosoil-500, Akvol-6, Ekol-B2. De plus, les tests ont été réalisés sans utilisation de liquide de refroidissement.
Les résultats de la recherche sont présentés dans le tableau. 1.
Les résultats des études menées permettent d'évaluer l'effet lubrifiant des liquides de refroidissement testés lors du traitement des groupes de matériaux présentés. Les données obtenues offrent la possibilité de sélectionner le liquide de refroidissement le plus efficace technologiquement pour le traitement des matériaux donnés en fonction de leur effet lubrifiant. 
L'efficacité de l'utilisation de chaque marque de liquide de refroidissement doit être déterminée par rapport au traitement sans utilisation de liquide de refroidissement. La valeur de l'efficacité K cm pour l'action lubrifiante lors du traitement de divers matériaux est déterminée par la formule :
Plus la valeur K cm est faible, plus cette marque est efficace dans le traitement du matériau testé. Dans le tableau La figure 2 montre l'efficacité des marques de liquide de refroidissement testées en termes d'effet lubrifiant.
On sait que lors de l'usinage à basse vitesse, lorsque le liquide de refroidissement pénètre le mieux dans la zone de coupe, l'effet lubrifiant du liquide de refroidissement a la plus grande influence. Ainsi, l'utilisation de fluides de coupe à fort effet lubrifiant est conseillée pour l'ébauche.
D'après le tableau 2 montre que lors du traitement de l'alliage d'aluminium D16, les fluides lubrifiants les plus efficaces sont les marques Rosoil-500 (K cm = 0,089), Aquol-6 (K cm = 0,089) et Ekol-B2 (K cm = 0,096).
conclusions
1. Les travaux ont mené des études expérimentales sur l'effet lubrifiant des liquides de refroidissement testés. Les résultats présentés permettent de sélectionner la marque de liquide de refroidissement la plus efficace pour l'ébauche des alliages d'aluminium.
2. Les résultats des travaux seront particulièrement utiles dans la production de pièces d'avion, car les pièces d'avion sont soumises à des exigences accrues en matière de qualité et de précision du traitement.
3. L'utilisation d'un liquide de refroidissement efficace garantit la réduction maximale possible du frottement et de la température moyenne de coupe, ce qui entraîne une durée de vie prolongée de l'outil, des forces de coupe réduites, une rugosité de surface réduite et une précision de traitement accrue.
Tout le monde, même un spécialiste novice du travail des métaux, sait que lors de travaux de tournage sur une machine, il est nécessaire d'utiliser des liquides de coupe (liquides de refroidissement). L'utilisation de tels fluides techniques (leur composition peut varier) permet de résoudre simultanément plusieurs problèmes importants :
- refroidissement de la fraise, qui chauffe activement pendant le traitement (allongeant ainsi sa durée de vie);
- améliorer la finition de surface de la pièce à usiner ;
- augmentant la productivité du processus de découpe des métaux.
Types de liquide de refroidissement utilisés en tournage
Tous les types de liquides de refroidissement utilisés pour les opérations de tournage sur une machine sont divisés en deux grandes catégories.
Liquide de refroidissement à base d'eauLiquide de refroidissement à base d'huile
De tels liquides éliminent bien pire la chaleur de la zone de traitement, mais assurent une excellente lubrification des surfaces de la pièce et de l'outil.
Parmi les liquides de refroidissement les plus couramment utilisés à cet effet, on trouve les suivants.
- Une solution de carbonate de sodium technique (1,5%) dans de l'eau bouillie. Ce fluide est utilisé lors du tournage grossier sur un tour.
- Une solution aqueuse contenant 0,8 % de soude et 0,25 % de nitrite de sodium, qui augmente les propriétés anticorrosion du liquide de refroidissement. Il est également utilisé pour le tournage grossier sur une machine.
- Une solution composée d'eau bouillie et de phosphate trisodique (1,5%), presque identique dans son effet rafraîchissant aux liquides contenant du carbonate de sodium.
- Une solution aqueuse contenant du phosphate trisodique (0,8 %) et du nitrite de sodium (0,25 %). Il possède des propriétés anticorrosion améliorées et est également utilisé lors du tournage grossier sur les tours.
