LUBRIFIANTS-REFRIGERANTS MISCIBLES A L’EAU

Le contrôle devient de plus en plus important

Dans l’usinage du métal, on utilise beaucoup pour le refroidissement et la lubri­fication de pièces et d’outils des lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau, à base d’huile comme complètement synthétiques. Mais que sont exactement ces fluides? Quand faut-il les utiliser ou non, et comment les garder dans un état opti­mal? De bonnes connaissances en la matière et les dernières avancées permettent d’éviter les fiascos.

M. de Wit-Blok, ing. - 11 juillet 2019

PROPRIETES FONCTIONNELLES

Les lubrifiants-réfrigérants sont utilisés lors de l’usinage de matériaux ferreux et non ferreux et ont différentes fonctions. Une première consiste à lubrifier la surface de contact de manière à réduire les forces de cisaillement résultant des usinages par enlèvement de matière. Cela contribue à charger moins lourdement la machine et à obtenir la qualité de surface visée. Ces fluides ont aussi un effet refroidissant; ils évitent la surchauffe pendant l’usinage. Ici, l’élément eau est important. Elle s’évapore pendant l’usinage, extrayant ainsi de la chaleur du processus et l’évacuant vers l’environnement.

Le refroidissement de l’outillage prolonge la tenue d’outil, tandis que celui de la pièce évite la modification chimique du matériau de la pièce. Une telle modification n’est pas forcément un problème en soi, mais dans la plupart des cas, elle est considérée comme un effet indésirable. Une troisième fonction des lubrifiants-réfrigérants réside dans la protection de la machine, de l’environnement et de l’opérateur contre la prolifération de micro-organismes, l’apparition de corrosion et la formation de mousse. Ils jouent aussi un rôle dans l’évacuation des copeaux.

TYPES

En gros, les lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau peuvent être scindés en trois variantes. Une première est à base d’huiles minérales, une autre à base de substances semi-synthétiques et une troisième à base de substances complètement synthétiques. Dans tous les cas, les fluides sont composés pour 90 à 96% d’eau en raison du bon effet refroidissant. Un inconvénient de l’eau est toutefois qu’elle rend les lubrifiants-réfrigérants périssables et favorise, en outre, la corrosion.

Des ajouts spé­ciaux (additifs) évitent les problèmes allant avec comme les problèmes de santé, la corrosion sur la machine ou la pièce, la longévité plus courte de l’outil et une qualité médiocre du produit. Dans le cas des lubrifiants-réfrigérants à base d’huile minérale, il s’agit toujours d’une émulsion, car l’huile et l’eau ne se mélangent pas naturellement en un fluide homogène. Un émulsifiant aide à obtenir un mélange maximal.

Les variantes synthétiques ne contiennent généralement pas d’émulsifiant et forment naturellement une solution avec l’eau. Un avantage: l’eau comme le concentré peuvent être com­plétés pour maintenir la composition du fluide à niveau. Il s’agit là d’un point important, car cette composition change pendant l’utilisation. L’eau s’évapore, en effet, et les additifs sont épuisés.

Les fluides émulsifiants ne peuvent être complétés qu’avec les bonnes émulsions et non avec les composants distincts. Dans ce dernier cas, le fluide risque de devenir instable. Un autre avantage des lubrifiants-réfrigérants synthétiques réside dans la sensibilité moindre à la prolifération de bactéries. Les lubrifiants-réfrigérants à base d’huile sont généralement utilisés pour les usinages plus lourds, les tournages de matériau en barre, les taraudages et les fraisages d’engrenages de précision.

Dans de telles situations, les réfrigérants miscibles à l’eau n’offrent pas un film lubrifiant suffisant et il faut une huile pure pour une évacuation de la chaleur et une lubrification suffisantes. Les variantes synthétiques sont utilisées pour les processus de meulage et les variantes semi-synthétiques – qui sont en fait un mélange des deux variantes – pour les tournages et fraisages généraux. Les lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau ne peuvent pas être utilisés pour les processus exigeant un usinage à sec. Des exemples de matériaux sont le bois, le plastique, et dans certains cas le laiton.

TENDANCES

Concernant les lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau, on observe différentes tendances, influençant la composition, les propriétés fonctionnelles et l’influence des fluides sur le bien-être de l’opérateur et son environnement. L’attention croissante pour la composition des lubrifiants-réfrigérants est alimentée par différentes avancées.

Lubrifiants-réfrigérants plus stables

Les machines travaillent tout d’abord de plus en plus vite. Il faut donc faire passer les lubrifiants-réfrigérants avec une pression élevée à travers des broches et outils creux, ce qui pose des exigences à la stabilité de ces fluides. L’utilisation des pompes à haute pression nécessaires comporte aussi un défi supplémentaire sous la forme de formation de mousse; surtout dans les régions où l’eau est moins dure. Afin d’atteindre la stabilité souhaitée, les producteurs donnent notamment des conseils sur la préparation des lubrifiants-réfrigérants; en particulier pour les variantes émulsifiantes. La qualité et la température de l’eau, ainsi que la vitesse à laquelle le concentré est ajouté à l’eau, sont ici des facteurs importants. Un bon appareil de mélange peut faire la différence.

