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Guide des matériaux

Lubrification Quantité Minimale (LQM) : Usinage quasi sec, avantages et limites

Ce qu’est ce procédé (et ses propriétés clés pour l’usinage)

La Lubrification Quantité Minimale (LQM) est un procédé d’usinage qui délivre un mélange d’huile de lubrification et d’air comprimé (ou parfois d’eau) en quantité extrêmement faible, généralement entre 1 et 100 millilitres par heure, au point de contact entre l’outil et la pièce. Contrairement à l’usinage à sec (sans lubrification) ou à l’usinage à fluide abondant (où des dizaines de litres par minute de fluide de coupe sont projetés), la LQM vise à réduire la friction et l’usure de l’outil sans recourir à des volumes importants de fluide.

Pour l’usinage, ses propriétés clés sont :

La LQM est souvent associée à l’usinage quasi sec, un terme qui décrit le fait que la zone de coupe reste pratiquement sèche après le passage de l’outil, car la quantité de lubrifiant est trop faible pour mouiller la pièce ou les copeaux.

Comment il se comporte sous l’outil : forces de coupe, chaleur, formation des copeaux et usure de l’outil

Le comportement de la LQM sous l’outil dépend de sa capacité à réduire la friction et à évacuer la chaleur de la zone de coupe. Contrairement au fluide abondant, qui refroidit la zone de coupe par convection et évaporation, la LQM a un pouvoir de refroidissement très limité. Son rôle principal est de lubrifier.

Forces de coupe

La LQM réduit les forces de coupe de 10 à 30 % par rapport à l’usinage à sec, car elle diminue la friction entre l’outil et la pièce. Cette réduction est plus marquée pour les matériaux ductiles (comme l’aluminium ou le cuivre) que pour les matériaux durs (comme l’acier trempé ou le titane). Pour les machines à faible couple, comme le centre d’usinage vertical GA-DV750 (couple maximum de 12,15 Nm) ou le centre de perçage-taraudage GA-VT540 (couple maximum de 17,5 Nm), cette réduction des forces peut permettre d’usiner des matériaux qui seraient trop exigeants en usinage à sec.

Chaleur

La chaleur générée par la coupe est principalement évacuée par les copeaux. La LQM n’évacue que 5 à 15 % de la chaleur, contre 30 à 50 % pour le fluide abondant. Par conséquent, la température de l’outil est généralement plus élevée en LQM qu’en usinage à fluide abondant. Cette différence de température peut être un avantage ou un inconvénient selon le matériau usiné : pour l’aluminium, une température modérée peut réduire le collage de la pièce sur l’outil, tandis que pour l’acier, une température trop élevée peut accélérer l’usure.

Formation des copeaux

La LQM améliore la formation des copeaux par rapport à l’usinage à sec, car elle réduit la friction entre l’outil et le copeau. Les copeaux sont donc plus fins et plus faciles à évacuer. Pour les opérations de perçage ou de taraudage, où l’évacuation des copeaux est critique, cette amélioration peut réduire le risque de casse d’outil.

Mécanismes d’usure de l’outil

L’usure de l’outil en LQM dépend de l’équilibre entre la lubrification et la température. Les mécanismes d’usure les plus courants sont :

Paramètres pratiques : vitesses, avances, géométrie d’outil et raisonnement derrière les plages

Les paramètres de coupe en LQM doivent être ajustés pour compenser le pouvoir de refroidissement limité du procédé. Les plages suivantes sont recommandées pour les matériaux courants, avec les compromis associés :

Vitesses de coupe

La vitesse de coupe (vitesse linéaire de l’outil par rapport à la pièce) est généralement inférieure à celle de l’usinage à fluide abondant, mais supérieure à celle de l’usinage à sec.

Avances

L’avance (distance parcourue par l’outil par tour) est généralement similaire à celle de l’usinage à fluide abondant, car la LQM réduit les forces de coupe.

Géométrie d’outil

La géométrie de l’outil doit être adaptée à la LQM pour améliorer la pénétration du lubrifiant et l’évacuation des copeaux.

Compatibilité avec les machines Gree CNC

La LQM est compatible avec la plupart des machines Gree CNC, à l’exception des machines à faible vitesse de broche (comme le centre d’usinage à portique GA-GF2517, vitesse maximum de 6000 rpm) pour lesquelles la vitesse de coupe ne peut pas être suffisamment élevée pour compenser le pouvoir de refroidissement limité du procédé. Les machines à broche électrique haute vitesse, comme le GA-DV750 (vitesse maximum de 30 000 rpm) ou le centre de perçage-taraudage GA-VT445 (vitesse maximum de 30 000 rpm), sont particulièrement adaptées à la LQM, car elles permettent d’atteindre des vitesses de coupe élevées tout en limitant la température de l’outil.

Ce qui se passe mal : modes de défaillance, reconnaissance et solutions

La LQM peut présenter plusieurs modes de défaillance, qui sont généralement liés à un débit de lubrifiant insuffisant, à une température trop élevée ou à une évacuation des copeaux défectueuse.

