01 fluidos de corte

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01 fluidos de corte

  1. 1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA EMC 5202 – Usinagem dos Materiais Prof. Lourival Boehs FLUIDOS DE CORTE Acadêmicos 1. Douglas Saito Melo – 07244005 2. Louise Novello Bätzner – 07139034 3. Marcelo Reami Salati – 06139063 Florianópolis, Setembro de 2010
  2. 2. Resumo: Em comparação ao todo que a usinagem abrange, fluidos de corte correspondem a uma pequena parcela, que possuem uma extensa lista de variáveis atualizadas a todo o momento devido ao estudo e tecnologia envolvidos nesta área. Com a finalidade de compreender a gama de aplicação dos fluidos de corte, é preciso analisar em que momento é vantajosa a utilização destes fluidos e saber avaliar os diversos tipos existentes hoje na indústria e o modo de atuação de cada um no processo de usinagem desejado. Além das qualidades desejadas para a aplicação, deve-se pensar nas conseqüências da escolha do fluido, sobre como se dará a sua manutenção e quais os impactos ambientais envolvidos em seu descarte. Palavras-chave: fluidos de corte, usinagem, lubrificação, arrasto de cavaco, refrigeração. Figura 1. Fluidos de corte comerciais. Fonte: Newman Tools, Inc. (www.newmantools.com)
  3. 3. SUMÁRIO INTRODUÇÃO 1. JUSTIFICATIVA DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE 2. FLUIDOS DE CORTE 2.1) Funções 2.2) Propriedades desejáveis a um fluido de corte 3. TIPOS DE FLUIDOS DE CORTE E SUAS CARACTERÍSTICAS 3.1) Miscíveis com água 3.2) Não miscíveis com água 3.3) Gases e névoas 3.4) Sólidos 4. SISTEMAS DE APLICAÇÃO 4.1) Sistemas de circulação de fluidos de corte 4.2) Formas de aplicação 4.3) Aplicação em processos 5. CRITÉRIOS DE SELEÇÃO 5.1) Material da peça 5.2) Material da ferramenta 5.3) Processo de usinagem 5.4) Tipo de máquina 6. MANUTENÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE 6.1) Armazenagem 6.2) Preparação 6.3) Tratamento 6.4) Descarte 7. ASPECTOS NOCIVOS DOS FLUIDOS DE CORTE 7.1) Impactos ao ser humano 7.2) Impactos ambientais relacionados aos fluidos de corte 8. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE USINAGEM 8.1) Usinagem a seco 8.2) Corte com mínima quantidade de fluido 8.3) Fluidos de corte biodegradáveis 9. FORNECEDORAS NO BRASIL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 4 5 6 6 7 9 9 14 16 16 17 18 19 21 25 25 27 28 30 32 34 34 34 38 40 40 41 43 43 44 46 47 49
  4. 4. INTRODUÇÃO É visível a dificuldade de se encontrar atualmente algum tipo de componente utilizado na indústria que não tenha passado, em algum estágio de fabricação, por processos de usinagem. Assim, torna-se essencial a obtenção de conhecimento acerca das variáveis que afetam diretamente o processo. Nessas variáveis encontram-se algumas de extrema importância, entre elas pode-se citar a temperatura de usinagem, a qual depende diretamente do atrito gerado pelo conjunto peça-ferramenta. Nesse contexto, para que se avalie o desempenho global obtido é preciso definir um conceito de usinabilidade. Uma definição bastante simples, porém pertinente, é aquela que faz consideração à interação existente entre o material da peça, a ferramenta e o fluido de corte. Com o intuito de controlar a temperatura de forma eficiente, melhorando o processo e seu custo-benefício, as pesquisas sobre fluidos de corte (lubrificantes e refrigerantes) são cada vez mais intensas. Mas atualmente, face à grande tendência de preocupação ambiental, a utilização dos fluidos de corte tem sido bastante questionada. Embora tenham significativa importância dentro da maioria dos processos de produção, os fluidos de corte apresentam-se como um dos principais agentes nocivos ao homem (operador e meio ambiente). Como conseqüência, em especial da forma incorreta de descarte e não reciclagem que agridem o meio ambiente, os órgãos de legislação ambiental têm exigido, através da imposição de leis ambientais rigorosas, a restrição de sistemas que provocam tais problemas. Além disso, grande atenção tem sido dada aos custos envolvidos no processo de aplicação de fluidos de corte. Suas principais funções são: redução do atrito (lubrificação), redução do calor (refrigeração) e auxílio ao transporte de cavacos (limpeza). 4
  5. 5. 1. JUSTIFICATIVA DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE Atrito e temperatura de corte Durante os processos de usinagem, a retirada de material através da penetração da ferramenta de corte na peça gera calor na interface peça/ cavaco/ ferramenta devido ao atrito, à deformação plástica e ao cisalhamento de material ocorridos. As temperaturas geradas dependem diretamente das condições de corte empregadas (como velocidade de corte, avanço e profundidade de usinagem) e da utilização de fluido de corte. Porém, de uma maneira geral, a temperatura é afetada principalmente pela velocidade de corte: estima-se que 80% do calor tenha origem pela deformação mecânica do cavaco, 18% pelo atrito do cavaco na saída da superfície da ferramenta e somente 2% é gerado pelo atrito da ferramenta com a peça (Yuhara, 2001). A temperatura gerada pode ser excessivamente alta, comprometendo, assim, o tempo de vida da ferramenta e podendo trazer alterações dimensionais à peça. Por exemplo, a temperatura na zona de cisalhamento do material pode chegar a variar entre 900º e 1300ºC na usinagem de aço utilizando ferramenta de metal duro, de acordo com Yuhara (2001). Ademais, sabe-se que a maior parte da energia utilizada para o cisalhamento do material é convertida em calor, sendo que, desta, cerca de 75% é removida pelo cavaco – os 25% restantes são distribuídos entre a peça, a ferramenta e o meio (Yuhara, 2001); sendo que um maior foco deve ser dado à elevação da temperatura da ferramenta. Esta geralmente possui dimensões menores que a peça sendo usinada, e absorve aproximadamente quatro vezes mais energia térmica durante o processo. Alguns dos mecanismos mais importantes ativados pelo aquecimento excessivo da ferramenta são: a deformação plástica superficial causada pelo cisalhamento a altas temperaturas, a deformação plástica da aresta de corte sob tensões de compressão, a difusão e a formação de trincas térmicas. A energia desprendida com o cavaco não traz problemas ao processo (exceto os riscos para a segurança do operador, que podem facilmente ser contornados) e porque a quantidade de calor que flui para a peça não é significativa. A introdução de fluidos de corte, por sua habilidade de reduzir significativamente o atrito de corte, refrigeração e arraste de cavaco auxilia na implementação de maiores velocidades de corte e maior produtividade, e ainda impacta positivamente na durabilidade da ferramenta. 5
  6. 6. 2. FLUIDOS DE CORTE 2. 1) Funções a) Refrigeração A refrigeração da ferramenta é considerada a principal função dos fluidos de corte quando utilizadas altas velocidades de corte, caso em que ocorre a máxima solicitação mecânica da ferramenta e a temperatura do gume se aproxima do ponto de amolecimento (Stemmer, 2005). Dessa forma, quando refrigeradas, o tempo de vida das ferramentas é aumentado, pois se previne que estas atinjam sua temperatura crítica – que afetaria características físicas e químicas. Também há aumento da precisão dimensional. Para eliminar eficientemente o calor, é desejável que o fluido apresente baixa viscosidade (para melhor penetrar na interface), boa molhabilidade (capacidade de molhar a superfície sólida em contato) e altos valores de condutividade térmica e calor específico (para armazenar e conduzir o calor a taxas altas). b) Lubrificação A redução do atrito na interface peça/ cavaco/ ferramenta acaba, também, por reduzir a produção de calor na mesma. Porém, uma vez que apenas cerca de ¼ do calor da usinagem é produzido pelo atrito, a lubrificação é considerada função secundária dos fluidos de corte. Entretanto, indiretamente, a lubrificação reduz o trabalho de dobramento do cavaco (Stemmer, 2005). Também, em virtude das elevadas pressões de contato das interfaces (da ordem de 2700 MPa) é difícil formar uma camada de fluido de espessura suficiente para lubrificação, e a real eficácia dessa função é discutível (Stemmer, 2005). A situação gerada é a de lubrificação limite, quando a película do lubrificante apresenta espessura molecular (Vieira, 2010). Assim, pode ocorrer soldagem momentânea entre as superfícies em contato. Logo, um fluido lubrificante deve resistir a altas temperaturas e pressões, possuir boas propriedades anti-aderentes e viscosidade adequada (deve ser alta o suficiente para aderir às superfícies e relativamente baixa para melhor penetrar na interface). 6
