UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA EMC 5202 Usinagem dos Materiais
Prof. Lourival Boehs
FLUIDOS DE CORTE
Acadmicos 1. Douglas Saito Melo 07244005 2. Louise Novello
Btzner 07139034 3. Marcelo Reami Salati 06139063
Florianpolis, Setembro de 2010
Resumo: Em comparao ao todo que a usinagem abrange, fluidos de
corte correspondem a uma pequena parcela, que possuem uma extensa
lista de variveis atualizadas a todo o momento devido ao estudo e
tecnologia envolvidos nesta rea. Com a finalidade de compreender a
gama de aplicao dos fluidos de corte, preciso analisar em que
momento vantajosa a utilizao destes fluidos e saber avaliar os
diversos tipos existentes hoje na indstria e o modo de atuao de
cada um no processo de usinagem desejado. Alm das qualidades
desejadas para a aplicao, deve-se pensar nas conseqncias da escolha
do fluido, sobre como se dar a sua manuteno e quais os impactos
ambientais envolvidos em seu descarte.
Palavras-chave: fluidos de corte, usinagem, lubrificao, arrasto
de cavaco, refrigerao.
Figura 1. Fluidos de corte comerciais. Fonte: Newman Tools, Inc.
(www.newmantools.com)
SUMRIO INTRODUO 1. JUSTIFICATIVA DA UTILIZAO DE FLUIDOS DE CORTE
2. FLUIDOS DE CORTE 2.1) Funes 2.2) Propriedades desejveis a um
fluido de corte 3. TIPOS DE FLUIDOS DE CORTE E SUAS CARACTERSTICAS
3.1) Miscveis com gua 3.2) No miscveis com gua 3.3) Gases e nvoas
3.4) Slidos 4. SISTEMAS DE APLICAO 4.1) Sistemas de circulao de
fluidos de corte 4.2) Formas de aplicao 4.3) Aplicao em processos
5. CRITRIOS DE SELEO 5.1) Material da pea 5.2) Material da
ferramenta 5.3) Processo de usinagem 5.4) Tipo de mquina 6.
MANUTENO DOS FLUIDOS DE CORTE 6.1) Armazenagem 6.2) Preparao 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. MTODOS ALTERNATIVOS DE USINAGEM 8.1)
Usinagem a seco 8.2) Corte com mnima quantidade de fluido 8.3)
Fluidos de corte biodegradveis 9. FORNECEDORAS NO BRASIL REFERNCIAS
BIBLIOGRFICAS 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
INTRODUO
visvel a dificuldade de se encontrar atualmente algum tipo de
componente utilizado na indstria que no tenha passado, em algum
estgio de fabricao, por processos de usinagem. Assim, torna-se
essencial a obteno de conhecimento acerca das variveis que afetam
diretamente o processo. Nessas variveis encontram-se algumas de
extrema importncia, entre elas pode-se citar a temperatura de
usinagem, a qual depende diretamente do atrito gerado pelo conjunto
pea-ferramenta. Nesse contexto, para que se avalie o desempenho
global obtido preciso definir um conceito de usinabilidade. Uma
definio bastante simples, porm pertinente, aquela que faz
considerao interao existente entre o material da pea, a ferramenta
e o fluido de corte. Com o intuito de controlar a temperatura de
forma eficiente, melhorando o processo e seu custo-benefcio, as
pesquisas sobre fluidos de corte (lubrificantes e refrigerantes) so
cada vez mais intensas. Mas atualmente, face grande tendncia de
preocupao ambiental, a utilizao dos fluidos de corte tem sido
bastante questionada. Embora tenham significativa importncia dentro
da maioria dos processos de produo, os fluidos de corte
apresentam-se como um dos principais agentes nocivos ao homem
(operador e meio ambiente). Como conseqncia, em especial da forma
incorreta de descarte e no reciclagem que agridem o meio ambiente,
os rgos de legislao ambiental tm exigido, atravs da imposio de leis
ambientais rigorosas, a restrio de sistemas que provocam tais
problemas. Alm disso, grande ateno tem sido dada aos custos
envolvidos no processo de aplicao de fluidos de corte. Suas
principais funes so: reduo do atrito (lubrificao), reduo do calor
(refrigerao) e auxlio ao transporte de cavacos (limpeza).
