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Trabalho 4 fluidos de corte

Felipe Ronaldo
Felipe Ronaldo
Felipe RonaldoUniversidade Federal de Mato Grosso

Trabalho 4 fluidos de corte

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SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 3
2.0 – Objetivo ............................................................................................................................... 3
3.0 - O que são Fluidos de Cortes ............................................................................................... 3
3.1 - O Uso ................................................................................................................................ 3
4.0 - Funções e Finalidades dos fluidos de corte ....................................................................... 4
4.1 - Refrigerar a região de corte ........................................................................................... 4
4.2 - Lubrificar as superfícies em atrito ................................................................................ 7
4.3 - Arrastar o cavaco da área de corte................................................................................ 7
5.0 - Classificação dos fluidos de corte ...................................................................................... 8
6.0 - Qualidades e propriedades dos fluidos de corte – Aditivos ............................................ 9
7.0 - Critérios De Seleção .......................................................................................................... 10
8.0 - Problemas comuns no uso de fluidos de corte ............................................................... 10
9.0 – CONCLUSÃO .................................................................................................................. 13
BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 14

1
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Temperatura na região de corte. ................................................................................. 5
Figura 2 - Distribuição do calor gerado ......................................................................................... 5
Figura 3 - Perda de dureza em função da temperatura. ............................................................... 6
Figura 4 - Escala de temperatura crítica........................................................................................ 7
Figura 5 - Remoção de cavacos ..................................................................................................... 8
Figura 6 – Tipos de fluidos de corte ............................................................................................ 10
Figura 7 - Resíduos de Fluidos de Corte ...................................................................................... 12

2
INTRODUÇÃO
A busca por valores maiores de velocidade de corte sempre foi almejada em
virtude de uma maior produção de peças, e isso foi possível devido ao surgimento de
novos materiais de corte (metal duro, cerâmicas, ultra-duros “PCB” e “PCD”) capazes
de usinar os materiais com altíssimas vc(velocidade de corte), em contrapartida grandes
valores de temperaturas foram geradas na região de corte devido a um grande atrito
entre a peça e a ferramenta. O calor excessivo prejudica a qualidade do trabalho por
várias razões:
1. Diminuição da vida útil da ferramenta;
2. Aumento da oxidação da superfície da peça e da ferramenta;
3. Aumento da temperatura da peça, provocando dilatação, erros de medidas e
deformações.
Para resolver estes problemas surgiram fluidos de corte, que são materiais
compostos porsólidos, gases e, na maioria das vezes, líquidos.

2.0 – Objetivo
Visto que a operação de usinagem necessitava de algo para ajudar na
cisalhamento do material, iniciou-se o desenvolvimento e pesquisa de elementos que
otimizassem o processo de usinagem. Os fluidos de corte surgiram como a ferramenta
ideal para refrigerar a área de corte e auxiliar na preservação da ferramenta, também
notou-se que melhorava o acabamento das superfícies, pois diminuía o atrito entre a
ferramenta e o material a ser cisalhado.
Neste trabalho, temos como objetivo caracterizar os principais fluidos de corte,
assim como definir as suas funções e aplicações no setor da indústria e fabricação de
peças.

3.0 - O que são Fluidos de Cortes
Fluidos de corte são aqueles líquidos e gases aplicados na ferramenta e no
material que está sendo usinado, a fim de facilitar a operação de corte. Frequentemente
são chamados de lubrificantes ou refrigerantes em virtude das suas principais funções na
usinagem:
a) Reduzir o atrito entre a ferramenta e a superfície em corte. (lubrificação);
b) E diminuir a temperatura na região de corte. (refrigeração).

3.1 - O Uso
O uso correto dos fluidos de corte nos processos de usinagem pode trazer muitos
benefícios, observados na qualidade e na produtividade. Por outro lado, se não forem
3
manipulados e tratados corretamente, eles podem ser nocivos a saúde e ao meio
ambiente.
Assim, a escolha do fluido de corte influi diretamente na qualidade do acabamento
superficial das peças, na produtividade, nos custos operacionais e também na saúde dos
operadores e no meio-ambiente.

