Faculdade de Engenharia de Bauru
Resumo do Capítulo 10 do Livro:
Tecnologia da Usinagem dos Materiais - 4ª ed.
Fluidos de Corte.
Usinagem dos Materiais
Guilherme Pedroso Pires Abreu
Bauru, junho de 2010.
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Fluidos de Corte, Resumos de Engenharia Mecânica
Resumo do Capítulo de Fluido de Corte do Livro Tecnologia da Usinagem dos Materiais - Anselmo Diniz
Tipologia: Resumos
Antes de 2010
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Faculdade de Engenharia de Bauru
Resumo do Capítulo 10 do Livro:
Tecnologia da Usinagem dos Materiais - 4ª ed.
Fluidos de Corte.
Usinagem dos Materiais
Guilherme Pedroso Pires Abreu
Bauru, junho de 2010.
Fluido de Corte
A. Histórico:
Taylor (1890): 1ª utilização do fluido de corte (água + soda). Água: alto poder refrigerante, porém causa oxidação na peça. Com o tempo tem-se o objetivo de restringir ao máximo o uso de refrigerante:
- Custos da operação;
- Questões ecológicas;
- Saúde do operador. Para minimizar estes problemas:
- Corte a seco;
- Utilização do MQL (MQF).
B. Funções do fluido de corte:
Durante o corte, se desenvolve grande quantidade de calor, devido a energia necessária para deformação do cavaco e a energia devido ao atrito ferramenta-peça, cavaco-ferramenta. Reduz-se este calor através da lubrificação (diminuição do atrito) e/ ou da refrigeração, a fim de minimizar-se o desgaste da ferramenta, a dilatação térmica da peça e o dano térmico à superfície da peça (obtenção de tolerâncias apertadas e formas). Reduzindo-se o atrito reduzem-se também os esforços de corte. Pode-se também reduzir a formação da APC e a soldagem do cavaco na ferramenta. Formas de redução do atrito: revestimentos de ferramentas, materiais de peça com usinabilidade melhorada e utilização de fluidos de corte com capacidade lubrificante. O calor continua a ser gerado independentemente das medidas tomadas. A lubrificação é facilitada em baixas velocidades de corte, já que, nestas condições, a penetração do fluido nas interfaces cavaco-ferramenta e peça-ferramenta é facilitada. O fluido é importante também, para a expulsão do cavaco da região de corte e para proteção contra corrosão. Características do fluido refrigerante: Baixa viscosidade (maior facilidade para fluir); Capacidade de envolver (“molhar”) bem toda a peça na região de corte (estabelecer um bom contato térmico); Alto calor específico e alta condutividade térmica. O fluido beneficia também a peça em casos de acabamento superficial e/ou de obtenção de tolerâncias apertadas. Para peças de pequenas dimensões e/ou paredes finas a refrigeração com a finalidade de reduzir as dilatações térmicas se torna mais difícil. Para obtenção de baixas rugosidades superficiais, o fluido deve apresentar boa ação lubrificante (reduzindo o atrito).
C. Classificação do fluido de corte:
Podem ser classificados em:
- ar;
- aquosos (água, emulsões – solúveis microemulsões – semi sintéticos, sol. químicas – sintéticos);
- oleosos (minerais, graxos, compostos, de extrema pressão, de usos múltiplos).
Ar:
Utilizada, principalmente, para remoção de cavaco da região de corte. É utilizado frequentemente em usinagem de materiais que produzem cavacos em forma de pó, como, por exemplo, o ferro fundido cinzento.
Água:
Primeiro fluido de corte utilizado. Ação única de refrigeração. Possui baixa viscosidade, porém provoca corrosão de materiais ferrosos e apresenta baixo poder umectante nos metais. Praticamente não é utilizada em produção.
Emulsões:
Emulsões de óleo em água. Concentrados de óleo emulsionável, compostos por emulsificadores de óleo mineral dispersos em pequenas gotículas na água. Não são soluções de óleo em água. Sendo assim, o nome “óleo solúvel” normalmente dado a este produto está incorreto. Emulsificantes são substâncias que reduzem a tensão superficial da água, facilitando a dispersão do óleo em pequenas partículas na água. Por serem formadas, essencialmente, por água, possuem alto poder refrigerante, porém, como possuem óleo mineral e emulsificadores, ganham características lubrificantes e umectantes. São adicionados aditivos anti-corrosivos e biocidas. São indicadas para operações em que a refrigeração é um ponto mais crítico do que a lubrificação. São utilizadas com baixos e médios avanços e profundidade de corte e médias e altas velocidades de corte. Em baixas velocidades de corte com altos avanços e profundidade de corte (alta tendência de formação da APC de alta geração de calor) é necessária a lubrificação, logo óleos são preferíveis. Algumas emulsões contêm aditivos do tipo EP (extrema pressão) à base de enxofre e cloro (atualmente procura-se substituir o cloro por aditivos à base de enxofre e cálcio) que proporcionam maior resistência em operações severas de corte (estes óleos não vaporizam em pressões altas).