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1. JUSTIFICATIVA DA UTILIZAO DE FLUIDOS DE CORTE
Atrito e temperatura de corte Durante os processos de usinagem,
a retirada de material atravs da penetrao da ferramenta de corte na
pea gera calor na interface pea/ cavaco/ ferramenta devido ao
atrito, deformao plstica e ao cisalhamento de material ocorridos.
As temperaturas geradas dependem diretamente das condies de corte
empregadas (como velocidade de corte, avano e profundidade de
usinagem) e da utilizao de fluido de corte. Porm, de uma maneira
geral, a temperatura afetada principalmente pela velocidade de
corte: estima-se que 80% do calor tenha origem pela deformao
mecnica do cavaco, 18% pelo atrito do cavaco na sada da superfcie
da ferramenta e somente 2% gerado pelo atrito da ferramenta com a
pea (Yuhara, 2001). A temperatura gerada pode ser excessivamente
alta, comprometendo, assim, o tempo de vida da ferramenta e podendo
trazer alteraes dimensionais pea. Por exemplo, a temperatura na
zona de cisalhamento do material pode chegar a variar entre 900 e
1300C na usinagem de ao 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 convertida em
calor, sendo que, desta, cerca de 75% removida pelo cavaco os 25%
restantes so distribudos entre a pea, a ferramenta e o meio
(Yuhara, 2001); sendo que um maior foco deve ser dado elevao da
temperatura da ferramenta. Esta geralmente possui dimenses menores
que a pea sendo usinada, e absorve aproximadamente quatro vezes
mais energia trmica durante o processo. Alguns dos mecanismos mais
importantes ativados pelo aquecimento excessivo da ferramenta so: a
deformao plstica superficial causada pelo cisalhamento a altas
temperaturas, a deformao plstica da aresta de corte sob tenses de
compresso, a difuso e a formao de trincas trmicas. A energia
desprendida com o cavaco no traz problemas ao processo (exceto os
riscos para a segurana do operador, que podem facilmente ser
contornados) e porque a quantidade de calor que flui para a pea no
significativa. A introduo de fluidos de corte, por sua habilidade
de reduzir significativamente o atrito de corte, refrigerao e
arraste de cavaco auxilia na implementao de maiores velocidades de
corte e maior produtividade, e ainda impacta positivamente na
durabilidade da ferramenta. 5
2. FLUIDOS DE CORTE
2. 1) Funes
a) Refrigerao A refrigerao da ferramenta considerada a principal
funo dos fluidos de corte quando utilizadas altas velocidades de
corte, caso em que ocorre a mxima solicitao mecnica 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 aumentado, pois se previne que estas atinjam sua
temperatura crtica que afetaria caractersticas fsicas e qumicas.
Tambm h aumento da preciso dimensional. Para eliminar
eficientemente o calor, desejvel que o fluido apresente baixa
viscosidade (para melhor penetrar na interface), boa molhabilidade
(capacidade de molhar a superfcie slida em contato) e altos valores
de condutividade trmica e calor especfico (para armazenar e
conduzir o calor a taxas altas). b) Lubrificao A reduo do atrito na
interface pea/ cavaco/ ferramenta acaba, tambm, por reduzir a
produo de calor na mesma. Porm, uma vez que apenas cerca de do
calor da usinagem produzido pelo atrito, a lubrificao considerada
funo secundria dos fluidos de corte. Entretanto, indiretamente, a
lubrificao reduz o trabalho de dobramento do cavaco (Stemmer,
2005). Tambm, em virtude das elevadas presses de contato das
interfaces (da ordem de 2700 MPa) difcil formar uma camada de
fluido de espessura suficiente para lubrificao, e a real eficcia
dessa funo discutvel (Stemmer, 2005). A situao gerada a de
lubrificao limite, quando a pelcula do lubrificante apresenta
espessura molecular (Vieira, 2010). Assim, pode ocorrer soldagem
momentnea entre as superfcies em contato. Logo, um fluido
lubrificante deve resistir a altas temperaturas e presses, possuir
boas propriedades anti-aderentes e viscosidade adequada (deve ser
alta o suficiente para aderir s superfcies e relativamente baixa
para melhor penetrar na interface).