4.0 - Funções e Finalidades dos fluidos de corte
Os fluidos de corte cumprem, nas suas aplicações, uma ou mais das seguintes
funções no processo de cisalhamento do material:
a. Refrigerar a região de corte.
b. Lubrificar as superfícies em atrito.
c. Arrastar o cavaco da área de corte
d. Proteger a ferramenta, a peça e a máquina contra oxidação e corrosão.
Eles são utilizados quando as condições de trabalho são desfavoráveis, podendo
trazer os seguintes benefícios:
· Redução da Força e Potência necessárias ao corte;
· Redução do consumo de Energia;
· Diminuição da Temperatura da peça e da ferramenta em trabalho;
· Desobstrução da região de corte;
· Aumento da Vida da ferramenta;
· Eliminação do Gume Postiço;
· Melhor Acabamento da superfície usinada.

4.1 - Refrigerar a região de corte
A refrigeração desempenha um papel fundamental na usinagem. Uma das
principais funções dos fluidos de corte é refrigerar, ou seja, remover o calor gerado
durante a operação. Isso ajuda a prolongar a vida útil das ferramentas e a garantir a
precisão dimensional das peças pela redução dos gradientes térmicos.
Abaixo está representada(figura1) a distribuição típica de temperaturas na região
de corte. De maneira geral, quanto maior a velocidade de corte ( vc ), maiores serão as
temperaturas e maior a necessidade de refrigeração.

4
Figura 1 – Temperatura na região de corte.

Na usinagem com ferramenta de geometria definida, a maior parte do calor
gerado vai para o cavaco. A abaixo (figura 2) exemplifica uma distribuição de calor na
região de corte.

Figura 2 - Distribuição do calor gerado

5
Na maioria dos casos, é benéfico diminuir temperaturas tão altas. Nesses casos,
se o calor não for removido, ocorrerão distorções térmicas nas peças e alterações
prejudiciais na estrutura da ferramenta. Como resultado, tem-se o desgaste prematuro e
trocas mais frequentes da ferramenta.
O gráfico abaixo (figura 3) mostra o efeito da temperatura sobre a dureza de
alguns materiais de ferramenta. Observe a nítida diminuição da dureza dos materiais
com o aumento da temperatura.

Figura 3 - Perda de dureza em função da temperatura.

Por outro lado, há casos onde as temperaturas elevadas facilitam o corte da peça
em virtude desta redução de dureza. Nesses casos, é importante usar uma ferramenta
com temperatura crítica maior.
Um fator importante na vida da ferramenta é que a temperatura de nenhuma de
suas partes, especialmente do gume, ultrapasse um valor crítico, além do qual se verifica
forte redução da dureza. A tabela abaixo (figura 4) indica temperaturas críticas para
diferentes materiais de ferramenta.

6
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Trabalho 4 fluidos de corte