  7. 7. c) Transporte de cavacos O cavaco deve ser retirado da área de corte da usinagem para não comprometer o acabamento da peça, danificar a ferramenta ou mesmo impedir a usinagem. A remoção do cavaco pode ocorrer por esforço mecânico (literalmente arrastando o cavaco quando flui pela região usinada); por resfriamento brusco, que fragiliza o material (facilitando a quebra do cavaco) ou por alta pressão do jato de fluido na área de corte (atuando como quebra cavaco). O transporte de cavacos como função do fluido de corte é especialmente útil em furação, destacando a furação profunda e com brocas canhão (Stemmer, 2005). Em função semelhante ao transporte de cavaco, fluidos de corte podem também ser aplicados para prevenir a formação de gume postiço, através da aplicação de fluidos com aditivos de extrema pressão na superfície de saída da ferramenta. d) Proteção contra a corrosão Para evitar corrosão, um fluido deve prevenir que o metal entre em contato com umidade e oxigênio, através da formação de uma película protetora; pois metais ferrosos recém usinados tendem a oxidar rapidamente, uma vez que qualquer camada de proteção que possuam previamente é removida ou alterada durante o corte. Caso o fluido de corte utilizado seja água ou à base desta, misturam-se aditivos anticorrosão ou óleos emulsificadores. 2.2) Propriedades desejáveis a um fluido de corte Além das funções já apresentadas, o fluido de corte deve ter ainda algumas qualidades acessórias. As qualidades exigidas variam com a aplicação, não existindo um fluido com características universais, o qual atenda a todas as exigências de qualquer processo de usinagem em qualquer condição. O acréscimo de certos aditivos, por exemplo, melhora algumas qualidades do fluido, porém, piora outras. Dessa forma, o constante estudo sobre cada caso torna-se imprescindível para a seleção do fluido mais adequado para o processo e as condições em que se está trabalhando. Alguns exemplos de qualidades adicionais que os fluidos de corte devem apresentar estão listados a seguir: 7
  8. 8. • Prevenção contra soldagem cavaco/ ferramenta • Redução do consumo de energia, força e potência necessárias ao corte • Prevenir a formação e/ou eliminar o gume postiço • Limpeza da superfície de saída • Resistência a infecção por fungos ou bactérias • Não ser nocivo a saúde • Facilidade de preparação e manutenção • Não atacar metais, plásticos, borrachas ou outras peças da máquina • Boa transparência, para não impedir a visibilidade do processo • Baixa inflamabilidade • Não afetar ou poluir o meio ambiente • Não ter odor desagradável • Boa molhabilidade e resistência a altas pressões • Boa filtrabilidade • Não formar espuma 8
  9. 9. 3. TIPOS DE FLUIDOS DE CORTE E SUAS CARACTERÍSTICAS 3.1) Miscíveis com água A água é o mais eficiente condutor de calor, ideal para operações de altas velocidades e temperaturas, porém suas características corrosivas e de baixo efeito lubrificante limitam o seu uso. Para melhorar suas qualidades são usados aditivos. Dentre os fluidos miscíveis com água encontram-se as chamadas soluções aquosas (sintéticos), e as emulsões (semi-sintéticos e óleos solúveis). a) Sintéticos Figura 2. Aplicação de fluido sintético operação com serra fita. Fonte: Metal Sawing Technology, Inc (http://www.houstonhydmechsawservice.com/hydmech_service.cfm) Fluidos sintéticos não possuem óleo mineral ou derivados de petróleo. Eles foram introduzidos no final dos anos 50 (Iowa, 2003). Consistem geralmente de elementos químicos lubrificantes e inibidores de corrosão dissolvidos em água. Assim como os óleos solúveis, os fluidos sintéticos são fornecidos como um concentrado que se mistura na água para formar o fluido. Por causa da sua capacidade de resfriamento, sintéticos são preferidos para operações de alta temperatura e alta velocidade. Esses fluidos também são desejáveis quando se necessita de um fluido transparente e que forma pouca espuma. Hoje em dia, com o avanço da tecnologia de fluidos de corte, os fluidos sintéticos podem ser utilizados na maioria das operações de corte. 9
  10. 10. Os seguintes agentes químicos podem ser encontrados na maioria de fluidos sintéticos (Iowa, 2003): • Aminas e Nitratos para proteção contra ferrugem; • Nitratos; • Fosfatos e boratos para reduzir a dureza da água; • Sabões e agentes molhantes para aumentar a lubrificação; • Compostos fosforosos, cloros e enxofre (aditivos de extrema pressão). Vantagens dos sintéticos: • Excelente controle microbiótico; • Não inflamável, não produz fumaça e pouco tóxico; • Qualidade refrigerante superior; • Maior estabilidade quando misturado à água dura; • Pouca formação de névoa e espuma; • Os sintéticos são facilmente separados da peça, facilitando a limpeza e manuseio; • Perde-se menos fluido, pois este não adere tanto à ferramenta e ao cavaco; Desvantagens dos sintéticos: • Tem lubricidade muito limitada; • Podem lavar o filme lubrificante de guias e mancais; • Podem causar irritação de pele; • Controvérsia em relação as nitrosaminas. (Sob certas condições de pH e de temperatura, as misturas de alcanolaminas com nitritos, podem formar nitrosaminas, que injetadas em animais tem mostrado efeitos cancerígenos) (Stemmer, 2005). Apesar dos sintéticos apresentarem menos problemas que os fluidos à base de óleo, uma agitação muito forte pode causar a formação de espuma e névoas. Fluidos sintéticos são facilmente contaminados por outros fluidos e precisam ser constantemente monitorados e cuidados para que possa ser utilizado com eficiência. Os sintéticos, porém, podem ser aditivados com agentes “molhantes”, que evitam problemas com as guias e outras partes móveis da máquina. Podem também ser 10
  11. 11. usados aditivos de extrema pressão (EP) que permitem seu uso em operações difíceis (Stemmer, 2005). No geral, os fluidos sintéticos são de fácil manutenção e tem bom tempo de vida, e podem ser utilizados em uma grande variedade de processos de usinagem. Se adicionadas pequenas quantidades de óleo para melhorar as qualidades lubrificantes, têm-se os fluidos semi-sintéticos. b) Semi-Sintéticos Figura 3. Aplicação de fluido de corte semi-sintético. Fonte: Eastopet (http://www.eastopet.com/semi_synthetic_cutting_oil.html). Semi-sintéticos (também conhecidos como fluidos semi-químicos) são essencialmente um híbrido de óleos solúveis e fluidos sintéticos. Eles contêm pequenas dispersões de óleo mineral, geralmente de 2 a 30% em um composto que se dilui em água (Iowa, 2003). O restante do composto consiste em emulsificadores e água. Agentes molhantes, inibidores de corrosão e biocidas também compõe o concentrado. Fluidos semi-sintéticos podem variar de quase opacos até quase transparentes, isto é causado por pequenos glóbulos de óleos que ficam suspensos, alterando a quantidade de luz refletida e refratada. A maioria dos semi-sintéticos é sensível ao calor e as moléculas de óleo tendem a se agrupar ao redor da peça durante a usinagem fornecendo maior lubrificação. Vantagens dos Semi-Sintéticos: assim como sintéticos, semi-sintéticos são adequados para inúmeros tipos de processos de usinagem e são mais fáceis de cuidar que óleos solúveis. Esses fluidos fornecem uma boa lubrificação para trabalhos de média e grande dificuldade. Suas propriedades de resfriamento também são melhores 11