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c) Transporte de cavacos O cavaco deve ser retirado da rea de
corte da usinagem para no comprometer o acabamento da pea,
danificar a ferramenta ou mesmo impedir a usinagem. A remoo do
cavaco pode ocorrer por esforo mecnico (literalmente arrastando o
cavaco quando flui pela regio usinada); por resfriamento brusco,
que fragiliza o material (facilitando a quebra do cavaco) ou por
alta presso do jato de fluido na rea de corte (atuando como quebra
cavaco). O transporte de cavacos como funo do fluido de corte
especialmente til em furao, destacando a furao profunda e com
brocas canho (Stemmer, 2005). Em funo semelhante ao transporte de
cavaco, fluidos de corte podem tambm ser aplicados para prevenir a
formao de gume postio, atravs da aplicao de fluidos com aditivos de
extrema presso na superfcie de sada da ferramenta.
d) Proteo contra a corroso Para evitar corroso, um fluido deve
prevenir que o metal entre em contato com umidade e oxignio, atravs
da formao de uma pelcula protetora; pois metais ferrosos recm
usinados tendem a oxidar rapidamente, uma vez que qualquer camada
de proteo que possuam previamente removida ou alterada durante o
corte. Caso o fluido de corte utilizado seja gua ou base desta,
misturam-se aditivos anticorroso ou leos emulsificadores.
2.2) Propriedades desejveis a um fluido de corte
Alm das funes j apresentadas, o fluido de corte deve ter ainda
algumas qualidades acessrias. As qualidades exigidas variam com a
aplicao, no existindo um fluido com caractersticas universais, o
qual atenda a todas as exigncias de qualquer processo de usinagem
em qualquer condio. O acrscimo de certos aditivos, por exemplo,
melhora algumas qualidades do fluido, porm, piora outras. Dessa
forma, o constante estudo sobre cada caso torna-se imprescindvel
para a seleo do fluido mais adequado para o processo e as condies
em que se est trabalhando. Alguns exemplos de qualidades adicionais
que os fluidos de corte devem apresentar esto listados a
seguir:
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Preveno contra soldagem cavaco/ ferramenta
Reduo do consumo de energia, fora e potncia necessrias ao corte
Prevenir a formao e/ou eliminar o gume postio Limpeza da superfcie
de sada Resistncia a infeco por fungos ou bactrias No ser nocivo a
sade Facilidade de preparao e manuteno No atacar metais, plsticos,
borrachas ou outras peas da mquina Boa transparncia, para no
impedir a visibilidade do processo Baixa inflamabilidade No afetar
ou poluir o meio ambiente No ter odor desagradvel Boa molhabilidade
e resistncia a altas presses Boa filtrabilidade No formar
espuma
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3. TIPOS DE FLUIDOS DE CORTE E SUAS CARACTERSTICAS
3.1) Miscveis com gua
A gua o mais eficiente condutor de calor, ideal para operaes de
altas velocidades e temperaturas, porm suas caractersticas
corrosivas e de baixo efeito lubrificante limitam o seu uso. Para
melhorar suas qualidades so usados aditivos. Dentre os fluidos
miscveis com gua encontram-se as chamadas solues aquosas
(sintticos), e as emulses (semi-sintticos e leos solveis).
a) Sintticos
Figura 2. Aplicao de fluido sinttico operao com serra fita.
Fonte: Metal Sawing Technology, Inc
(http://www.houstonhydmechsawservice.com/hydmech_service.cfm)
Fluidos sintticos no possuem leo mineral ou derivados de
petrleo. Eles foram introduzidos no final dos anos 50 (Iowa, 2003).
Consistem geralmente de elementos qumicos lubrificantes e
inibidores de corroso dissolvidos em gua. Assim como os leos
solveis, os fluidos sintticos so fornecidos como um concentrado que
se mistura na gua para formar o fluido. Por causa da sua capacidade
de resfriamento, sintticos so preferidos para operaes de alta
temperatura e alta velocidade. Esses fluidos tambm so desejveis
quando se necessita de um fluido transparente e que forma pouca
espuma. Hoje em dia, com o avano da tecnologia de fluidos de corte,
os fluidos sintticos podem ser utilizados na maioria das operaes de
corte.