  • 1. SUMÁRIO INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 3 2.0 – Objetivo ............................................................................................................................... 3 3.0 - O que são Fluidos de Cortes ............................................................................................... 3 3.1 - O Uso ................................................................................................................................ 3 4.0 - Funções e Finalidades dos fluidos de corte ....................................................................... 4 4.1 - Refrigerar a região de corte ........................................................................................... 4 4.2 - Lubrificar as superfícies em atrito ................................................................................ 7 4.3 - Arrastar o cavaco da área de corte................................................................................ 7 5.0 - Classificação dos fluidos de corte ...................................................................................... 8 6.0 - Qualidades e propriedades dos fluidos de corte – Aditivos ............................................ 9 7.0 - Critérios De Seleção .......................................................................................................... 10 8.0 - Problemas comuns no uso de fluidos de corte ............................................................... 10 9.0 – CONCLUSÃO .................................................................................................................. 13 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 14 1
  • 2. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Temperatura na região de corte. ................................................................................. 5 Figura 2 - Distribuição do calor gerado ......................................................................................... 5 Figura 3 - Perda de dureza em função da temperatura. ............................................................... 6 Figura 4 - Escala de temperatura crítica........................................................................................ 7 Figura 5 - Remoção de cavacos ..................................................................................................... 8 Figura 6 – Tipos de fluidos de corte ............................................................................................ 10 Figura 7 - Resíduos de Fluidos de Corte ...................................................................................... 12 2
  • 3. INTRODUÇÃO A busca por valores maiores de velocidade de corte sempre foi almejada em virtude de uma maior produção de peças, e isso foi possível devido ao surgimento de novos materiais de corte (metal duro, cerâmicas, ultra-duros “PCB” e “PCD”) capazes de usinar os materiais com altíssimas vc(velocidade de corte), em contrapartida grandes valores de temperaturas foram geradas na região de corte devido a um grande atrito entre a peça e a ferramenta. O calor excessivo prejudica a qualidade do trabalho por várias razões: 1. Diminuição da vida útil da ferramenta; 2. Aumento da oxidação da superfície da peça e da ferramenta; 3. Aumento da temperatura da peça, provocando dilatação, erros de medidas e deformações. Para resolver estes problemas surgiram fluidos de corte, que são materiais compostos porsólidos, gases e, na maioria das vezes, líquidos. 2.0 – Objetivo Visto que a operação de usinagem necessitava de algo para ajudar na cisalhamento do material, iniciou-se o desenvolvimento e pesquisa de elementos que otimizassem o processo de usinagem. Os fluidos de corte surgiram como a ferramenta ideal para refrigerar a área de corte e auxiliar na preservação da ferramenta, também notou-se que melhorava o acabamento das superfícies, pois diminuía o atrito entre a ferramenta e o material a ser cisalhado. Neste trabalho, temos como objetivo caracterizar os principais fluidos de corte, assim como definir as suas funções e aplicações no setor da indústria e fabricação de peças. 3.0 - O que são Fluidos de Cortes Fluidos de corte são aqueles líquidos e gases aplicados na ferramenta e no material que está sendo usinado, a fim de facilitar a operação de corte. Frequentemente são chamados de lubrificantes ou refrigerantes em virtude das suas principais funções na usinagem: a) Reduzir o atrito entre a ferramenta e a superfície em corte. (lubrificação); b) E diminuir a temperatura na região de corte. (refrigeração). 3.1 - O Uso O uso correto dos fluidos de corte nos processos de usinagem pode trazer muitos benefícios, observados na qualidade e na produtividade. Por outro lado, se não forem 3