  12. 12. do que os óleos solúveis em geral, permitindo ao usuário cortar em velocidades maiores. São menos viscosos que um óleo solúvel. Os fluidos semi-sintéticos também são eficientes contra o desenvolvimento bactérias, geram pouca fumaça e névoa de óleo. Sua vida útil é maior e possuem uma boa proteção contra corrosão (Iowa, 2003). Desvantagens dos Semi-Sintéticos: a dureza da água afeta a estabilidade de semisintéticos podendo causar a formação de depósitos de água dura. Os semi-sintéticos formam espuma facilmente devido aos seus aditivos de limpeza e geralmente oferecem menos lubrificação do que os óleos solúveis (Iowa, 2003). c) Emulsões Figura 4. Aplicação de uma emulsão em processo de furação. Fonte: Direct Industry (http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/cutting-oil-62071.jpg) São também conhecidas como óleos solúveis em água. São formadas de 60 a 90% de óleo, emulsificadores e outros aditivos (Iowa, 2003). Um concentrado é misturado com água para formar o fluido de corte. Quando misturados, emulsificadores causam a dispersão do óleo na água formando uma solução estável de água-óleo. Os emulsificadores também provocam a adesão do óleo na peça durante a operação. Partículas emulsificadoras refratam a luz, fazendo com que o fluido apresente uma aparência opaca e leitosa. Os principais agentes emulsificadores usados são sabões, sulfatos e sulfonatos (Stemmer, 2005). 12
  13. 13. Vantagens dos óleos solúveis: óleos solúveis possuem uma boa capacidade de resfriamento e lubrificação devido à mistura da água e óleo. Esses óleos tendem a deixar uma película protetora de óleo nas peças da máquina. Estes fluidos são ideais para trabalhar com metais ferrosos e não ferrosos de dificuldade de trabalho leve e médio. Embora não lubrifiquem tão bem quanto os óleos integrais, agentes molhantes e aditivos de extrema pressão (tal como cloro, fósforo ou compostos sulfurosos) podem estender o seu uso para operações de maior dificuldade, como o brochamento e fresagem por geração de engrenagens. A maioria dos cortes que utilizam óleos integrais como fluido podem ser realizados utilizando óleos solúveis com aditivos (Iowa, 2005). Desvantagens dos óleos solúveis: a presença de água torna os óleos solúveis mais perecíveis e susceptíveis à perda por evaporação. A presença da água pode também acarretar em problemas de corrosão e de proliferação de bactérias, porém os óleos solúveis são geralmente formulados com aditivos que fornecem proteção contra corrosão e que inibem a proliferação de bactérias. Outras desvantagens dos óleos solúveis são: • Elevados custos de manutenção para preservar as características desse tipo de fluido; • Constante controle da quantidade de óleo nas emulsões, pois mais óleo que água se adere aos cavacos e a peça acabada. • Quando misturados com água dura, óleos solúveis podem formar precipitados nas peças, ferramentas e máquinas; • Dos fluidos miscíveis em água, os óleos solúveis são os mais difíceis de limpar após o seu uso devido justamente ao óleo; • Formação de névoa provocando um ambiente de trabalho inseguro e sujo. Em virtude dessas desvantagens, óleos solúveis estão sendo substituídos cada vez mais por fluidos de corte sintéticos e semi-sintéticos. Em comparação com os óleos integrais, tanto as soluções como as emulsões têm custo inicial baixo, mas em virtude de sua vida limitada, exigem despesas mais elevadas de controle, manutenção e descarte (Stemmer, 2005). 13
  14. 14. 3.2) Não-miscíveis com água a) Óleos integrais Figura 5. Aplicação de óleo integral. Fonte: Todays Machining World (http://www.todaysmachiningworld.com/how-it-works-cuttingfluids/). São chamados de óleos integrais pois não possuem água na sua composição. Podem ser classificados em: óleos minerais, óleos graxos, óleos mistos e óleos com aditivos. Como regra geral, todos óleos integrais apresentam baixa capacidade de refrigeração e alta capacidade de lubrificação se comparados com os fluidos miscíveis em água. Óleos minerais puros: apresentam uma boa proteção contra corrosão, porém sua capacidade de lubrificação é limitada em condições de extrema pressão. São utilizados para operações leves, e se mantidos limpos, podem ser usados por longo tempo. Óleos Graxos: óleos formados de longas cadeias de carbono com extremos polarizados que aderem fortemente nas superfícies. São bons lubrificantes até em condições de extrema pressão. Com o tempo, se rancificam (decompõem), apresentando um odor desagradável. São usados tanto óleos de origem animal quanto vegetal, tais como óleo de baleia, banha, óleo de soja, etc. Óleos Mistos: mistura de óleos graxos e óleos minerais. Possuem uma boa molhabilidade e propriedades lubrificantes. Porém, em temperaturas acima de 150ºC esses óleos perdem seu efeito lubrificante. Por isso são empregados em operações de difícil usinagem de baixas velocidade e temperatura, onde se exige com acabamento superficial, como em usinagem de latão, alumínio e cobre. Estes óleos não mancham 14
  15. 15. os metais, mas tem pouca resistência ao envelhecimento, produzindo odores desagradáveis. Aditivos estão sendo aperfeiçoados para evitar estes inconvenientes. Óleos com aditivos EP: aditivos servem para melhorar propriedades de um óleo, geralmente não são necessários para cortes de pequena dificuldade. Quando existem elevadas forças de corte, são utilizados estes aditivos de extrema pressão (EP), compostos por enxofre, cloro e compostos fosforosos que aumentam a habilidade do óleo de revestir a ferramenta de corte e a peça, formando na zona de corte sulfetos, cloretos ou fosfetos, constituindo uma película anti-solda na face da ferramenta e assim, minimizando a formação do gume postiço (Stemmer, 2005). Vantagens dos óleos integrais: a principal vantagem dos óleos integrais é a sua capacidade de lubrificação. São bons para cortes de baixa velocidade que exigem acabamentos mais finos. Apesar do seu alto custo, os óleos integrais são aqueles que proporcionam uma conservação prolongada para a ferramenta. Eles também fornecem uma boa proteção contra a corrosão, podem ser mantidos em reservatórios por períodos longos e são de fácil manutenção. Desvantagens dos óleos integrais: as desvantagens dos óleos integrais incluem a dificuldade em dissipar calor e o alto risco de fogo. Esses fluidos podem gerar névoa e fumaça nocivas à saúde do operador, resultando em um ambiente de trabalho inseguro principalmente quando as máquinas de corte não possuem proteção ou sistema de ventilação adequada. Óleos integrais geralmente são utilizados apenas para o corte de baixa velocidade e temperatura. A película formada sobre a peça atrapalha a limpeza, necessitando a utilização de solventes de limpeza (Iowa, 2003). A tabela abaixo mostra as diferentes características obtidas com os diversos tipos de fluido, de acordo com a classificação apresentada. Tabela 1. Tipo de fluido versus qualidade obtida 1 = Ruim; 2 = Bom; 3 = Ótimo; 4 = Excelente. Sintético Calor removido 4 Lubrificação 1 Manutenção 3 Filtrabilidade 4 Danos ambientais 4 Custo 4 Semi-sintético 3 2 2 3 3 3 Óleo solúvel 2 3 1 2 2 2 Óleo mineral 1 4 4 1 1 1 Fonte: Webster (2005), citado em Thomé (2006). 15
