Qualités spécifiques du lubrifiant pour les usinages du titane

Répondant à l’invitation de l’Association française du titane, Blaser Swisslube France a partagé ses expériences et ses connaissances sur ce métal caractéristique, le 12 octobre dernier dans les locaux de l’Ensam Paris. Pour cette typologie de matière difficile à usiner, de nombreux paramètres à prendre en compte invitent à procéder avec un minimum de méthode. Les risques d’approximation induisent souvent des résultats opposés aux objectifs visés.

En raison du classement du titane parmi les matériaux durs et hautement résistants, il est important d’adapter le choix du lubrifiant de coupe en fonction de la difficulté des process à effectuer, des objectifs d’usinage recherchés et des moyens utilisés. Ainsi, lors d’une série d’essais très poussés réalisés en partenariat avec un fabricant d’outils dans le Techcenter de Blaser Swisslube, celui-ci a  passé au crible une sélection de sa gamme d’outils avec cinq fluides de coupe de technologies et de fabricants différents. Au terme de cette expérimentation, le spécialiste outils a noté des résultats impressionnants dans la mesure où le paramétrage entre l’outil et le fluide de coupe est optimisé. Il conclut ainsi : « afin d’atteindre un niveau satisfaisant de performance sans usure rapide de l’arête de coupe, le bon choix d’outils ou de plaquettes n’est pas envisageable sans la prise en compte d’un lubrifiant réfrigérant adapté ».

Refroidissement, lubrification, protection, 3 fonctions capitales

Considérant des situations très diverses allant de l’arrosage très haute pression, lors d’opérations d’usinage extérieur, à la gestion de process délicats à mettre en œuvre tels que le perçage profond ou le brochage, les qualités du lubrifiant réfrigérant sont forcément différentes afin de couvrir tous les champs d’application de la coupe dans les alliages de titane.

Pour répondre à la question de savoir comment choisir un lubrifiant, précisons qu’il n’y a pas d’exclusivité concernant l’huile soluble ou entière. Toutes les fonctions principales d’un  fluide de coupe, que sont le refroidissement, la lubrification, la protection des outils d’une usure prématurée et le rinçage interviennent dans ce processus. Un éclairage sur ces différentes fonctions permet de situer les enjeux et les stratégies recherchés : la dissipation de chaleur est une priorité au vu des intenses efforts de coupe. En outre, la lubrification facilite la coupe et l’évacuation du copeau. Elle agit sur la qualité de surface et réduit la puissance abordée. Autre élément à prendre en considération : la polarité d’une huile base ou ester végétal contribue à une bonne résistance du film d’huile, assurant ainsi la protection de l’arête de coupe. Enfin, les propriétés de «  rinçage » de certaines huiles limitent la déperdition du lubrifiant (moindre consommation) tout en préservant la pièce et les organes de la machine.

Outre l’usure des outils, qui est souvent une composante significative du coût d’obtention d’une pièce en titane, il est utile de considérer l’influence du lubrifiant sur le vieillissement prématuré des machines et sur l’environnement opérateur. Il s’agit notamment d’éviter ou de réduire la formation de brouillards d’huile.

Préserver la santé de l’opérateur est indispensable et, pour cela, il convient d’utiliser des produits dépourvus de bactéricide et de bore. La vigilance doit être absolue pour s’assurer de la qualification des produits et des garanties sanitaires. L’offre de Blaser Swisslube répond à ces exigences européennes et une large gamme de lubrifiants, solubles et huiles entières, ont été qualifiées par les entreprises médicales ou l’aéronautique.

Un choix technique, créateur de valeur ajoutée

La recherche des meilleures stratégies d’usinage du titane s’entreprend avec un groupe de partenaires qui ont l’habitude d’échanger ensemble. Ce travail d’optimisation va se centrer sur un certain nombre de points tels que la maîtrise des coûts outils, l’optimisation des gains de productivité à partir d’une réduction des temps d’usinage, mais aussi d’une augmentation significative du TRS des machines (fiabilité des process, réduction des temps technologiques et de la maintenance). Pour ce faire, les propriétés du lubrifiant adapté auront une influence bénéfique sur les résultats techniques de la pièce (sa géométrie, son état de surface et son taux de rebuts), sur la réduction du nombre et des temps de cycles (augmentation du débit matière) et sur la fiabilité du process en usinage.

Manuel Lefrançois, intervenant pour Blaser Swisslube, a présenté les objectifs et stratégies de lubrification de la société Lorentz. Celle-ci utilise une huile entière, sans soufre ni chlore de base végétale, sur des machines uniquement dédiées à la fabrication de dispositifs médicaux qui exigent une innocuité matière garantie, et un lubrifiant soluble base ester végétal pour les machines qui vont usiner des pièces de différentes matières. La polyvalence de ce deuxième lubrifiant repose tout de même sur un choix offrant de véritables satisfactions dans l’usinage du titane.

Approche méthodologique pour la qualification d’un processus d’usinage

La mise en place d’un processus d’usinage qui a pour vocation de recevoir une qualification aéronautique ou médicale mérite une approche méthodologique. Dans ces secteurs, le conseiller de Blaser Swisslube a rappelé qu’il convient en préalable de s’assurer que le ou les lubrifiants entrent dans la catégorie des produits disposant d’une homologation des principaux donneurs d’ordres mondiaux. La complexité et le coût d’une procédure de qualification supposent de maîtriser en amont les aspects de qualité, de fiabilité et de rentabilité d’un process d’usinage rendu immuable.

L’expérimentation de Blaser Swisslube et de la société allemande Kaiser, fabricant d’outils et de plaquettes, souligne l’enjeu d’une approche méthodologique sans a priori. Après plusieurs mois d’essais de différentes plaquettes à jeter préconisées par des spécialistes outils pour l’usinage du titane, ils ont mesuré un écart de longévité pouvant atteindre un rapport de 1 à 15, selon le fluide d’usinage utilisé.

Le dirigeant de la société Neosteo, fabricant français de dispositifs médicaux, a confirmé les possibilités accessibles grâce à une bonne adaptation des outils et des lubrifiants  : « L’optimisation de notre process d’usinage d’implants en titane a permis la production en continu d’une série de pièces représentant 150 heures cumulées d’usinage, sans arrêt machine ni correction d’outil ni intervention opérateur. Par ailleurs, nous avions sélectionné une huile de coupe Blaser hautement raffinée. Son film d’huile très résistant et sa polarité assurent une bonne protection de l’arête de coupe. Elle est peu volatile et son degré de fluidité évite une déperdition du produit ».

Fiabilité et longévité du process de lubrification

Les alliages de titane sollicitent fortement les qualités d’un fluide de coupe classique. De très nombreux critères tels que la résistance au stress vont influencer la longévité et la fiabilité des processus. Il convient de bien analyser le contexte de fabrication pour définir une stratégie de lubrification parfaitement adaptée. « Dans le cas d’un lubrifiant soluble, il est essentiel d’apporter un suivi et un contrôle tout au long de la vie du produit », a rappelé Manuel Lefrançois.

Concernant l’emploi d’une huile entière, les possibilités d’une maintenance sont extrêmement limitées. Il attire l’attention sur l’importance de la qualité du produit choisi : les caractéristiques d’une huile entière, définies par la qualité des composants de base et leur assemblage, sont déterminantes quant à la fiabilité, l’innocuité durable et la performance des process. Considérant les enjeux financiers et sanitaires de la qualification d’un processus d’usinage, le choix d’un lubrifiant adapté et bien conçu est porteur de qualité, de productivité et de gains économiques durables.

N° 97 février / mars 2018