Débit de lubrifiant insuffisant

Température de l’outil trop élevée

Évacuation des copeaux défectueuse

Colmatage des filtres

Limites honnêtes : où ce procédé est un mauvais choix

La LQM n’est pas adaptée à tous les types d’usinage. Voici les cas où il est préférable de choisir un autre procédé :

Usinage de matériaux très durs ou très ductiles

La LQM n’est pas adaptée à l’usinage de matériaux très durs (comme l’acier trempé à plus de 50 HRC ou le carbure) ou très ductiles (comme le cuivre ou le laiton), car le pouvoir de refroidissement limité du procédé entraîne une usure rapide de l’outil.

Opérations de coupe profonde ou de finition

La LQM n’est pas adaptée aux opérations de coupe profonde (comme le perçage de trous profonds ou le fraisage de cavités profondes) ou de finition, car le lubrifiant ne peut pas pénétrer efficacement dans la zone de coupe et la température de l’outil est trop élevée pour garantir une qualité de surface satisfaisante.

Usinage de pièces de grande taille ou de masse

La LQM n’est pas adaptée à l’usinage de pièces de grande taille ou de masse, car la chaleur générée par la coupe ne peut pas être évacuée efficacement et la déformation de la pièce est trop importante.

Machines à faible vitesse de broche

La LQM n’est pas adaptée aux machines à faible vitesse de broche (moins de 10 000 rpm), comme le centre d’usinage à portique GA-GF2517 ou le tour CNC GA-HT6065, car la vitesse de coupe ne peut pas être suffisamment élevée pour compenser le pouvoir de refroidissement limité du procédé.

Tableau des paramètres et de dépannage

Catégorie Détails
Paramètres de coupe
Aluminium Vitesse : 1500-3000 m/min, Avance : 0,1-0,3 mm/tour, Débit : 10-50 ml/h
Acier doux Vitesse : 100-300 m/min, Avance : 0,05-0,2 mm/tour, Débit : 20-80 ml/h
Titane Vitesse : 30-60 m/min, Avance : 0,03-0,1 mm/tour, Débit : 30-100 ml/h
Dépannage
Usure rapide de l’outil Vérifier le débit de lubrifiant, réduire la vitesse de coupe, augmenter l’avance
Colle de la pièce sur l’outil Augmenter le débit de lubrifiant, réduire la vitesse de coupe, utiliser un outil revêtu
Copeaux enroulés Augmenter la vitesse de coupe, augmenter l’avance, utiliser un outil avec canaux de lubrification
Température trop élevée Réduire la vitesse de coupe, augmenter l’avance, augmenter le débit de lubrifiant

Checklist pratique pour la mise en place du travail

Avant de lancer une opération d’usinage en LQM, vérifiez les points suivants :

  1. Compatibilité de la machine : Vérifiez que la machine a une vitesse de broche suffisante (au moins 10 000 rpm) et qu’elle est équipée d’un système de LQM.
  2. Compatibilité du matériau : Vérifiez que le matériau est adapté à la LQM (évitez les matériaux très durs ou très ductiles).
  3. Géométrie de l’outil : Utilisez un outil avec un angle de dépouille et un angle de coupe élevés, et des canaux de lubrification si possible.
  4. Paramètres de coupe : Ajustez la vitesse de coupe et l’avance selon les plages recommandées pour le matériau.
  5. Débit de lubrifiant : Réglez le débit de lubrifiant entre 1 et 100 ml/h selon le matériau et l’opération.
  6. Position des buses : Positionnez les buses à moins de 10 mm du point de coupe pour garantir une délivrance efficace du lubrifiant.
  7. Évacuation des copeaux : Vérifiez que le système d’évacuation des copeaux est adapté à la LQM (les copeaux doivent être secs et faciles à évacuer).
  8. Sécurité : Vérifiez que le système de ventilation de la machine est suffisant pour évacuer les particules d’huile atomisées.

FAQ

  1. Quelle est la différence entre la LQM et l’usinage à sec ? La LQM délivre une petite quantité de lubrifiant au point de coupe, ce qui réduit la friction et l’usure de l’outil par rapport à l’usinage à sec. L’usinage à sec n’utilise pas de lubrifiant du tout.

  2. La LQM est-elle plus écologique que l’usinage à fluide abondant ? Oui, la LQM réduit la consommation de lubrifiant de 100 à 10 000 fois, ce qui réduit les déchets et l’impact environnemental. De plus, les copeaux sont secs et peuvent être recyclés plus facilement.

  3. La LQM réduit-elle les coûts d’usinage ? Oui, la LQM réduit les coûts de lubrifiant, de traitement des déchets et d’entretien de la machine. Elle peut également réduire les coûts d’outillage en augmentant la durée de vie des outils pour certains matériaux.

  4. Peut-on utiliser la LQM pour l’usinage de finition ? Non, la LQM n’est pas adaptée à l’usinage de finition, car le pouvoir de refroidissement limité du procédé entraîne une température de l’outil trop élevée pour garantir une qualité de surface satisfaisante.

  5. Quelles machines Gree CNC sont adaptées à la LQM ? La plupart des machines Gree CNC à broche électrique haute vitesse sont adaptées à la LQM, comme le centre d’usinage vertical GA-DV750, le centre de perçage-taraudage GA-VT445 et le centre d’usinage 5 axes GA-FA500. Les machines à faible vitesse de broche, comme le centre d’usinage à portique GA-GF2517, ne sont pas adaptées.

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