  16. 16. 3.3) Gases e névoas Entre os fluidos gasosos utilizados, o ar é o mais comum. O ar comprimido é utilizado para melhorar a retirada de calor e expulsão do cavaco da zona de corte. Por terem menor viscosidade, os fluidos gasosos têm maior capacidade de penetrar até a zona ativa da ferramenta. Em alguns casos específicos, são utilizados para a refrigeração e proteção contra oxidação gases como o argônio, hélio, nitrogênio e dióxido de carbono, porém, é uma aplicação de alto custo. Em operações de mecânica de precisão, usinagem de alta velocidade e em QMFC, névoas e gases são usados. QMFC (quantidade mínima de fluido de corte) é um termo empregado para sistemas de névoa onde o consumo na operação permanece abaixo de 50 ml/h de fluido de corte. Nesse tipo de aplicação o fluido é disperso na forma de spray sobre a região que se quer refrigerar ou lubrificar. As vantagens deste sistema são o menor consumo de óleo, o que reduz os custos e os impactos ao meio-ambiente, melhor visibilidade, melhora da vida da ferramenta. Mas em contrapartida, a capacidade de lubrificação e refrigeração são limitadas e se faz necessário um sistema de exaustão. 3.4) Sólidos Ceras, pastas, sabão, banha de porco, grafite e Bissulfeto de Molibdênio são os mais comuns. São geralmente aplicados diretamente na peça ou ferramenta. A pasta de Bissulfeto de Molibdênio (MoS2) pode ser aplicada na superfície de saída da ferramenta com um pincel. Pelas suas características lubrificantes em condições de extrema pressão, tem dado excelentes resultados (Stemmer, 2005). 16
  17. 17. 4. SISTEMAS DE APLICAÇÃO Segundo Stemmer (2005), a forma de aplicação dos fluidos de corte tem influência ponderável no sucesso da sua utilização e suas variáveis são: volume, pressão, velocidade dos jatos, ângulo de impacto, forma e número de bocais. Em geral, basta uma adução abundante, sob mínima pressão, dirigida adequadamente para a região de corte. Importante que o meio lubri-refrigerante seja aplicado antes e não depois do início do processo de usinagem. Não deve haver, também, interrupção na adução, por qualquer que seja o motivo. Sales et al. (2001) afirmam que quando um fluido de corte é aplicado, ele pode trazer benefícios, não interferir ou até ser danoso ao processo, dependendo das condições de corte, material da peça e da ferramenta. Aplicações onde os fluidos de corte oferecem benefícios: • Corte com ferramentas de baixa dureza, como aços para alta velocidade (furação, alargamento, fresamento, roscamento); • Operações onde a aspereza e/ou a tolerância dimensional é estreita; • Na furação de materiais que geram cavacos descontínuos; • Cortes contínuos de qualquer metal usando ferramentas de metal duro. Aplicações onde o fluido de corte não interfere no processo (em termos do tempo de vida da ferramenta): • Usinagem de ferro fundido cinzento (com exceção da furação), ligas de magnésio e de alumínio; • Usinagem de materiais plásticos ou resinas. Aplicações onde o fluido de corte é danoso: • Usinagem com ferramentas de cerâmica; • Cortes interrompidos com ferramentas de metal duro; • Usinagem de materiais endurecidos. 17
  18. 18. 4.1) Sistemas de Circulação de Fluidos de Corte Sistemas de circulação têm como objetivo o armazenamento do fluido, transporte dos mesmos até os pontos de aplicação e de volta ao tanque, além de sua refrigeração e clarificação. Possui como componentes reservatórios, bombas, tubulações, refrigeradores, dispositivos de clarificação, entre outros. O sistema pode ser: • Individual: quando atende a apenas uma máquina; • Coletivo: quando atende a várias máquinas; • Centralizado: também atende a várias máquinas, porém, possui uma série de vantagens como, entre outras: vida mais longa dos fluidos de corte; inspeção e manutenção mais eficiente; economia de espaço; eliminação e despejo simplificado. Como desvantagens o sistema apresenta, dentre outras: propriedades do fluido devem ser baseadas na máquina em que ocorre o processo de usinagem mais difícil; investimentos mais elevados; em caso de falha, todas as máquinas ligadas ao sistema devem ser desligadas. Figura 6. Esquema de um sistema de circulação de fluidos de corte. Fonte: Occupational Safety and Health Administration (OSHA.gov). 18
  19. 19. 4.2) Formas de Aplicação a) Aplicação Manual A aplicação manual consiste simplesmente em um operador usando um recipiente, como um galão de óleo, aplicando o fluido de corte na ferramenta de corte/peça. Embora esta seja a mais fácil e mais barata maneira de aplicar o fluido, possui um limite de uso nas operações de usinagem e é freqüentemente estorvado por inconsistências na aplicação. (Iowa, 2003). Figura 7. Aplicação manual de fluido de corte. Fonte: LPS Labs (http://www.directindustry.es/prod/lps-laboratories/fluido-de-corte-de-agua11942-266793.html) b) Aplicação por Jatos A aplicação por jatos entrega fluido na interface ferramenta/peça por meios de tubos, mangueiras ou sistema de esguicho. O fluido é direcionado sob pressão à interface peça/ferramenta de maneira que produz máximos resultados. Pressão, direção e tamanho do jato de fluido devem ser regulados para alcançar ótima performance (Iowa, 2003). 19
  20. 20. Figura 8. Aplicação do fluido de corte por jatos. c) Aplicação por Atomização, Pulverização através de Névoa (“Mist”) O aspecto mais importante por trás da atomização é a redução de resíduos. Nessa forma de aplicação, o fluido é atomizado, geralmente com ar comprimido, e é direcionado à interface de corte por meio de esguichos. Devido ao fato de o fluido ser aplicado em baixíssimas taxas, boa parte ou quase a totalidade do fluido utilizado é levado junto com a parte. Isto elimina a necessidade de coletar o fluido enquanto se está aplicando fluido para lubrificação, prevenção contra corrosão, e uma limitada quantidade de refrigeração. Graças à baixa taxa de aplicação, o refrigerante não pode ser usado para transportar cavacos, significando que métodos alternativos para retirada dos mesmos deve ser implementada. No entanto, os cavacos que são retirados devem 20
  21. 21. possuir um valor mais alto visto que não estão contaminados com grandes quantidades de fluidos (Hasib). Este tipo de aplicação requere uma ventilação adequada para proteger o operador da máquina-ferramenta. A pressão e a direção da corrente de névoa também são cruciais para o sucesso da aplicação (Iowa, 2003). Figura 9. Esquema de um sistema de aplicação de fluido de corte por atomização. Fonte: IJMNE vol. 10 nº4. 4.3) Aplicação em Processos a) Retificação Para Ebbrell et al. (1999), citado por Catai et al. (2003), a aplicação correta dos fluidos na região de corte é de grande importância, pois possibilita o aumento da capacidade de sua lubrificação e refrigeração e promove a remoção de cavaco mais facilmente. De acordo com Catai et al. (2003), as formas de aplicação dos fluidos devem ser estudadas para cada operação, desde o posicionamento do bico de saída de fluido em relação à superfície da peça, o que influencia significativamente sua rugosidade final, até seus diâmetros e formas internas e externas. Para bicos arredondados especiais, o ideal é que eles possuam superfícies côncavas, a fim de minimizar a ocorrência de 21