- Solution à base d'eau bouillie contenant du savon de potassium spécial (0,5 à 1 %), du carbonate de sodium ou du phosphate trisodique (0,5 à 0,75 %), du nitrite de sodium (0,25 %).
- Une solution à base d'eau contenant 4 % de savon de potassium et 1,5 % de carbonate de sodium. Les liquides de refroidissement contenant du savon sont utilisés lors de l'ébauche et du tournage de forme sur un tour. Si nécessaire, le savon de potassium peut être remplacé par tout autre savon ne contenant pas de composés chlorés.
- Une solution à base d'eau, à laquelle sont ajoutés de l'émulsol E-2 (2-3%) et du carbonate de sodium technique (1,5%). Ce type de liquide de refroidissement est utilisé dans les applications où des exigences élevées ne sont pas imposées en matière de propreté de la surface usinée. Grâce à une telle émulsion, les pièces peuvent être traitées sur une machine à des vitesses élevées.
- Une solution aqueuse contenant 5 à 8 % d'émulsol E-2 (B) et 0,2 % de soude ou de phosphate trisodique. En utilisant un tel liquide de refroidissement, le tournage final est effectué sur un tour.
- Solution aqueuse contenant une émulsol à base de vaseline oxydée (5%), de soude (0,3%) et de nitrite de sodium (0,2%). Cette émulsion peut être utilisée aussi bien lors de l'ébauche que du tournage de finition sur machine ; elle permet d'obtenir des surfaces d'une plus grande pureté.
- Un liquide à base d'huile contenant 70 % d'huile industrielle 20, 15 % d'huile de lin de 2e qualité, 15 % de kérosène. Le liquide de refroidissement de cette composition est utilisé dans les cas où des filetages de haute précision sont coupés et où les pièces sont traitées avec des fraises de forme coûteuses.
- Le sulfofrésol est un fluide de coupe huileux activé par le soufre. Ce type de liquide de coupe est utilisé lors du tournage avec une petite section coupée. Lors de travaux grossiers, caractérisés par un échauffement actif et important de l'outil et de la pièce, l'utilisation d'un tel liquide de refroidissement peut être nocive pour l'opérateur de la machine, car il émet des composés soufrés volatils.
- Une solution composée de 90 % de sulforésol et de 10 % de kérosène. Ce liquide est utilisé pour le filetage, ainsi que pour le perçage profond et la finition des pièces.
- Le kérosène pur est utilisé lorsqu'il est nécessaire de traiter des pièces en aluminium et ses alliages sur un tour, ainsi que lors de la finition à l'aide de barres abrasives oscillantes.
Caractéristiques de l'utilisation des fluides de coupe
Pour que l'utilisation du liquide de refroidissement soit efficace, plusieurs règles simples doivent être prises en compte. Le débit d'un tel liquide (qu'il s'agisse d'une émulsion ou d'une solution aqueuse) doit être d'au moins 10 à 15 l/min.
Il est très important de diriger le flux de liquide de refroidissement vers l'endroit où le maximum de chaleur est généré. Lors du tournage, cet endroit est la zone où les copeaux sont séparés de la pièce.
Dès le premier instant de mise en marche de la machine, l'outil de coupe commence à chauffer activement, le liquide de refroidissement doit donc être fourni immédiatement et non après un certain temps. Sinon, lorsque quelque chose de très chaud est fortement refroidi, des fissures peuvent s'y former.
Plus récemment, une méthode de refroidissement avancée a été utilisée, consistant à appliquer un mince filet de liquide de refroidissement à partir de la surface arrière de la fraise. Cette méthode de refroidissement est particulièrement efficace lorsqu'un tour nécessite un outil en alliages à grande vitesse pour traiter une pièce constituée de matériaux difficiles à couper.
Pendant le processus de travail des métaux, il y a toujours une forte friction entre la pièce et l'outil. Ceci est particulièrement important pour les tours, où la fraise devient très chaude. Un frottement intense provoque également une usure prématurée des outils lors de la déformation plastique à froid, en particulier pour les opérations telles que le positionnement multi-positions à grande vitesse ou l'extrusion à froid. Dans tous ces cas, il est nécessaire d’utiliser des fluides de coupe spéciaux.
L'un des derniers développements nationaux dans le domaine des fluides de coupe est le liquide de refroidissement universel soluble dans l'eau EFELE CF-621. Malgré le fait que ce liquide de refroidissement soit synthétique, il a un coût minime, typique des produits minéraux.