  • 4. manipulados e tratados corretamente, eles podem ser nocivos a saúde e ao meio ambiente. Assim, a escolha do fluido de corte influi diretamente na qualidade do acabamento superficial das peças, na produtividade, nos custos operacionais e também na saúde dos operadores e no meio-ambiente. 4.0 - Funções e Finalidades dos fluidos de corte Os fluidos de corte cumprem, nas suas aplicações, uma ou mais das seguintes funções no processo de cisalhamento do material: a. Refrigerar a região de corte. b. Lubrificar as superfícies em atrito. c. Arrastar o cavaco da área de corte d. Proteger a ferramenta, a peça e a máquina contra oxidação e corrosão. Eles são utilizados quando as condições de trabalho são desfavoráveis, podendo trazer os seguintes benefícios: · Redução da Força e Potência necessárias ao corte; · Redução do consumo de Energia; · Diminuição da Temperatura da peça e da ferramenta em trabalho; · Desobstrução da região de corte; · Aumento da Vida da ferramenta; · Eliminação do Gume Postiço; · Melhor Acabamento da superfície usinada. 4.1 - Refrigerar a região de corte A refrigeração desempenha um papel fundamental na usinagem. Uma das principais funções dos fluidos de corte é refrigerar, ou seja, remover o calor gerado durante a operação. Isso ajuda a prolongar a vida útil das ferramentas e a garantir a precisão dimensional das peças pela redução dos gradientes térmicos. Abaixo está representada(figura1) a distribuição típica de temperaturas na região de corte. De maneira geral, quanto maior a velocidade de corte ( vc ), maiores serão as temperaturas e maior a necessidade de refrigeração. 4
  • 5. Figura 1 – Temperatura na região de corte. Na usinagem com ferramenta de geometria definida, a maior parte do calor gerado vai para o cavaco. A abaixo (figura 2) exemplifica uma distribuição de calor na região de corte. Figura 2 - Distribuição do calor gerado 5
  • 6. Na maioria dos casos, é benéfico diminuir temperaturas tão altas. Nesses casos, se o calor não for removido, ocorrerão distorções térmicas nas peças e alterações prejudiciais na estrutura da ferramenta. Como resultado, tem-se o desgaste prematuro e trocas mais frequentes da ferramenta. O gráfico abaixo (figura 3) mostra o efeito da temperatura sobre a dureza de alguns materiais de ferramenta. Observe a nítida diminuição da dureza dos materiais com o aumento da temperatura. Figura 3 - Perda de dureza em função da temperatura. Por outro lado, há casos onde as temperaturas elevadas facilitam o corte da peça em virtude desta redução de dureza. Nesses casos, é importante usar uma ferramenta com temperatura crítica maior. Um fator importante na vida da ferramenta é que a temperatura de nenhuma de suas partes, especialmente do gume, ultrapasse um valor crítico, além do qual se verifica forte redução da dureza. A tabela abaixo (figura 4) indica temperaturas críticas para diferentes materiais de ferramenta. 6
  • 7. Figura 4 - Escala de temperatura crítica 4.2 - Lubrificar as superfícies em atrito Nos processos de usinagem, a lubrificação nas interfaces peça-ferramentacavaco é difícil e complexa, em virtude das elevadas pressões de contato nessas interfaces. Outro agravante é a dificuldade de levar esse lubrificante até a posição desejada. A forma como o fluido penetra na região de contato cavaco-ferramenta é uma questão ainda em discução entre pesquisadores. A eficiência do lubrificante vai depender das características e da sua habilidade em penetrar na região entre o cavaco e a ferramenta, formando um filme com resistência ao cisalhamento menor que a resistência do material na interface. Tanto a superfície do cavaco quanto a da ferramenta não são perfeitamente lisas. Elas são rugosas, ou seja, apresentam minúsculas saliências, asperezas em forma de picos e vales da ordem de micrômetros. Os picos mais salientes atritam-se, desgastando a ferramenta, gerando calor e uma força de atrito. Com a progressão do desgaste, pequenas partículas soldam-se no gume da ferramenta, formando o gume postiço. Para reduzir esse atrito, o fluido de corte penetra na interface rugosa por capilaridade. (Runge, P. 1990) Como consequência, reduz-se uma parcela da geração de calor. Também reduzem-se o consumo de energia, a força necessária ao corte e praticamenteelimina-se o gume postiço. 4.3 - Arrastar o cavaco da área de corte Em alguns processos de usinagem é muito importante considerar o destino do cavaco após a sua formação. O cavaco formado deve ser retirado da área de trabalho para não riscar ou comprometer o acabamento da peça, danificar a ferramenta ou impedir a própria usinagem. 7