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Os seguintes agentes qumicos podem ser encontrados na maioria de
fluidos sintticos (Iowa, 2003): Aminas e Nitratos para proteo
contra ferrugem; Nitratos; Fosfatos e boratos para reduzir a dureza
da gua; Sabes e agentes molhantes para aumentar a lubrificao;
Compostos fosforosos, cloros e enxofre (aditivos de extrema
presso).
Vantagens dos sintticos: Excelente controle microbitico; No
inflamvel, no produz fumaa e pouco txico; Qualidade refrigerante
superior; Maior estabilidade quando misturado gua dura; Pouca
formao de nvoa e espuma; Os sintticos so facilmente separados da
pea, facilitando a limpeza e manuseio; Perde-se menos fluido, pois
este no adere tanto ferramenta e ao cavaco;
Desvantagens dos sintticos: Tem lubricidade muito limitada;
Podem lavar o filme lubrificante de guias e mancais; Podem causar
irritao de pele; Controvrsia em relao as nitrosaminas. (Sob certas
condies de pH e de temperatura, as misturas de alcanolaminas com
nitritos, podem formar nitrosaminas, que injetadas em animais tem
mostrado efeitos cancergenos) (Stemmer, 2005).
Apesar dos sintticos apresentarem menos problemas que os fluidos
base de leo, uma agitao muito forte pode causar a formao de espuma
e nvoas. Fluidos sintticos so facilmente contaminados por outros
fluidos e precisam ser
constantemente monitorados e cuidados para que possa ser
utilizado com eficincia. Os sintticos, porm, podem ser aditivados
com agentes molhantes, que evitam problemas com as guias e outras
partes mveis da mquina. Podem tambm ser
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usados aditivos de extrema presso (EP) que permitem seu uso em
operaes difceis (Stemmer, 2005). No geral, os fluidos sintticos so
de fcil manuteno e tem bom tempo de vida, e podem ser utilizados em
uma grande variedade de processos de usinagem. Se adicionadas
pequenas quantidades de leo para melhorar as qualidades
lubrificantes, tm-se os fluidos semi-sintticos. b)
Semi-Sintticos
Figura 3. Aplicao de fluido de corte semi-sinttico. Fonte:
Eastopet
(http://www.eastopet.com/semi_synthetic_cutting_oil.html).
Semi-sintticos
(tambm
conhecidos
como
fluidos
semi-qumicos)
so
essencialmente um hbrido de leos solveis e fluidos sintticos.
Eles contm pequenas disperses de leo mineral, geralmente de 2 a 30%
em um composto que se dilui em gua (Iowa, 2003). O restante do
composto consiste em emulsificadores e gua. Agentes molhantes,
inibidores de corroso e biocidas tambm compe o concentrado. Fluidos
semi-sintticos podem variar de quase opacos at quase transparentes,
isto causado por pequenos glbulos de leos que ficam suspensos,
alterando a quantidade de luz refletida e refratada. A maioria dos
semi-sintticos sensvel ao calor e as molculas de leo tendem a se
agrupar ao redor da pea durante a usinagem fornecendo maior
lubrificao. Vantagens dos Semi-Sintticos: assim como sintticos,
semi-sintticos so adequados para inmeros tipos de processos de
usinagem e so mais fceis de cuidar que leos solveis. Esses fluidos
fornecem uma boa lubrificao para trabalhos de mdia e grande
dificuldade. Suas propriedades de resfriamento tambm so melhores
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do que os leos solveis em geral, permitindo ao usurio cortar em
velocidades maiores. So menos viscosos que um leo solvel. Os
fluidos semi-sintticos tambm so eficientes contra o desenvolvimento
bactrias, geram pouca fumaa e nvoa de leo. Sua vida til maior e
possuem uma boa proteo contra corroso (Iowa, 2003). Desvantagens
dos Semi-Sintticos: a dureza da gua afeta a estabilidade de
semisintticos podendo causar a formao de depsitos de gua dura. Os
semi-sintticos formam espuma facilmente devido aos seus aditivos de
limpeza e geralmente oferecem menos lubrificao do que os leos
solveis (Iowa, 2003).