EFELE CF-621 est conçu pour les opérations de coupe sur des métaux tels que l'acier, y compris les alliages d'acier inoxydable et d'alliage, de fonte, de titane, d'aluminium et de cuivre.
Ce liquide de refroidissement est disponible sous forme de concentré. Il a une couleur ambrée et une agréable odeur de caramel, ne contient pas de formaldéhyde, de chlore et d'amines secondaires, il n'a donc aucun effet nocif sur la santé. Fabriqué à partir de composants synthétiques avec l'ajout (jusqu'à 15 %) d'une composition d'huiles minérales, le liquide de refroidissement EFELE CF-621 présente une bonne biostabilité et des propriétés de haute performance. Cela permet d'effectuer le traitement des métaux à une concentration de solution plus faible.
Fluides de coupe : structure, mécanisme d'action
L'utilisation généralisée des fluides de coupe est due au fait qu'ils séparent simultanément efficacement les surfaces de frottement de la pièce et de l'outil, et réduisent également la température de ce dernier. Parallèlement, la composition des composants, qui comprennent les fluides de coupe les plus efficaces, est présentée :
- Lubrifiants à base d'huiles synthétiques ou animales.
- Additifs qui confèrent aux substances des propriétés antifriction et extrême pression.
- Composants qui empêchent les compositions de se séparer lors d'un stockage à long terme.
- Substances qui protègent les outils de travail de la corrosion et de la destruction.
- Additifs qui réduisent l'agressivité.
- Additifs qui améliorent la mouillabilité et réduisent également la formation de mousse lors du travail des métaux.
Les produits usagés sont soumis à une élimination obligatoire.
La classification selon laquelle les fluides de coupe (liquides de refroidissement) sont produits se fait généralement en fonction des paramètres suivants :
- Selon l'origine des principaux composants. Ainsi, les fluides de coupe d'huile sont produits à base d'huiles techniques - produits pétroliers, ainsi que de graisses d'origine animale ou végétale.
- Selon la méthode de préparation, on distingue les émulsols - des produits avec une longue période de séparation spontanée, ou des fluides techniques de coupe d'huile, qui sont préparés immédiatement avant leur utilisation. Dans ce dernier cas, selon GOST, un concentré de liquide de refroidissement est produit.
- Selon l'industrie de leur application, des liquides de refroidissement synthétiques sont produits, conçus pour les conditions des opérations de déformation plastique, notamment pour les tours.
- Les liquides de refroidissement à l'huile diffèrent également par leurs propriétés physiques et mécaniques - indice d'acide, viscosité, point d'éclair. La dernière caractéristique détermine si les huiles de refroidissement peuvent être utilisées ou non dans les opérations de marquage à chaud.
Marques des composés d'usinage les plus courants
Les types suivants sont produits pour les tours :
- Émulsols, qui sont des huiles minérales ordinaires diluées (par exemple, I-12, I-20). Les émulsols à base de pétrole sont produits conformément aux exigences techniques de GOST 6243-75 ;
- Émulsifiants contenant des savons métalliques d'acides gras synthétiques. Fabriqué conformément à GOST R 52128-2003 ;
- Compositions synthétiques à base d'alcools hautement atomiques, de tallöls, de triéthanolamine. Ils sont produits conformément à GOST 38.01445-88 et sont destinés aux tours qui effectuent le traitement mécanique des aciers rapides, inoxydables et alliés. Leur utilisation sous forme usagée n'est pas autorisée ;
- Les sulfofrésols (GOST 122-94) sont des mélanges d'huile hautement purifiée et de composés contenant du soufre. Ils réduisent efficacement la friction et n'ont pas de propriétés corrosives, car ils ne contiennent pas d'eau, d'acides ou d'alcalis.
Une propriété commune que devrait avoir le liquide de refroidissement synthétique pour tours est une viscosité réduite. Ici, les principaux composants du liquide de refroidissement se répartissent facilement sur la surface complexe de l'outil, le refroidissent bien et ne permettent pas aux copeaux de coller à la fraise. En moyenne, l'indicateur considéré pour les processus d'usinage ne dépasse pas 35 à 40 cSt.