Micro emulsões:
Fluidos semi-sintéticos formadores de emulsões. Apresentam de 5% a 50% de óleo mineral no fluido concentrado, aditivos e compostos que se dissolvem verdadeiramente na água. A menor quantidade de óleo mineral aumenta a vida do fluido de corte e reduz os riscos à saúde. Aditivos EP, anticorrosivos, umectantes são adicionados.
Soluções químicas:
Fluidos sintéticos. Compostos monofásicos de óleos dissolvidos completamente na água. Não há emulsificadores, pois os compostos reagem e se misturam, formando uma fase única. São livres de óleo mineral em suas composições. Consistem em sais orgânicos e inorgânicos, aditivos de lubricidade, biocidas, inibidores de corrosão, adicionados à água. Apresentam vida maior, já que são menos atacáveis por bactérias. Possuem agentes umectantes, boa proteção anti-corrosiva e boa refrigeração.
Óleos:
Óleos puros possuem calor específico muito menor do que o da água (~50%), logo possuem menor capacidade de resfriamento. Entretanto, são melhores lubrificantes, o que resulta em menor quantidade de calor gerado. Óleos leves são indicados para operações a altas velocidades, onde o calor deve ser dissipado rapidamente. Óleos mais viscosos são mais indicados para baixas velocidades de corte e alto avanço e profundidade de corte, o que resulta em uma alta taxa de remoção de cavaco (alta geração de calor). Para isto, necessita-se de um óleo que se adira à ferramenta (aumentando a lubrificação).
D. Seleção do fluido de corte:
Principais fatores de escolha do fluido de corte:
- material da peça e da ferramenta;
- condições de usinagem;
- operação de usinagem.
O Al, latão, bronze, Cu e Mg devem ser usinados a seco com óleos inativos sem enxofre. Na usinagem de Mg e suas ligas, não se deve utilizar fluido a base de água, pois, devido à liberação de hidrogênio, tem-se o risco de combustão. Na usinagem de Ni e suas ligas usa-se, geralmente, emulsões. Na usinagem de aço carbono pode-se utilizar qualquer tipo de óleo, pois a seleção do fluido é baseada em outros fatores que não o material da peça. Para aço inox austenítico recomenda-se óleos EP para dificultar o empastamento do cavaco na ferramenta.
um fluxo de ar comprimido. Esta mistura ar + óleo possui alta capacidade de lubrificação da região de corte, entretanto, não apresenta alta capacidade de refrigeração.
Poluição ambiental:
Apesar de a bandeira levantada a favor do MQF seja a menor poluição ambiental, deve-se ter cuidado, pois a pulverização levanta partículas de óleo no ambiente atmosférico, exigindo um bom sistema de exaustão com controle de partículas.
Consumo:
A aplicação do fluido por névoa é considerada sem retorno. Mesmo com baixos níveis de vazão (abaixo de 50 ml/h) o consumo deve ser considerado e calculado. Alguns produtos sintéticos podem apresentar consumo inferior, quando utilizado em uma concentração normal de, por exemplo, 5%. Estes produtos podem apresentar uma vida superior a seis meses de utilização contínua. Mesmo contando com perdas, o consumo deste produto nesse período será inferior ao pulverizado.
Barulho:
As linhas de ar comprimido geram muito barulho, normalmente acima do limite para o ouvido humano. Isto causa poluição sonora e prejudica a comunicação. A tendência é que cada vez mais se diminua a utilização do fluido de corte, tanto por aspectos ambientais quanto econômicos. Para que isto se torne possível, estudos são realizados e novas tecnologias são criadas, visando melhorias no processo de usinagem.
F. Referência Bibliográfica
Diniz, A. E., Marcondes, F. C., Coppini, N. L., Tecnologia da Usinagem dos Materiais, 4ª Ed. Editora Artliber Ltda, São Paulo, 2003.