Cortando fluidos

Fluídos de Corte

A utilização de fluídos de corte na usinagem dos materiais foi introduzida por F. W. Taylor em 1890. Inicialmente Taylor utilizou água para resfriar a ferramenta, depois uma solução água e soda, ou água e sabão para evitar a oxidação da peça e/ou da ferramenta. Depois de Taylor, diversas pesquisas desenvolveram novos tipos de fluidos além da água, já que esta, apesar de ter alto poder refrigerante, promove oxidação da peça, da ferramenta e da máquina e tem baixo poder lubrificante. Nos últimos anos, porém, intensificaram-se as pesquisas nesta área com o objetivo de restringir ao máximo o uso do fluido refrigerante e/ou lubrificante na produção metal-mecânica. Os fatores importantes que justificam tal procedimento incluem os custos operacionais da produção, as questões ecológicas, as exigências legais quanto à preservação do meio ambiente, a preservação da saúde do ser humano, etc.

Internamente ao ambiente industrial as questões ambientais envolvem a saúde do homem devido ao contato do fluido refrigerante com sua pele e a respiração e/ou ingestão de poluentes derivados dos mesmos. As doenças mais comuns provenientes do contato do ser humano com o fluido de corte são dermatites, alergias, perda da capacidade pulmonar, câncer gastrintestinal e a possibilidade de contrair outros tipos de câncer. Externamente este impacto ecológico afeta o solo, a água, quando do descarte do fluido ao fim de sua vida, e o ar, quando da própria utilização desse óleo.

Então, para que a utilização do fluido de corte seja minimizada, duas técnicas têm sido intensamente experimentadas: o corte completamente sem fluido (corte a seco) e o corte com mínima quantidade de fluido (MQF), onde uma quantidade mínima de óleo é pulverizada em um fluxo de ar comprimido.

Considerando o uso da MQF na usinagem, o vapor, a névoa e a fumaça de óleo podem ser considerados subprodutos indesejáveis, os quais caracterizam um aumento de poluição suspensa no ar e têm se tornado fator de preocupação principalmente na Alemanha. A concentração máxima de poluentes no ar sob a forma de névoa é limitada em 5 mg/m3 e para o caso de vapor de óleo este limite é de 20 mg/m3.

No ano de 1992, na Alemanha, o volume de descartes de óleo utilizados em processos de transformação metal-mecânica representaram aproximadamente 60% do consumo total de lubrificantes, o equivalente a 1.151.312 t/ano. Isto representa um custo significativo que varia de 7,5% a 17% dos custos de fabricação por peça, superior, até mesmo, aos custos relativos ao ferramental. Mesmo que o custo com ferramental, em alguns casos, seja acrescido pelo uso de mínima lubrificação ou de corte a seco, devido ao aumento do desgaste da ferramenta, ainda assim o custo total de fabricação pode ser menor quando comparado ao processo convencional, onde se usa lubrificação com óleo solúvel. Outras vantagens do uso dessas técnicas relacionam-se à manutenção de cavacos limpos, redução de custos de reprocessamento, limpeza e acondicionamento.

Por outro lado, os fabricantes de fluido de corte também têm desenvolvido óleos com vida mais longa, para minimizar o descarte e causar menor dano à saúde do operador, sem perder sua capacidade refrigerante e/ou lubrificante.

1 – Funções do fluido de corte.

Durante o corte se desenvolve uma grande quantidade de calor devido à energia necessária para deformação do cavaco e à energia devido ao atrito ferramenta-peça e cavaco- ferramenta. Este calor gerado precisa ser reduzido (lubrificação) e/ou extraído (refrigeração) da ferramenta e peça, principalmente a fim de se minimizar o desgaste da ferramenta, a dilatação térmica da peça (e com isso se obter tolerâncias apertadas na peça) e o dano térmico à estrutura superficial da peça. A geração do calor pode ser reduzida com a diminuição do coeficiente de atrito. Se isso acontecer, não somente a geração de calor é diminuída, mas também os esforços e a potência de corte. Além disso, pode-se ainda, com a diminuição do coeficiente de atrito, minimizar ou evitar a soldagem do cavaco à ferramenta e, assim, evitar o fenômeno da formação da aresta postiça de corte. Esta redução do coeficiente de atrito tem sido levada a cabo com o desenvolvimento de novos materiais para ferramentas (ou de camadas de cobertura), com o desenvolvimento de materiais de peça com usinabilidade melhorada ou com a utilização de fluidos de corte com capacidade lubrificante.

Mesmo com todo esforço para redução do calor gerado no processo de usinagem, o calor continua sendo gerado (é impossível se ter usinagem sem geração de calor), em maior ou menor escala, dependendo das condições de usinagem, material da peça e da ferramenta, etc. Assim, esse calor deve ser extraído da região de corte, da peça e da ferramenta (refrigeração), para evitar seus efeitos danosos A lubrificação fica facilitada em baixas velocidades de corte, já que para que este efeito ocorra é necessário que o fluido penetre nas interfaces ferramenta-cavaco e ferramenta-peça, num fluído contrário ao fluxo do cavaco e da peça.

Além de ser capaz de lubrificar e/ou refrigerar o corte, algumas vezes se deseja que o fluido de corte possua algumas outras funções, como:

a) retirada do cavaco da região de corte – em algumas operações de usinagem, como furação profunda, o único meio de se retirar o cavaco da região de corte é via fluxo de fluido de corte. Para isso, esse fluxo deve ser de alta pressão e baixa viscosidade e o cavaco formado deve ser pequeno;

b) proteção contra a corrosão – mesmo tendo algumas vezes essas outras funções, o fluido de corte está presente num processo de usinagem principalmente para lubrificação e/ou refrigeração. Por isso, algumas considerações serão tecidas sobre essas duas funções.

1.1 – O Fluido de corte como refrigerante.

Os requisitos que um fluido de corte deve possuir para retirar eficientemente o calor da região de corte, da peça e da ferramenta são:

a) baixa viscosidade a fim de que flua facilmente;

b) capacidade de “molhar” bem o material para estabelecer um bom contato térmico;

c) alto calor específico e alta condutividade térmica.

Tais propriedades são esperadas de um fluido de corte típico de ação refrigerante, pois tal ação ocorre pela retirada do calor do conjunto peça/ferramenta após este ser gerado durante a usinagem (deformação do cavaco e atritos entre