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Lubrification à quantité minimale (MQL) – prêt pour l’industrie 4.0

La quantité d’huile, le débit volumique et la pression de l’aérosol MQL peuvent être directement pris en compte dans la chaîne de processus numérique. Cela offre un net avantage par rapport aux fluides de travail des métaux conventionnels.

Figure 1 : Bon comportement de pulvérisation

Distribution efficace de fluides de travail des métaux

Metalworking fluids, minimum quantity lubrication and cryogenic components are complex issues. Regardless of the method, the basic objectives of the cutting industry are high process reliability and high productivity. In addition to the economic ideas, ecological aspects are playing an increasingly important role. When things work out well, they can, in turn, also offer potential savings in energy and other resources.

All metalworking fluid-related lubrication methods, including MQL, have a common characteristic: continuous targeted feeding of the metalworking fluid into the cutting zone. The metalworking fluid must be delivered accurately onto the rake and flank face of the cutting tool. This can best be achieved by means of an internal metalworking fluid supply.

Processus et avantages avec la lubrification à quantité minimale (MQL)

Le processus MQL crée un aérosol composé d’un mélange huile-air. Ce mélange forme un film protecteur qui réduit les frottements et prévient directement l’usure de l’outil. Le refroidissement de l’outil de coupe est obtenu / contrôlé au moyen d’une convection forcée via de l’air comprimé, des surfaces humides et une enthalpie d’évaporation.

Des processus tels que la découpe à grande vitesse (HSC) ou la découpe à grande avance (HFC) sont des conditions préalables fondamentales pour une découpe réussie avec MQL. Dans ce cas, un processus de coupe optimisé MQL nécessite des angles d’enroulement plus petits et constants afin de réduire l’apport total de chaleur dans l’outil.

Ces dernières années, il y a eu un développement significatif à la fois dans le domaine des dispositifs MQL, des systèmes de distribution et des outils de coupe eux-mêmes. Par rapport à l’usinage humide, MQL est une application plus flexible, car de plus petites quantités de fluide sont alimentées. Cependant, en raison de cette réduction de fluide, il est impératif de faire très attention à l’alimentation continue et ciblée de l’outil de coupe avec l’aérosol MQL. La faible consommation d’énergie, la propreté des pièces et des copeaux ainsi qu’une bonne compatibilité des matériaux sont d’autres avantages de cette méthode.

 

MQL et Industrie 4.0

L’intégration de MQL et de systèmes MQL modernes dans la chaîne de processus numérique peut être réalisée plus facilement et plus rapidement qu’avec les fluides de travail des métaux conventionnels. La mesure régulière des différents paramètres tels que la concentration, la valeur du pH, etc. devient totalement inutile. Comme MQL signifie normalement huile, la détection des impuretés, des tailles de particules, etc. ne pose pratiquement aucun problème. Au cours de l’usinage MQL, la quantité d’huile alimentée et d’air comprimé est enregistrée (débit volumique et pression) dans les systèmes MQL modernes. Ces données peuvent être directement liées aux données de produit et de processus dans la chaîne de processus numérique. Ainsi, au moment souhaité, toutes les variables de processus essentielles de l’outil de coupe à la machine-outil, l’avance, la vitesse ainsi que l’alimentation en lubrifiant peuvent toutes être surveillées.
Des considérations telles que la consommation d’air comprimé, la consommation d’énergie associée et les pertes peuvent être ajustées et estimées selon le Dr Ivan Iovkov (cf. Iovkov, 2016). La mesure de la qualité des aérosols et de la fraction d’huile pendant la décharge de la buse sont des tâches plus complexes, qui peuvent cependant être résolues par un ajustement subjectif unique par l’opérateur de la machine pour l’outil respectif.

L’exemple suivant de découpe à grande avance de l’acier inoxydable (Inox) montre exceptionnellement bien le potentiel d’une stratégie MQL.

Tentative MQL réussie au Blaser Swisslube Technology Center

Jusqu’à récemment, le processus de fraisage sur 1.4307 était principalement usiné à sec. L’objectif du projet était d’optimiser le processus avec MQL et d’obtenir une valeur ajoutée. La première étape consistait à comparer divers outils de fraisage Fraisa et produits MQL fabriqués par Blaser Swisslube. Par la suite, différents procédés ont été évalués avec la meilleure taille d’outil et la meilleure huile MQL. Une vue d’ensemble de l’ensemble du processus est essentielle pour un usinage MQL optimal. Cela inclut le dispositif MQL lui-même, l’aérosol ainsi que la préparation et la livraison. L’outillage doit être conçu dès le départ pour la livraison MQL. Ce n’est que lorsqu’un aérosol constant et cohérent avec un bon comportement de pulvérisation (Figure 1) est généré au niveau de la buse de décharge de l’outil que les améliorations peuvent être mises en œuvre avec succès.

Résultat : Durée de vie plus longue et productivité accrue

Au cours du test, le produit MQL Vascomill MMS FA2 a montré des performances impressionnantes et a contribué à augmenter la durée de vie de l’outil de 243 %, tout en augmentant la vitesse d’avance et la vitesse de coupe. Cette dernière est passée de 130 m/min à 390 m/min. Cela a assuré une augmentation de la productivité totale de plus de 70 %. De plus, la stratégie MQL optimale a empêché l’arête rapportée sur l’arête de coupe (Figure 2).

Figure 2 : MQL empêche les bords accumulés

Augmentation de la durée de vie des outils d’un facteur 12

Les matériaux tels que les alliages d’aluminium, les aciers conventionnels et les aciers inoxydables offrent un potentiel très élevé pour l’usinage MQL, car la chaleur peut se dissiper facilement à travers la puce. Dans le domaine de la production de turbocompresseurs, la durée de vie de l’outil a été multipliée par 12 par rapport aux fluides de travail des métaux conventionnels et à l’usinage à sec. Cela est dû au fait que les plaquettes amovibles cassantes et dures réagissent au changement de température lors de l’usinage avec arrosage. De plus, l’usinage conventionnel par arrosage nécessite également des inserts et des revêtements ductiles. c’est l’avantage de l’usinage MQL. (Figure 3)

Figure 3 : Usinage MQL (minimum Quantity Lubrification) dans le cas de 12 ou 24 pièces vs. usinage humide (fluides métallurgiques) pour le tournage de 1.4837 lowNi

Usinage du titane avec MQL

Les matériaux difficiles à usiner, comme le titane et l’inconel, sont un enjeu majeur pour les applications MQL. Une durée de vie et des vitesses de coupe excellentes peuvent être obtenues dans le domaine du roulage de filets et de la coupe du titane. Cependant, en fraisage et perçage, les outils et stratégies d’usinage correspondants ne sont pas encore totalement déterminés. Dans ce domaine, certaines questions restent sans réponse. Des recherches supplémentaires et une compréhension plus approfondie des processus d’usinage, ainsi que leur développement ultérieur sont nécessaires.

Les références :

Iovkov, Ivan (2016) : Technologische Analyse des Tieflochbohrens mit Minimalmengenschmierung und simulationsbasierte Kompensation des Mittenverlaufs, ISF TU-Dortmund