  22. 22. queda de pressão e turbulências ocasionadas durante a passagem e a saída do fluido de corte do bocal. Figura 10. Bico tradicional de saída de fluido. Figura 11. Bico especial arredondado de saída de fluido - minimiza a queda de pressão e a turbulência. Fonte: Catai et al, 2003. O principal obstáculo para a aplicação correta dos fluidos de corte é a barreira de ar a ser suplantada, resultado da própria rotação do rebolo. Isto pode ser efetuado aplicando-se o fluido de corte a uma velocidade igual à velocidade periférica do rebolo. Entretanto, um projeto inadequado do bico de aplicação de fluido e das tubulações leva à dispersão do jato de fluido durante a tentativa de aumentar a sua velocidade de saída. O desempenho dos fluidos de corte será aumentado se todo o sistema de aplicação (bomba, projeto do bico e tubulações) for otimizado. Reduzindo ou eliminando o efeito da camada de ar, além de se conseguir utilizar uma quantidade menor de fluido no processo, principalmente quando se trabalha com retificações de altas velocidades de corte, é possível diminuir as forças de corte em até 60% e a rugosidade, em até 20% (Ramesh et al., 2001 apud Catai et al., 2003). b) Torneamento Com um volume mais amplo possível, aplica-se o fluido por cima do gume, sem pressão, para evitar que os cavacos mudem a direção do jato e o local de trabalho seja inundado. O volume mínimo recomendável é da ordem de 5 l/min por kW de potência de corte. O tubo de saída do fluido deve ter um diâmetro de ao menos ¾ da largura da ferramenta. Sua boca deve ser dirigida diretamente sobre o gume e estar situada tão próxima quanto possível do mesmo. Em cortes pesados, deve-se aplicar um jato por baixo do gume com alguma pressão, além do jato por cima. 22
  23. 23. Figura 12. Corte pesado com inserção dupla de jato de fluido. Fonte: Fox Valley Technical College. c) Fresamento Dois esguichos devem ser usados sempre que possível em operações de fresamento. Um esguicho na frente da ferramente e outro atrás. Juntos eles refrigeram a peça e a ferramenta, além de arrastarem o cavaco (Fox Valley Technical College). d) Alargamento e Furação Utiliza-se adução interna pelo corpo da ferramenta, com pressão de até 20 MPa, e/ou adução externa, por tubos e bocais. Jatos de alta velocidade são eficientes, porém, exigem bombas de alta pressão e provocam o espalhamento do fluido e névoas. Figura 13. Os furos para óleo nas brocas vão suplantar o fluido de corte diretamente nas partes cortantes da broca. Fonte: Fox Valley Technical College. O fluido deve ser direcionado na região onde a ferramenta toca a peça. Deve ser inundado de maneira que o fluido alcance os gumes. O operador deve retirar, 23
  24. 24. ocasionalmente, a ferramenta para remover os cavacos. A melhor maneira é através de ferramentas que possuam furos para óleos integrados. Isso significa que varias ferramentas estão disponíveis para alimentar o refrigerante através da ferramenta e diretamente ao gume. Isso também ajuda a limpar os cavacos do buraco (Fox Valley Technical College). Figura 14. Broca com canais. Fonte: Valcool, 2007. 24
  25. 25. 5. CRITÉRIOS DE SELEÇÃO A escolha do fluido de corte baseia-se nos objetivos desejados no processo de usinagem. Como exemplo desses objetivos pode-se citar: Aumento da produção, vida mais longa da ferramenta, arraste de cavacos, melhor acabamento. Essa escolha torna-se complicada em função da gama de fluidos de corte (composições) existentes e as exigências diversas de cada processo de usinagem. Encontrar a melhor combinação para obter o máximo proveito possível do fluido e de suas propriedades não é tarefa simples e exige, em muitos casos, intensas pesquisas. Para que se escolha o fluido de corte que possibilite as melhores condições de usinagem possíveis, devem-se levar em consideração os seguintes aspectos: • Processo de usinagem, variáveis de usinagem, material da peça e da ferramenta; • Qualidade da usinagem, precisão de forma e de medidas, acabamento superficial; • Máquinas-ferramentas usadas; • Armazenagem, limpeza, tratamentos posteriores das peças; • Sistemas de recirculação dos meios lubri-refrigerantes: sistemas individuais, múltiplos, centralizados; • Análise econômica: custos de preparação, manipulação, controle, transporte, manejo, armazenagem; benefícios obtidos; • Segurança: efeitos sobre a saúde, névoas de óleo, risco de incêndios, descarte; • Condições de fornecimento: apoio técnico do fornecedor, garantias de fornecimento,... . 5.1) Material da peça A usinabilidade do material é definida pelas características da peça e seu comportamento nas condições do processo de usinagem. Um material que possua baixa usinabilidade deverá ser usinado a baixas velocidades de corte, situação em que o atrito gerado supera a elevação da temperatura. Dessa forma, será selecionado um fluido de corte lubrificante, como um óleo integral. 25
  26. 26. Já um material de alta usinabilidade será, preferencialmente, usinado a altas velocidades de corte, gerando muito calor durante o processo. Emulsões poderiam ser escolhidas nesse caso. a) Materiais Ferrosos a.1) AÇOS Praticamente qualquer fluido de corte pode ser utilizado, dependendo predominantemente do tipo de operação de usinagem a ser realizado. Para aços de usinabilidade normal (aços de cementação, de beneficiamento e de construção) recomenda-se o uso de emulsões e soluções. Para aços de usinabilidade difícil (aço inox, aço fundido) recomendam-se emulsões com aditivos de extrema pressão e óleos altamente aditivados para evitar o empastamento do material na ferramenta (Amorim). Para aços de dificílima usinagem (aço manganês, aços CrMo, aços silício) torna-se necessário o emprego de óleos de extrema pressão. a.2) FERRO FUNDIDO O ferro fundido cinzento apresenta como vantagens de usinagem sua elevada capacidade de amortecimento de vibrações e os veios de grafite – que favorecem a quebra de cavacos e boas características de deslizamento a seco. O ferro fundido maleável também é geralmente usinado a seco. O grafite presente nos cavacos desses materiais, na presença de óleos de corte e de emulsões, induz a formação de massas que entopem os filtros e podem prejudicar o funcionamento das ferramentas. Já no alargamento manual de furos o emprego de grafite misturado com sebo traz resultados excelentes (Stemmer, 2005). No ferro fundido branco, todavia, requerem-se aditivos de extrema pressão (Amorim). b) Ligas não-ferrosas b.1) LIGAS DE ALUMÍNIO Em geral de fácil usinagem e, portanto, usinadas a altas velocidades. O calor gerado é rapidamente dissipado, em função da boa condutividade térmica do Alumínio, dessa forma, é freqüentemente usinado a seco ou com óleos inativos sem enxofre. O uso de emulsões pode levar à auto-ignição devido à liberação do hidrogênio (Amorim). 26
  27. 27. No corte refrigerado são usadas emulsões ou óleos de baixa viscosidade. Para operações difíceis usam-se óleos com aditivos de extrema pressão com uma formulação que impeça a formação de manchas negras nas peças. Em ligas de alumínio com alto teor de zinco não se deve usar soluções aquosas, pois estas reagem com o zinco formando hidrogênio e amoníaco, com sério risco de incêndios e explosões (Stemmer, 2005). b.2) LIGAS DE COBRE A usinabilidade das ligas de cobre varia bastante, conforme a quantidade e os elementos envolvidos na liga. O cobre puro forma cavacos longos, com péssimo acabamento, sendo utilizados fluidos de corte mais viscosos. Latão, bronze e metais de maior dureza são fáceis de usinar a seco ou com emulsões. Para ligas de cavaco longo usam-se óleos de baixa viscosidade com aditivos que melhoram o efeito lubrificante. Deve-se tomar cuidado na escolha do fluido, pois alguns aditivos causam manchas na peça. b.3) LIGAS DE MAGNÉSIO Geralmente são de corte fácil, permitindo altas velocidades de corte e um bom acabamento. Porém, como o magnésio oxida facilmente, decompondo a água e gerando calor e hidrogênio (levando muitas vezes à combustão), só pode ser usinado a seco ou com óleos refrigerantes de baixa viscosidade, sem enxofre (Amorim). Em circunstância alguma se deve utilizar água, emulsões ou soluções aquosas (Stemmer, 2005). 5.2) Material da ferramenta a) Aço rápido O aço rápido permite a utilização de qualquer tipo de fluido de corte (solúveis ou insolúveis). b) Metal duro Assim como o aço rápido, não oferece restrições para a maioria dos fluidos de corte. No entanto, para o metal duro existem problemas referentes à sensibilidade aos 27
