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

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)

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 4 1. JUSTIFICATIVA DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE 5 2. FLUIDOS DE CORTE 6

2.1) Funções 6 2.2) Propriedades desejáveis a um fluido de corte 7

3. TIPOS DE FLUIDOS DE CORTE E SUAS CARACTERÍSTICAS 9 3.1) Miscíveis com água 9 3.2) Não miscíveis com água 14 3.3) Gases e névoas 16 3.4) Sólidos 16

4. SISTEMAS DE APLICAÇÃO 17 4.1) Sistemas de circulação de fluidos de corte 18 4.2) Formas de aplicação 19 4.3) Aplicação em processos 21

5. CRITÉRIOS DE SELEÇÃO 25 5.1) Material da peça 25 5.2) Material da ferramenta 27 5.3) Processo de usinagem 28 5.4) Tipo de máquina 30

6. MANUTENÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE 32 6.1) Armazenagem 34 6.2) Preparação 34 6.3) Tratamento 34 6.4) Descarte 38

7. ASPECTOS NOCIVOS DOS FLUIDOS DE CORTE 40 7.1) Impactos ao ser humano 40 7.2) Impactos ambientais relacionados aos fluidos de corte 41

8. MÉTODOS ALTERNATIVOS DE USINAGEM 43 8.1) Usinagem a seco 43 8.2) Corte com mínima quantidade de fluido 44 8.3) Fluidos de corte biodegradáveis 46

9. FORNECEDORAS NO BRASIL 47 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 49

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).

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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.

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).

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:

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• 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

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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.

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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

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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

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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 semi-

sintéticos 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).

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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).

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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-cutting-fluids/).

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

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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 Semi-sintético Óleo solúvel Óleo mineral

Calor removido 4 3 2 1 Lubrificação 1 2 3 4 Manutenção 3 2 1 4 Filtrabilidade 4 3 2 1

Danos ambientais 4 3 2 1 Custo 4 3 2 1

Fonte: Webster (2005), citado em Thomé (2006).

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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).

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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.

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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).

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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-agua-11942-266793.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).

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Figura 8. Aplicação do fluido de corte por jatos.

c) Aplicação por Atomização, Pulverização através d e 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

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

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.

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,

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.

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.

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).

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

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 ocorrem fortes aquecimentos que produzem marcas de

superaquecimento, endurecimento de certos pontos, camadas macias 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

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.

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 (70-90% 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.

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.

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).

33

Figura 15. Citômetro de fluxo.

Fonte: Monlab Hematology (http://www.monlab.es/ingles/productos-hematologia/cont-hematologicos-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-10-

2006.html)

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

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.

36

Figura 18. Separador magnético da Knoll América.

Fonte: Todays Machining World (http://www.todaysmachiningworld.com/how-it-works-cutting-fluids/)

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).

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.

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.

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.

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)

41

7.2) Impactos Ambientais Relacionados aos Fluidos d e 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

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 encontra-

se 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.

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.

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.

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.

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.

47

9. FORNECEDORAS NO BRASIL

Armo do Brasil

BW Lubrificantes

Castrol Motor Oils and Lubricants

Cosan

48

Mobil Industrial Lubricants

Petroquim Lubrificantes Industriais

49

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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corte . Porto Alegre. Disponível em:

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