Lubrirefrigeração na Usinagem

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Faculdade de Tecnologia

Matheus Vicente do Prado Correa

Lubrirefrigeração na usinagem

Resende

2017

Sumário

INTRODUÇÃO        3

CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE        6

ADITIVOS        9

SELEÇÃO DO FLUIDO DE CORTE        11

MÉTODOS DE APLICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE        14

CUSTOS E PRODUTIVIDADE        17

INTRODUÇÃO  

        Em se tratando de sistemas de manufatura, qualquer esforço para aumentar a produtividade e/ou reduzir custos deve ser considerado. Na usinagem a lubrificação é um ponto essencial para se aumentar tanto a produção, quanto a vida útil da ferramenta.

        Nos processos de usinagem a interface ferramenta/peça se caracteriza por ser uma área onde há grandes pressões, um gradiente de temperatura elevado e muito atrito. Todos esses fatores se não administrados de forma correta, podem levar a um desgaste prematuro da ferramenta, acarretando em alto custo e baixa produção. Para amenizar esse problema foram introduzidos os fluidos de corte.

        Os fluidos de corte têm como principais finalidades a lubrificação, refrigeração, remoção de cavaco e proteção contra oxidação da interface ferramenta/peça. Apesar de as duas primeiras serem tidas como as mais importantes, a remoção de cavaco em certos casos se faz crucial para o processo.

Como por exemplo o caso de furação profunda e no cerramento, processos nos quais a aplicação deficiente de fluido de corte pode resultar no engripamento dos cavacos, o que causa a quebra prematura da ferramenta de corte. A capacidade do fluido de corte em remover os cavacos da zona de corte depende da sua viscosidade e vazão, além, é claro, da natureza da operação de usinagem e do tipo de cavaco que está sendo formado.

Agindo como lubrificante, o fluido de corte contribui para reduzir o atrito e a área de contato ferramenta/cavaco, e sua eficiência vai depender da habilidade de penetrar na interface ferramenta/cavaco no curto período de tempo disponível e de formar um filme (seja por ataque químico, seja por absorção física) com resistência ao cisalhamento menor que a resistência do material da peça.

        Porém, como refrigerante, o fluido de corte favorece a transferência de calor da região de corte, reduzindo assim a temperatura da ferramenta e da peça, ainda que a temperatura na interface ferramenta/cavaco não seja significativamente alterada. Além disso, mesmo que a concentração de óleo seja mínima, haverá redução do coeficiente de atrito e, portanto, da temperatura.

O poder lubrificante dos fluidos pode ser avaliado por uma técnica de esclerometria pendular utilizada para produzir riscos em superfícies imersas em

fluido de corte. Determina-se, assim, a energia específica para riscar os corpos

de prova:

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I Lubrificação em diferentes fluidos de corte

Observa-se que os fluídos dos tipos integral e emulsionável apresentaram menores valores de energia específica, enquanto os maiores valores foram encontrados em um dos fluidos sintéticos e na água. A condição a seco ocupou uma posição intermediária. Esses resultados mostram que a classificação depende não só das propriedades lubrificantes, mas também das características refrigerantes dos fluidos.

        

        A capacidade refrigerante dos fluidos de corte também pode ser avaliada

por meio de um ensaio no qual um corpo de prova padronizado é aquecido e fixado à placa do torno e depois colocado para girar a uma velocidade de 150 rpm enquanto o fluido de corte é aplicado. Quando a temperatura (monitorada por meio de um sensor infravermelho) atinge 300°C, inicia-se a aquisição dos dados até que seja atingida a temperatura ambiente.

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II Temperatura x tempo para diversos fluidos de corte

Com base nas curvas de resfriamento pôde-se calcular o coeficiente convectivo dos fluidos. Nesse caso, além dos diversos fluídos de corte, também foram testadas concentrações distintas.

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III Comparação de coeficiente de troca de calor para fluidos de corte

CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE

        Os fluidos de corte podem ser classificados de diversas formas, porém não existe uma padronização. Há na literatura, o uso de fluidos de corte em estado gasoso ou sólido, porém os fluidos líquidos são os mais utilizados. Para o caso dos fluidos de corte gasosos, o mais utilizado é o ar comprimidos, no entanto sua função se restringe somente à remoção de cavacos, pois à temperatura ambiente o ar possui capacidades refrigerantes e lubrificadoras mínimas. A utilização de fluidos gasosos a temperaturas negativas e altas pressões (ar, CO2 e N2) é descrita por Shaw (1982), que relata grandes aumentos na vida da ferramenta. Entretanto o seu uso ainda não é viável economicamente.

        Os lubrificantes sólidos, como a grafita e o bissulfeto de molibdênio, são aplicados sobre a superfície de saída da ferramenta com o único objetivo de reduzir o coeficiente de atrito ferramenta/cavaco. Como é necessária a interrupção da operação para a reaplicação do produto, seu uso tem sido muito restrito.

        Sendo os fluidos líquidos os mais utilizados, eles são agrupados nas seguintes categorias, de acordo com a sua composição:

• Óleos
• Emulsões
• Soluções

ÓLEOS

        Os óleos de origem vegetal e/ou animal foram os primeiros lubrificantes empregados como óleos integrais na usinagem. Seu emprego se tornou inviável por possuírem alto custo e à rápida deterioração. Porém eles são empregados como aditivos nos óleos minerais com o objetivo de melhorar suas propriedades lubrificantes. Apesar de serem muitos bons lubrificantes, sua baixa condutividade térmica e seu baixo calor especifico os tornam ineficazes na transferência de calor para fora da interface ferramenta/peça.