En Russie, les produits importés sont souvent utilisés, par exemple de la marque MobilCut. Cependant, selon le principe de substitution des importations, désormais largement mis en œuvre en Russie, les marques importées sont progressivement remplacées par des types nationaux de produits similaires. En outre, les descriptions de ces produits ne tiennent souvent pas compte des types d’aciers ou d’alliages non ferreux (en particulier l’aluminium) utilisés en Russie. Il existe des conteneurs spécialement équipés pour le liquide de refroidissement usagé.
Types de liquides de refroidissement pour les processus de formage des métaux
En raison des forces spécifiques importantes, ainsi que des vitesses de glissement relatif du matériau de la pièce le long de l'outil, les nuances destinées à être utilisées dans les processus technologiques doivent avoir une viscosité nettement plus élevée. De plus, à des degrés de déformation importants, des réactions chimico-mécaniques s'amorcent sur les surfaces de contact, contribuant à la détérioration des conditions de frottement. Cela réduit la durée de vie de l'outil, en particulier lors de l'usinage de métaux mous tels que l'aluminium. Il est inacceptable d'utiliser des substances partiellement déchet lors du traitement de l'aluminium. Par conséquent, les traits caractéristiques de ces compositions pour les conditions russes sont :
- Viscosité assez élevée. En pratique, cela varie de 45 à 50 cSt pour les liquides de refroidissement à base d'huiles minérales de type I20 (GOST 20799-88), à 75 - 80 cSt pour les liquides de refroidissement contenant des composés soufrés et des graisses animales (un représentant typique est Ukrinol GOST 9.085-88) ;
- Résistant au délaminage ou à la fracture à haute température. La composition contient nécessairement des additifs soufrés et des émulsifiants anioniques. Les marques les plus couramment utilisées comprennent les éthanolamines et les sulfates d'alkyle avec des additifs conformes à GOST 10534-88. Dans les déchets, la concentration de ces composants diminue fortement ;
- Types de graphite à base d'eau, comprenant un additif à base d'une suspension huileuse de graphite en fines paillettes. Produit conformément à GOST 5962-88.
Un groupe spécial est représenté par les substances utilisées dans le traitement de l'aluminium et de ses alliages. L'aluminium se caractérise par une adhérence intense aux surfaces de contact de l'équipement, il convient donc d'assurer non pas tant une diminution de la température qu'une grande propreté de la surface finale du produit.
Par exemple, lors du laminage de tôles d'aluminium, les éléments suivants sont utilisés :
- Produits à base de 5 à 10 % de lubrifiant 59c (GOST 5702-85) ;
- Émulsols à base d'acides gras synthétiques additionnés de triéthanolamines (GOST 8622-85);
- Substances contenant des alcools synthétiques de haut poids moléculaire : par exemple, l'éthylène glycol GOST 10136-97 ou la glycérine GOST 6823-97.
De nombreux systèmes de refroidissement conçus pour travailler l'aluminium sont produits selon les spécifications de la Russie et d'autres pays de la CEI. La viscosité de telles compositions destinées au traitement de l'aluminium est généralement considérée comme minimale.
Préparation, stockage et élimination des liquides de coupe
En Russie, le concentré de liquide de refroidissement et les composants nécessaires à sa préparation sont produits pour les conditions d'une entreprise particulière. Avant d'être utilisés pour le travail des métaux, ils subissent les procédures suivantes :
- Mélanger les composants aux températures requises (entre 60 et 110 ° C, déterminées par la marque et la composition).
- Échantillonnage pour analyse de conformité (pour la Russie, GOST 2517-80 s'applique).
- Stockage dans des conteneurs spécialisés permettant une agitation, un chauffage périodique, etc.
- Remplissage d'appareils et d'appareils pour une alimentation continue.
En préparation du liquide de refroidissement, des additifs peuvent être ajoutés. À cette fin, des installations vibrantes pour l'émulsification fine sont souvent installées sur les sites des entreprises russes.
Au fil du temps, les compositions en question se contaminent, c'est pourquoi divers systèmes sont prévus pour nettoyer le liquide de refroidissement des copeaux résiduels, du métal adhérent, etc. Les produits usagés dont le nettoyage efficace n'est plus possible sont éliminés.
Vidéo sur la façon de souder du liquide de coupe de vos propres mains