  28. 28. choques térmicos. O que se faz com intuito de minimizar esse inconveniente é tomar os seguintes cuidados: ligar o fluxo de fluido de corte antes de iniciar a operação; Manter o fluxo do fluido de corte por algum tempo após o termino do processo; Usar óleos de baixa transferência de calor quando o fluxo do fluido refrigerante não for, com certeza, constante (Stemmer 2005). c) Cerâmica A ferramenta de cerâmica é utilizada geralmente a seco. d) Diamante Utilizam-se, na maioria das vezes, soluções aquosas como fluido de corte para o diamante. 5.3) Processo de Usinagem Em processos com baixa velocidade de corte (de usinagem difícil) recomendam-se fluidos com boas características de lubrificação, os insolúveis em água (óleos com aditivos de extrema pressão, por exemplo). Na usinagem fácil, onde se utilizam altas velocidades de corte, a característica esperada do fluido é a qualidade refrigerante (usam-se emulsões ou soluções). Colocando os processos de usinagem em ordem crescente de dificuldade de usinagem (conseqüentemente em ordem decrescente de velocidade de corte), temos: Serrar, Fresar, Furar, Torneamento, Cortar, Furação profunda, Escanhoar engrenagens, Fazer roscas. Na retificação superaquecimento, ocorrem fortes endurecimento aquecimentos de certos que pontos, produzem camadas marcas macias de por recristalização, trincas, etc. Assim, é necessário reduzir a temperatura na zona de retificação. Isso pode ser feito através de refrigeração ou reduzindo-se o atrito (lubrificação). Em operações leves de retificação (retificação sem centros, retificação plana) empregam-se normalmente fluidos de corte miscíveis em água. Através de aditivos o conjunto peça-ferramenta fica protegido contra corrosão, reduz-se o atrito e o desgaste. Na retificação com rebolos perfilados (roscas, engrenagens), gera-se muito calor de atrito. Além disso, há grandes exigências quanto à precisão de formas e de 28
  29. 29. medidas e de qualidade do acabamento. Por conta disso, óleos com aditivos redutores do atrito são utilizados. Já no superacabamento, o fluido de corte deve reduzir o atrito e o desgaste, isso para que se obtenha a mínima rugosidade superficial. Utilizam-se óleos de viscosidade muito baixa com aditivos de extrema pressão e busca-se melhorar as qualidades lubrificantes. 29
  30. 30. Tabela 2. Seleção do fluido de corte de acordo com o material da peça e da operação de usinagem. Material Fresamento Furação Roscamento Torneamento Alumínio Óleo Solúvel (96% água) ou óleo mineral Óleo Solúvel (7090% água) 25% óleo a base de enxofre misturado com óleo mineral Óleo mineral com 10% gordura ou Óleo Solúvel Latão Óleo Solúvel (96% água) Óleo Solúvel 10-20% banha com óleo mineral Óleo mineral com 10% gordura Bronze Óleo Solúvel Óleo Solúvel 30% banha com 70% óleo mineral Óleo Solúvel Aço-ligas 10% banha animal com 90% óleo mineral Óleo Solúvel 30% banha com 70% óleo mineral 25% óleo a base de enxofre com 75% óleo mineral Ferro Fundido Seco Seco Seco ou 25% banha com 80% óleo mineral Seco Ferro Maleável Óleo Solúvel Óleo Solúvel Óleo Solúvel Óleo Solúvel Cobre Óleo Solúvel Óleo Solúvel Óleo Solúvel Óleo Solúvel Aço ferramenta e baixo carbono Óleo Solúvel Óleo Solúvel 25-40% banha com óleo mineral 25% banha com 75% óleo mineral Fonte: Fox Valley Technical College. 5.4) Tipo de máquina Muitas máquinas para processos de usinagem específicos, como brochadeiras e rosqueadeiras, utilizam ferramentas caras e com exigências de alto grau de acabamento das peças, necessitando de fluidos de corte especiais, em geral óleos com aditivos de extrema pressão. 30
  31. 31. Em centros de usinagem que realizam uma grande variedade de processos é comum a utilização de fluidos de corte com ampla gama de aplicações. 31
  32. 32. 6. MANUTENÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE O monitoramento da qualidade do controle e da manutenção dos fluidos deve ser realizado para antecipar problemas. Aspectos importantes do controle de fluidos incluem inspeções de sistemas e medições periódicas dos parâmetros dos fluidos tais como a concentração, o crescimento microbiológico e o pH. A reciclagem de fluidos pode ajudar nos problemas de resíduos de fabricação, a diminuir o tempo de parada de máquinas, a reduzir os custos e minimizar os problemas de poluição. A filtração periódica durante o uso para a remoção de partículas grosseiras e pequenos cavacos (para posterior refundição) aumenta a vida útil destes fluidos. O fluido de corte solúvel em água tem essencialmente a habilidade refrigerante da própria água. Quando comparados aos fluidos a base de óleo, os solúveis em água oferecem como vantagens baixo custo, simples manuseio e menor risco à saúde. Entretanto, o uso dos fluidos a base de água apresenta problemas de deterioração por microorganismos, corrosão acelerada e pouca compatibilidade com materiais de vedação (Souza, 2007). A contaminação dos fluidos de corte por bactérias anaeróbias e aeróbias resultam em redução do pH do fluido, mau cheiro característico, corrosão nos materiais e equipamentos envolvidos e irritação na pele e mucosas do operador. Tal contaminação leva à quebra da emulsão e à formação de camadas de óleo em suspensão (biofilme) que, quando removida, impede a proliferação das bactérias. Porém, técnicas de detecção instantâneas de microorganismos ainda são financeiramente inviáveis, sendo que mesmo os modelos mais simples, como os citômetros de fluxo, custam em torno de U$100.000. Logo, o indicador usual de bactérias e fungos nos fluidos de corte ainda é o mau odor proveniente do fluido contaminado (Thomé, 2006). 32
  33. 33. Figura 15. Citômetro de fluxo. Fonte: Monlab Hematology (http://www.monlab.es/ingles/productos-hematologia/conthematologicos-symex.html). As bactérias geram subprodutos ácidos, reduzindo, assim, o pH da emulsão e sua proteção anticorrosiva. Para impedir a proliferação bacteriana, o pH adequado das emulsões deve estar entre 9 e 10,5. Figura 16. Cultura de bactérias em fluido de corte. A coloração avermelhada é devido à presença de fungos. Fonte: Burge, Harriet. Machining Coolants. (http://www.emlab.com/s/sampling/env-report-102006.html) 33
  34. 34. 6.1) Armazenagem Deve-se evitar a infiltração de outros líquidos, inclusive água, e a faixa recomendada para a temperatura de armazenagem situa-se entra 10º e 45ºC. 6.2) Preparação A preparação do fluido é um importante passo para a extensão da vida do mesmo, atingindo o melhor desempenho do fluido. As misturas refrigerantes devem ser preparadas de acordo com as normas do fabricante. A maneira correta de mistura do fluido é muito importante. O concentrado e a água devem ser misturados em um recipiente fora do depósito, de acordo com as regras do fabricante. Se a mistura for preparada dentro do recipiente de aplicação ela pode ser misturada incompletamente. A qualidade da água empregada nas soluções e emulsões deve ser limpa e isenta de germes, possuir pH o mais neutro possível e apresentar baixa “dureza”, ou seja, os seus sais minerais (como carbonato de cálcio e de magnésio) devem ser removidos, pois prejudicam a estabilidade da emulsão. Porém, a água muito mole induz à formação de espumas. O amaciamento da água pode ser feita por deionização, osmose reversa e destilação. 6.3) Tratamento Apesar da manutenção adequada do fluido de corte, sua qualidade eventualmente cairá a um ponto onde deverá ser reciclado ou descartado. Saber a hora certa de se fazer uma purificação do fluido é fundamental, pois depois de degradado devido à presença de bactérias ou de grandes concentrações de óleos indesejáveis o fluido não pode ser mais tratado. Se o fluido exibir alguma das seguintes características (válido para emulsões) não devera ser tratado, pelo contrário, deverá ser descartado e a máquina bem limpa antes da aplicação de um novo fluido (Iowa, 2003): • pH menor que 8.0; • Aparência escura ou preta (o normal é uma aparência leitosa ou opaca); • Presença de forte odor azedo ou de degradação (o normal é um leve odor de produto químico). Equipamentos de separação incluem tanques de sedimentação, separadores magnéticos, separadores de ciclones e centrífugas. A função preliminar destes 34