  • 8. Na furação profunda, por exemplo, o cavaco formado no fundo do furo tende a seacumular excessivamente, dificultando o corte e a formação de mais cavaco. Até mesmo no torneamento externo, cavacos em forma de fitas longas podem se enroscar na peça e na ferramenta e atrapalhar o trabalho. Por isso os fluidos de corte são empregados também como removedores de cavaco da área de trabalho. Isso pode ocorrer de 3 formas: 1. O escoamento de alta vazão do fluido ajuda a carregar ou empurrar o cavaco para longe. 2. O resfriamento brusco do cavaco fragiliza-o e facilita sua quebra oufragmentação. 3. Ao se utilizar fluidos de corte os parâmetros de usinagem podem ser ajustadosde modo a facilitar a obtenção de cavacos menores. Uma boa remoção dos cavacos (figuras 5) também evita a formação de pontos onde poderiaminstalar-se focos de microorganismos cuja proliferação causaria a infectação do fluido de corte. Figura 5 - Remoção de cavacos 5.0 - Classificação dos fluidos de corte Não há um consenso a respeito da classificação dos fluidos de corte. Aqui apresentamos a classificação segundo Stemmer,1995. O termo "Meios lubrirefrigerantes", usado pelo referido autor é mais abrangente e se refere a qualquer substância (ou mistura) usada para lubrificar e/ou refrigerar uma operação de corte. 8
  • 9. Os meios lubri-refrigerantes são classificados em 4 grupos, de acordo com as substâncias (ou misturas) que os compõem: · Meios lubri-refrigerantes miscíveis com a água (Ex.: Soluções aquosas e Emulsões); · Meios lubri-refrigerantes não miscíveis com a água (Ex.: Óleos graxos e Óleos minerais); · Gases e névoas; · Sólidos (Ex.: Bissulfeto de Molibidênio (MoS2)). 6.0 - Qualidades e propriedades dos fluidos de corte – Aditivos Os fluidos de corte são modificados com aditivos - compostos químicos que melhoram propriedades inerentes aos fluidos ou lhes atribuem novas características. Em geral, esses aditivos caem em uma das duas classes: (1) aqueles que afetam uma propriedade física, como viscosidade; (2) aqueles cujo efeito é puramente químico, como anticorrosivos e antioxidantes. Por exemplo, óleos com aditivos de extrema pressão (EP) são compostos de enxofre, cloro ou fósforo, que reagem em altas temperaturas (200 a 1000oC), formando na zona de contato sulfetos, cloretos ou fosfetos, constituindo uma película anti-solda na face da ferramenta e assim, minimizando a formação do gume postiço. As qualidades exigidas variam de acordo com a aplicação e, às vezes, são até contraditórias. Não existe um fluido de características universais, que atende a todas as exigências. No desenvolvimento de meios lubri-refrigerantes, a melhoria de certas qualidades, por exemplo pelo uso de aditivos, induz frequentemente a piora de outras. Daí a necessidade do estudo de cada caso por especialistas, para a seleção do tipo de lubri-refrigerante mais adequado. Em adição às propriedades de lubrificar e refrigerar, os fluidos de corte devem ter ainda as seguintes: · propriedades anticorrosivas; · propr. Antiespumantes; · propr. Antioxidantes; · compatibilidade com o meio-ambiente; · propriedades de lavagem; · alta capacidade de absorção de calor; · alta capacidade de umectação; · boas propriedades antidesgaste; · boas propriedades antisolda ou EP; · estabilidade durante a estocagem e o uso; · ausência de odor forte e/ou desagradável; · ausência de precipitados sólidos ou outros de efeito negativo; 9
