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Faire rimer productivité et environnement

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Souvent pointés du doigt pour la toxicité des additifs destinés à améliorer leurs propriétés et des résidus formés au cours de leur utilisation, les fluides de coupe ne peuvent pour autant pas toujours être supprimés purement et simplement en vue d'un usinage propre. L'optimisation des opérations de coupe en vue de minimiser la lubrification permet en revanche de réduire à la fois les coûts et l'impact environnemental, sans altérer la qualité de la pièce.

Usiner de manière plus respectueuse de l'environnement ? Le sujet recouvre de multiples approches et produits. Un foisonnement qui implique une démarche globale et structurée pour intégrer l'usinage propre ou l'éco-usinage dans sa stratégie.

1. USINER PROPREMENT : Optimiser les consommations et valoriser les déchets

L'usinage propre consiste à réduire l'impact sur l'environnement ainsi que les coûts de production, en s'appuyant sur une rationalisation de l'utilisation des huiles de coupe, sur l'optimisation des énergies consommées et sur la valorisation des déchets. Une démarche d'autant plus intéressante qu'une mauvaise gestion des facteurs environnementaux génère globalement des surcoûts directs ou indirects pour l'entreprise. Parmi eux, on peut lister : la surconsommation des ressources naturelles (eau, pétrole...) ou d'énergie (électricité, air comprimé...) ; les coûts des rejets dans l'environnement (pollution des nappes phréatiques, de l'air, du sol...) et ceux du retraitement des déchets (fluides de coupe, copeaux...) ; les mauvaises conditions d'hygiène (mise en contact avec des produits cancérogènes, risques de dermatoses, inhalation de brouillard d'huile...) et de sécurité (chute sur sol glissant, bruit...) avec les surcotisations auprès des caisses d'assurance-maladie qui y sont associées.

II convient donc d'étudier l'ensemble de ces facteurs au travers d'une approche « produit-process-environnement » pour tirer le meilleur parti de ce qui est consommé, éviter les gaspillages et valoriser les déchets. Cette démarche est de nature à procurer un avantage concurrentiel à l'entreprise, tant sur le plan technique qu'économique. (Fig. 1)

Les surcoûts sont par exemple liés à des investissements dans des équipements (aménagement des zones de stockage des lubrifiants, bennes à copeaux...) ou consommables (outils coupants...), ainsi qu'à des différentiels de coûts de maintenance ou de gestion (centrales de lubrification, effluents, déchets...). Des économies peuvent ainsi être réalisées sur certains consommables, comme les huiles de coupe, ou grâce à la réduction des cotisations sociales due à l'amélioration des conditions d'hygiène et de sécurité. Des recettes peuvent également être tirées de la valorisation des déchets (copeaux...). Enfin, l'amélioration des conditions de travail a un impact sur le taux de service des machines et sur l'image de marque de l'entreprise.

Fig 1.
Le périmètre de l’usinage propre

2. GÉRER LA DANGEROSITÉ : Maîtriser les risques liès aux polluants

Les installations d'usinage des métaux peuvent être soumises à déclaration ou autorisation selon la puissance globale des machines. Dans la réglementation et l'arrêté d'exploitation sont alors définies des valeurs limites pour le rejet des effluents, la dangerosité des déchets générés (fluides de coupe, boues d'usinage...), leurs conditions de stockage et de collecte.

Les risques liés à l'utilisation de fluides de coupe doivent être pris en compte dans le document annuel d'évaluation des risques professionnels et figurer dans la fiche de poste. Les opérateurs doivent porter des équipements de protection individuelle adaptés.

Les brouillards, fumées et poussières doivent être captés à la source. Dans le guide de la ventilation de l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS), une valeur limite en brouillard d'huile dans l'ambiance de travail de 0,5 mg/m3 est recommandée. Dans les locaux à pollution spécifique où des substances dangereuses ou gênantes sont émises, les concentrations moyennes en poussières inhalables et alvéolaires de l'atmosphère inhalée par une personne, ne doivent pas dépasser respectivement 10 et 5 mg/m3 d'air sur une période de huit heures.

3. MINIMISER LA LUBRIFICATION : À chaque changement, des conséquences immédiates

La démarche vers l'usinage propre se décompose en trois étapes principales : pré-étude ; industrialisation ; bilans finaux. (Fig. 2)

La pré-étude commence par une identification des opportunités d'évolution de la lubrification lors de l'usinage. Chaque matériau, en fonction du mode d'usinage envisagé, dispose d'un mode de lubrification préférentiel connu pour donner le meilleur couple productivité/durée de vie de l'outil. L'objectif est de faire évoluer ce mode, tant dans sa nature que dans son usage, afin de minimiser la lubrification. Cette dernière remplit plusieurs fonctions élémentaires lors de l'usinage : favoriser la coupe ; préserver l'intégrité du matériau usiné ; refroidir l'outil, la pièce et certains éléments de la machine et enfin nettoyer la zone d'usinage.

Fig 2.
Synoptique de la démarche proposée

Sa réduction ne peut se faire sans une évaluation rigoureuse des risques technologiques (Fig. 3). Ainsi, les opérations d'usinage dites « fermées » (perçage, alésage, taraudage) présentent des risques de mauvaise évacuation des copeaux, tandis que les opérations à coupe continue (tournage, perçage, alésage) peuvent engendrer des temps de contact outil/copeau très importants, avec de fortes contraintes d'évacuation des copeaux. La réduction de la lubrification peut conduire à remplacer ces opérations par d'autres à coupe discontinue, comme le fraisage ou le perçage par interpolation. Des assistances à la coupe peuvent aussi être envisagées : soufflage pour le refroidissement et l'évacuation des copeaux ; assistance vibratoire de l'outil ou lubrification haute pression pour fragmenter les copeaux. Lorsque le mode de lubrification change, les conséquences sont immédiates. Cela concernera la tenue des outils, la productivité, la qualité des pièces (tolérances, états de surface, contraintes superficielles et tenue en fatigue associée), la fiabilité de la machine (bourrage des convoyeurs à copeaux), l'hygiène et la sécurité.

Fig. 3
Grille d’évaluation des risques technologiques

Ainsi, pour diminuer l'usure des outils par abrasion, on choisira une nuance ou un revêtement plus dur, ou l'on devra réduire la vitesse de coupe. Pour diminuer l'adhésion des copeaux, on choisira un revêtement à faible coefficient de frottement, avec une géométrie d'outil plus positive, et l'on augmentera l'épaisseur de copeau tout en diminuant la vitesse de coupe. Enfin pour évacuer la chaleur, une assistance par air comprimé est envisageable, mais génératrice de bruit, de poussières en suspension dans l'air et consommatrice d'énergie.

L'intégrité d'un matériau usiné est souvent associée à la tenue[…]

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