  35. 35. equipamentos é a remoção de partículas, porém, os tanques de sedimentação e as centrífugas podem também ser usados para remover óleos indesejáveis. a) Tanques de sedimentação A decantação, como no caso do tratamento de águas, é um processo de separação por gravidade. É composto por um tanque de decantação onde o fluido é despejado, e após certo tempo, as impurezas sólidas se depositam no fundo e óleos indesejáveis flutuam na superfície. O tanque pode ser equipado com esteira de raspadores que arrasta as partículas depositadas, ou com escumadores que removem as impurezas da superfície. No momento do despejo do fluido sobre o tanque, é desaconselhável o uso de fluidos que tendem a formar espuma. Portanto, cuidados especiais devem ser tomados no uso do método para fluidos semi-sintéticos e emulsões. Figura 17. Tanque de decantação. Fonte: CIMM (www.cimm.com.br). b) Separadores magnéticos Usam ímãs cilíndricos para remover as partículas ferrosas. O líquido contaminado gira lentamente entre os cilindros magnéticos que extraem as partículas ferrosas do líquido. As partículas ferrosas são raspadas então do cilindro magnético. Os metais não ferrosos que passam pelo cilindro magnético são removidos por outros processos de separação. 35
  36. 36. Figura 18. Separador magnético da Knoll América. Fonte: Todays Machining World (http://www.todaysmachiningworld.com/how-it-works-cuttingfluids/) c) Separadores de ciclone Os separadores de ciclone e as centrífugas usam uma gravidade artificial para a separação das impurezas. As diferenças de densidade entre o fluido do corte e as impurezas causam sua separação. O fluido entra em um reservatório em forma de cone e a força da centrifugação faz as partículas de impureza escorregarem pela parede para baixo e para fora. A desvantagem desse tipo de separação é a tendência de emulsificar óleos indesejáveis (Iowa, 2003). 36
  37. 37. Figura 19. Separador cliclone. Fonte: Jain (http://www.jains.com/irrigation/filtration%20equipments/jain%20hydrocyclone%20filter.htm) d) Centrífugas Algumas centrífugas podem exercer uma força de até 6000 vezes a força da gravidade no fluido de corte. Ao contrário dos separadores ciclone, as centrífugas de alta velocidade podem separar até mesmo óleos indesejáveis que foram emulsificados no fluido e também remover bactérias (Iowa, 2003). As desvantagens das centrífugas é necessidade de constante manutenção e seu custo. Em alguns casos pode ocorrer a separação dos componentes de uma emulsão, por isso deve-se consultar a recomendação dos fabricantes dos fluidos de corte. e) Equipamento de filtração Envolve a passagem do fluido de corte através de um material permeável para a remoção das partículas indesejáveis. Os filtros podem ser permanentes ou descartáveis, e são feitos tipicamente de materiais como papel, pano e fibras sintéticas. Em algumas aplicações pode ser necessário o uso de uma série de filtros progressivamente mais finos a fim se conseguir o nível desejado de remoção de contaminantes. Os sistemas de filtração usados na reciclagem de fluidos de corte incluem a filtração a vácuo, pressão e por gravidade. 37
  38. 38. f) Separação por flotação É um processo no qual o fluido de corte é aerado para causar a separação. Durante a aeração, óleos e partículas se aderem as bolhas e são carregadas para a superfície onde são escumadas. 6.4) Descarte De acordo com o Iowa Waste Reduction Center (2003), os resíduos perigosos característicos apresentam uma ou mais da seguintes propriedades: • Ignitabilidade – resíduos que podem inflamar durante o transporte, armazenamento ou descarte; • Corrosividade – trazem contaminantes tóxicos, reagem com outros elementos, podem afetar diretamente a saúde humana, • Reatividade – qualquer tipo de resíduo que pode causar um problema, como uma explosão, em qualquer estágio do seu ciclo de descarte; • Toxicidade – possui quantidades suficientes de arsênio, bário, cádmio, cromo, mercúrio, selênio e prata devido a sua toxicidade à saúde humana e ao meio ambiente. Após o seu uso, os fluidos de corte podem ser reciclados ou descartados internamente, pela própria empresa, ou através de uma companhia de serviços especializada em reciclagem. Conforme Sahm (1996 apud Ramos et all, 2002), os custos de um tratamento interno se tornam, comparativamente, mais vantajoso, principalmente quando o lubrificante separável da água pode ser reciclado. Ao desfazer dos resíduos e rejeitos, estes não poderão ser lançados diretamente no ambiente. Deverão ser tratados convenientemente e, dependendo do modo e qualidade do tratamento, o resultado pode ser a eliminação dos resíduos ou um aumento da poluição destes no ar e na água. Conforme Silva et al (2000 apud Ramos et al, 2002), o óleo integral pode ainda ser queimado em caldeira, desde que permitido em legislação, devendo o mesmo estar isento de impureza, com baixa concentração de enxofre e sem cloro. Quanto aos fluidos de corte solúveis em água, é necessário separar o óleo da água (no caso de emulsões) e dos demais produtos químicos da água (no caso de soluções) antes do descarte. 38
  39. 39. A resolução Nº 9 do Conama, de 31 de agosto de 1993, contempla a política de reciclagem e descarte de fluidos de corte. A borra produzida deve ser descartada de maneira correta conforme norma em legislação. Atualmente existe certa tendência em evitar conteúdos problemáticos dos refrigerantes, tais como, compostos de cloro, parafina, formaldeídos, nitretos, metais pesados e outras substâncias nocivas. Substâncias perigosas, poluentes da água, como também resíduos, devem ser evitados ou, pelo menos, ter seus volumes reduzidos ao mínimo. 39
  40. 40. 7. ASPECTOS NOCIVOS DOS FLUIDOS DE CORTE 7.1) Impactos ao Ser Humano Grande parte dos fluidos possui componentes que podem causar, além do impacto ambiental, doenças ao ser humano. O contato do fluido com o operário pode ser direto ou através de vapores, névoa ou subprodutos formados durante a usinagem. Doenças causadas pela ação direta com o fluido de corte: • Problemas de pele (como irritações, dermatites e erupções); • Câncer (de pele, reto, cólon, bexiga, estômago, ...); • Doenças pulmonares (como asma, bronquite, pneumonia e redução da capacidade respiratória). Figura 18. Dermatite causada por contato com fluidos de corte. Fonte: http://plymovent.episerverhotell.net Figura 19. Eczema causada por contato com fluidos de corte. Fonte: American Society for Testing and Materials (http://www.astm.org/SNEWS/ND_2009/e3450_nd09.html) 40