Substances dangereuses interdites

Au niveau de la législation et de la réglementation, les producteurs ne peuvent plus choisir librement les composants pour leurs fluides, en raison de considérations liées à la sécurité pour l’homme et l’environnement, aux effets sur la santé à long terme. Des limitations ont ainsi p.ex. entre-temps été introduites par rapport à l’utilisation de chlore, de formaldéhyde (séparateurs), de composés de bore et de nitrite. Pour les producteurs de lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau, développer des produits avec les propriétés fonctionnelles souhaitées tout de même conformes à la législation et la réglementation représente un défi permanent.

Contrôle et mesure de condition

Les possibilités disponibles pour le contrôle de lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau sont une tendance exigeant une attention spécifique. Le contrôle de paramètres importants comme la concentration, la conductibilité, les micro-organismes, la boue d’usinage, l’huile (de fuite) étrangère et le taux d’acidité permet d’intervenir à temps si la qualité du fluide risque de passer en-deçà d’un certain niveau. Des mesures possibles dans ce cadre consistent p.ex. à rajouter du fluide pour amener la concentration à niveau ou à appliquer des solutions de nettoyage comme des écumeurs à huile, des séparateurs d’huile ou des filtres. Une approche proactive, grâce à laquelle les utilisateurs évitent les problèmes au lieu de regarder comme la longévité des outils diminue ou comme la qualité du produit ne correspond plus aux normes

L’offre de systèmes d’analyse pour le contrôle des lubrifiants-réfrigérants s’étend. L’utilisateur peut les utiliser lui-même. Les entreprises dépendent donc moins des laboratoires et sont moins confrontées à de longs temps d’attente. Elles peuvent exécuter et évaluer elles-mêmes des mesures critiques sur place. Les systèmes les plus avancés mesurent ici en ligne et avertissent automatiquement quand la valeur mesurée sort des limites préprogrammées. Il existe entre-temps aussi des systèmes réalisant le conditionnement complet des lubrifiants-réfrigérants: les Coolant Management Systems. Ils mélangent de manière autonome, dosent et rajoutent du produit sur la base de mesures. Ils maintiennent la qualité à niveau en utilisant des filtres, en éliminant l’huile de fuite et en limitant la prolifération de bactéries par infusion d’ozone et d’air. Des analyses plus poussées par rapport à la composition exacte des fluides ou la mise en culture d’échantillons dans le cadre de la prolifération de bactéries restent toutefois la tâche de laboratoires spécialisés.

TRUCS ET ASTUCES

Tous les fournisseurs et producteurs de lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau voient généralement dans la pratique les mêmes ‘erreurs’ chez les utilisateurs, nuisant à l’effet visé de leurs produits. Cela peut être évité en gardant un bon contact avec les utilisateurs, en réagissant à leurs questions et en donnant des conseils de manière proactive. Un premier point important est le choix du produit, notamment quand une entreprise procède à des modifications internes. P.ex. lors de l’usinage de nouveaux matériaux, de l’achat d’une machine plus rapide, ou du choix d’un autre outil. De nouvelles machines troublent parfois la qualité des lubrifiants-réfrigérants nouvellement préparés en raison de la présence de produits de conservation. L’utilisateur peut éviter de tels problèmes en consultant le fournisseur de machines, en rinçant préalablement la nouvelle machine avec un nettoyant avant de la remplir de lubrifiants-réfrigérants.

Les producteurs signalent également que dans bon nombre d’entreprises, la concentration des lubrifiants-réfrigérants n’est pas bien contrôlée. Elles travaillent donc avec des concentrations insuffisantes ou, au contraire, excessives. Cela signifie d’une part un moins bon effet lubrifiant et refroidissant, mais cela peut, en outre, donner lieu à des températures élevées dans le réservoir, ce qui accélère la dégradation du lubrifiant-réfrigérant et accroît le risque de prolifération de moisissures et de bactéries. Cela génère en fait une réaction en chaîne qui altère rapidement la qualité des lubrifiants-réfrigérants et augmente le risque de pro­blèmes de santé. La solution? Contrôler et réagir à temps aux résultats de mesure. Dans certains cas, la qualité de l’eau pour le mélange du réfrigérant laisse aussi à désirer, alors qu’elle constitue le composant principal du produit. Les chlorures et sels sont néfastes pour la durée de vie des lubrifiants-réfrigérants.

LE MAILLON LE PLUS FAIBLE

Chaque élément dans l’usinage de métal contribue au résultat final en termes de qualité de surface, de coûts ou de vitesse. Cela vaut aussi pour les lubrifiants-réfrigérants miscibles à l’eau. La connaissance des propriétés nécessaires et le contrôle de ces propriétés évitent que ceux-ci soient le maillon faible de l’ensemble, et contribuent à un résultat d’entreprise positif – sur le plan financier comme sur celui de la satisfaction des utilisateurs finaux.

Avec la collaboration de: KSM Benelux, Mavom, Total, Oude Reimer, Petroline, Quaker, usoCore, VanKessel Olie