  • 10. · viscosidade adequada; · transparência, se possível. Segue abaixo uma tabela (figura 6) comparativa de algumas características gerais dos 3 principais tipos de fluidos de corte. Figura 6 – Tipos de fluidos de corte 7.0 - Critérios De Seleção Escolher o fluido de corte ideal para cada situação é tão complexo quanto escolher o material e o tipo da ferramenta. Para isso, é fundamental conhecer amplamente o processo de produção. O engenheiro deve ter claro qual é o objetivo a ser alcançado com o uso do fluido: maior produção, mais vida de ferramenta ou precisão dimensional para citar alguns. São muitos os fatores que influenciam a escolha de um fluido de corte. Aqui são citados os mais comuns: -Processo de Usinagem; -Máquina-Ferramenta utilizada; -Produção (diversidade de produtos e matérias); -Análise Econômica; -Operadores e Meio Ambiente; -Recomendações dos Fabricantes. 8.0 - Problemas comuns no uso de fluidos de corte "O manuseio incorreto, por exemplo, pode gerar resultados desagradáveis que vão desde problemas no processo de fabricação e ataques à saúde dos operadores até o descarte prematuro deste produto." GAINER, 1993. O uso de meios lubri-refrigerantes 10
  • 11. exige cuidados especiais na sua manipulação, manutenção, transporte e armazenagem, para que possam ser superados os problemas expostos a seguir. Corrosão de peças e/ou da máquina:Presença de água nas soluções e emulsões pode acelerar um processo de corrosão (usar aditivos anticorrosivos). Infectação por bactérias:O crescimento de bactérias pode resultar em odores ofensivos, manchas nas peças e máquinas, problemas com filtros e clarificadores e redução da vida do fluido de corte (principalmente emulsões e óleos). Sujeiras e impurezas:Partículas metálicas, óleos hidráulicos e de lubrificação da máquina e maus hábitos de higiene dos operadores podem tanto prejudicar as peças, ferramentas e máquinas quanto reduzir a vida do fluido de corte. Risco de incêndio:Fluidos integrais podem entrar em combustão. É necessário atenção às condições de corte e à formulação do óleo. Também metais como o Magnésio podem provocar ignição quando em contato com a água. Assim, não se usam soluções ou emulsões com o magnésio. Ataque à saúde:Névoas de óleo podem irritar a pele e as vias respiratórias. O contato frequente da pele com fluidos de corte (principalmente os que contém óleo na composição) pode resultar numa variedade de problemas de pele, havendo diferentes mecanismos de ataque e com diferentes manifestações (recomenda-se hábitos de higiene constantes e cremes protetores para a pele). Poluição do Meio-Ambiente:Um litro de óleo pode tornar impróprio para o uso um milhão de litros de água potável. Por esse e muitos outros motivos é necessária total atenção ao tratamento e destino do fluido de corte usado. Podemos citar algumas das práticas incorretas no descarte de fluidos de corte são: · Manejo inadequado; · Ausência de tratamento; · Armazenagem inadequada; · Transporte impróprio; · Entrega a receptores não autorizados; · Disposição de resíduos em local não autorizado. 11
  • 12. Figura 7 - Resíduos de Fluidos de Corte 12
  • 13. 9.0 – CONCLUSÃO No estudo realizado, estudamos os tipos de fluidos de corte utilizados nos processos de usinagem, vimos o quão importante é o uso dessa solução refrigerante e lubrificante, onde suas principais funções são diminuir o atrito entre a ferramenta de corte com material da peça e controle da temperatura da região de trabalho (ferramenta x peça). Com isso, o processo obtêm uma melhor harmonia entre os componentes, como por exemplo: diminui a emissão de ruídos; melhor acabamento da operação; aumenta vida útil da ferramenta; diminui o risco da mudança das propriedades mecânicas da peça; entre outros. É importante ressaltar que dependendo do material e tipo de operação que será realizado, devemos realizar um estudo e definir qual o melhor tipo de fluido para esse caso, visto que com o emprego de aditivos podemos manipular e controlar as propriedades desejados do fluido, como a viscosidade ou capacidade e transferência térmica, aumentando a sua qualidade e produtividade. Também não podemos deixar de se preocupar com o manuseio e descarte desse líquido, uma vez que possui diversas substancias prejudiciais a sua do colaborador e ao meio ambiente. 13
  • 14. BIBLIOGRAFIA 1.0 - CENTRO DE INFORMAÇÃO METAL MECÃNICA. Santa Catarina. Apresenta informações tecnológicas e comerciais em fabricação mecânica. Disponível em: http://www.cimm.com.br; 2.0 – APOSTILA USINAGEM. UFMT - Apostila utilizado na disciplina de Usinagem, curso de Engenharia Mecânica. FATEC – Tecnologia e Mecânica de Fabricação, Profº Paulo E. L. de Moraes, 2009. 14