  41. 41. 7.2) Impactos Ambientais Relacionados aos Fluidos de Corte No sentido de impacto ambiental, pode-se analisar o fluido de corte como um produto de ciclo de vida fixo. Durante este ciclo, o fluido mantém contato permanente com os trabalhadores, sendo causas de problemas mencionados anteriormente, como as dermatoses. Em relação ao meio ambiente, infelizmente os produtos que agregam boas características tecnológicas aos fluidos de corte são em sua grande maioria nocivos. Durante o uso, normalmente em circuito fechado, o fluido também recebe contaminações de outros produtos e elementos nocivos, como solventes e metais pesados do material da peça, ferramenta e revestimentos. A figura a seguir mostra os aspectos ambientais relacionados à utilização de fluidos de corte em processos de usinagem: Figura 20. Aspectos ambientais relacionados ao uso de fluido de corte. Quando o fluido de corte perde suas propriedades, o mesmo é descartado, pois a reciclagem integral dos fluidos de corte ainda é inviável economicamente, uma vez que esta solução não abrange o problema como um todo, evitando somente a contaminação no descarte do fluido de corte. Os gases produzidos pelas elevadas 41
  42. 42. temperaturas de corte, os respingos, os volumes agregados aos cavacos e peças, são exemplos de problemas não eliminados com o tratamento. Como já mencionado anteriormente, existem legislações rigorosas para o controle do descarte de fluidos de corte, devido a seus elementos nocivos. Em anexo encontrase a RESOLUÇÃO Nº 9, DE 31 DE AGOSTO DE 1993 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, a qual estabelece definições e torna obrigatório o recolhimento e destinação adequada de todo o óleo lubrificante usado ou contaminado. As especificações mencionadas na Resolução devem ser rigorosamente seguidas para que crimes ambientais não sejam cometidos, evitando desta forma tanto atos extremamente prejudiciais ao meio ambiente a ao homem, como problemas judiciais que envolvam a organização. Dentro do contexto atual de responsabilidade ambiental vivenciado pelas empresas, os fabricantes de fluidos de corte estão trabalhando no sentido de adaptar seus produtos às novas exigências ecológicas impostas pela sociedade. Certamente o desenvolvimento tecnológico neste setor deve conduzir para o surgimento de novos produtos não nocivos e com boa eficiência nas operações de corte. 42
  43. 43. 8. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE USINAGEM Processos “limpos” Os métodos alternativos de usinagem, também chamados de processos “limpos”, visam à redução dos impactos à saúde do operador e ambientais dos fluidos de corte. Dentre esses métodos, podemos citar a tradicional usinagem a seco, o corte com mínima quantidade de fluido (MQFC) e o corte com fluidos biodegradáveis. 8.1) Usinagem a seco A usinagem a seco (isto é, sem utilização de fluidos de corte) está novamente se tornando popular por problemas econômicos (custos de aquisição, manutenção, armazenamento e eliminação dos fluidos) e ambientais. Outro aspecto positivo é a redução do choque térmico, além da redução das trincas e dos lascamentos (Yuhara, 2001). Porém, o uso deste tipo de usinagem estabelece certas exigências em relação aos seus fatores influentes, devendo ser observadas uma seleção correta do material de trabalho, das especificações de corte e principalmente das ferramentas utilizadas. Quanto ao material da peça, a maioria dos aços podem usinados sem aplicação de fluidos refrigerantes (Amorim). Em relação à ferramenta utilizada, a aplicação de camada de revestimento reduz o coeficiente de atrito na zona de contato, reduzindo as forças decorrentes da fricção e a geração de calor, o que ajuda a evitar ou diminuir a tendência à aderência dos cavacos. Além disso, a camada de revestimento também pode atuar isolando termicamente o substrato da ferramenta. Entretanto, em alguns processos de usinagem a operação sem fluido de corte é impraticável, como na retificação. 43
  44. 44. Figura 20. Máquina-ferramenta dotada de jato de ar para usinagem a seco. Fonte: HAAS Automation, Inc. (http://www.haascnc.com/lang/VMC/options_VMC.asp?intLanguageCode=1046) 8.2) Corte com Mínima Quantidade de Fluido Nesse método o fluido é aplicado em volumes muito baixos, podendo chegar a diminutos 10 ml/h, juntamente com um fluxo de ar (pulverização), direcionado contra a saída do cavaco, ou entre a superfície de folga da ferramenta e a peça. Esta pequena quantidade de fluido pode ser suficiente para reduzir o atrito no corte e diminuir a tendência à aderência. Dessa forma o cavaco sai do processo de usinagem praticamente seco, sem necessidade de tratamento. Todavia, o vapor, a névoa e a fumaça de óleo podem ser considerados subprodutos indesejáveis, aumentando o poluente em suspensão no ar, sendo necessária, por vezes, a implantação de um sistema de exaustão. Ademais, o fluido é considerado sem retorno. Outro fator negativo desse método é o ruído causado pela linha de ar comprimido, que pode prejudicar a saúde do operador e perturbar a comunicação. 44
  45. 45. Figura 21. Furação com mínima quantidade de fluido de corte. Fonte: Schroeter, Rolf B. Minimização e eliminação do fluido de corte no processo de furação. (http://www.lmp.ufsc.br/linhas_pesquisa/dueco/dueco_minim.html) Figura 22. Diagrama esquemático de um sistema de Mínima Quantidade de Refrigeração. Fonte: Catai et al, 2003. 45
  46. 46. 8.3) Fluidos de corte biodegradáveis Além da facilidade de degradação, os fluidos de corte biodegradáveis, em geral, não causam danos nocivos ao operador e, em alguns casos, apresentam melhor rendimento. Um tipo de fluido de corte biodegradável que pode ser citado é o fluido à base de óleo de mamona, desenvolvido por um grupo de pesquisa da EESC – USP (Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo). Este fluido não utiliza substâncias derivadas do petróleo em sua composição e é produzido a partir de uma fonte renovável. Junto ao fluido são acrescentados detergente – que faz a ligação entre o óleo e a água –, um anti-corrosivo e um bactericida (CIMM, 2009). Atualmente, o fluido à base de óleo de mamona é comercializado por uma empresa parceira da universidade. 46
  47. 47. 9. FORNECEDORAS NO BRASIL Armo do Brasil BW Lubrificantes Castrol Motor Oils and Lubricants Cosan 47
  48. 48. Mobil Industrial Lubricants Petroquim Lubrificantes Industriais 48
  49. 49. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] AMORIM, Heraldo. Processos de Fabricação por Usinagem – Fluidos de corte. Porto Alegre. Disponível em: http://www.ufrgs.br/gpfai/download/eng03343_14.pdf. Acesso: em 11 set. 2010. [2] CARVALHO, Davidson F. et al. Monitoramento da Temperatura de Usinagem. In: XI CREEM, Nova Friburgo, 2004. Disponível em: http://www.abcm.org.br/xi_creem/resumos/PF/CRE04-PF16.pdf. Acesso em: 20 set. 2010. [3] CATAI, E. R. et al. Estudo dos métodos otimizados de aplicação dos fluidos de corte no processo de retificação. Revista de Ciência & Tecnologia, 2003, vol. 11, no. 22. [4] CIMM. Fluidos de corte de origem vegetal ganham espaço no mercado. [S.l]: 2009. Disponível em: http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/4928-fluidos-de-corte-deorigem-vegetal-ganham-espao-no-mercado>. Acesso em: 09 set. 2010. [5] CUTTING Fluids Types and Uses. Fox Valley Technical College. Disponível em: http://its.fvtc.edu/machshop1/coolant/cutfluids.htm. Acesso em: 02 out. 2010. [6] FERROS & Aços II-40: Ferros Fundidos. [S.l]: 2009. Disponível em: http://www.mspc.eng.br/ciemat/aco240.shtml#ff_cinz. Acesso em: 28 set. 2010. [7] HASIB, A; Al-FARUK, A; AHMED, A. Mist Application of Cutting Fluid. International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME. Khulna, Bangladesh, Vol: 10 No: 04. [8] IOWA Waste Reduction Center. Cutting Fluid Management for Small Machinig Operations. Iowa, 2010. Disponível em http://www.iwrc.org/downloads/pdf/cuttingFluid03.pdf. Acesso em: 01 out. 2010. [9] SALES, W. F.; DINIZ, A. E.; MACHADO, A. R. Application of Cutting Fluids in Machining Processes. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences, Rio 49
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