c) Emulses
Figura 4. Aplicao de uma emulso em processo de furao. Fonte:
Direct Industry
(http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/cutting-oil-62071.jpg)
So tambm conhecidas como leos solveis em gua. So formadas de 60
a 90% de leo, emulsificadores e outros aditivos (Iowa, 2003). Um
concentrado misturado com gua para formar o fluido de corte. Quando
misturados, emulsificadores causam a disperso do leo na gua
formando uma soluo estvel de gua-leo. Os emulsificadores tambm
provocam a adeso do leo na pea durante a operao. Partculas
emulsificadoras refratam a luz, fazendo com que o fluido apresente
uma aparncia opaca e leitosa. Os principais agentes emulsificadores
usados so sabes, sulfatos e sulfonatos (Stemmer, 2005).
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Vantagens dos leos solveis: leos solveis possuem uma boa
capacidade de resfriamento e lubrificao devido mistura da gua e
leo. Esses leos tendem a deixar uma pelcula protetora de leo nas
peas da mquina. Estes fluidos so ideais para trabalhar com metais
ferrosos e no ferrosos de dificuldade de trabalho leve e mdio.
Embora no lubrifiquem to bem quanto os leos integrais, agentes
molhantes e aditivos de extrema presso (tal como cloro, fsforo ou
compostos sulfurosos) podem estender o seu uso para operaes de
maior dificuldade, como o brochamento e fresagem por gerao de
engrenagens. A maioria dos cortes que utilizam leos integrais como
fluido podem ser realizados utilizando leos solveis com aditivos
(Iowa, 2005). Desvantagens dos leos solveis: a presena de gua torna
os leos solveis mais perecveis e susceptveis perda por evaporao. A
presena da gua pode tambm acarretar em problemas de corroso e de
proliferao de bactrias, porm os leos solveis so geralmente
formulados com aditivos que fornecem proteo contra corroso e que
inibem a proliferao de bactrias. Outras desvantagens dos leos
solveis so: Elevados custos de manuteno para preservar as
caractersticas desse tipo de fluido; Constante controle da
quantidade de leo nas emulses, pois mais leo que gua se adere aos
cavacos e a pea acabada. Quando misturados com gua dura, leos
solveis podem formar precipitados nas peas, ferramentas e mquinas;
Dos fluidos miscveis em gua, os leos solveis so os mais difceis de
limpar aps o seu uso devido justamente ao leo; Formao de nvoa
provocando um ambiente de trabalho inseguro e sujo.
Em virtude dessas desvantagens, leos solveis esto sendo
substitudos cada vez mais por fluidos de corte sintticos e
semi-sintticos. Em comparao com os leos integrais, tanto as solues
como as emulses tm custo inicial baixo, mas em virtude de sua vida
limitada, exigem despesas mais elevadas de controle, manuteno e
descarte (Stemmer, 2005).
13
3.2) No-miscveis com gua
a) leos integrais
Figura 5. Aplicao de leo integral. Fonte: Todays Machining World
(http://www.todaysmachiningworld.com/how-it-works-cuttingfluids/).
So chamados de leos integrais pois no possuem gua na sua
composio. Podem ser classificados em: leos minerais, leos graxos,
leos mistos e leos com aditivos. Como regra geral, todos leos
integrais apresentam baixa capacidade de refrigerao e alta
capacidade de lubrificao se comparados com os fluidos miscveis em
gua. leos minerais puros: apresentam uma boa proteo contra corroso,
porm sua capacidade de lubrificao limitada em condies de extrema
presso. So utilizados para operaes leves, e se mantidos limpos,
podem ser usados por longo tempo. leos Graxos: leos formados de
longas cadeias de carbono com extremos polarizados que aderem
fortemente nas superfcies. So bons lubrificantes at em condies de
extrema presso. Com o tempo, se rancificam (decompem), apresentando
um odor desagradvel. So usados tanto leos de origem animal quanto
vegetal, tais como leo de baleia, banha, leo de soja, etc. leos
Mistos: mistura de leos graxos e leos minerais. Possuem uma boa
molhabilidade e propriedades lubrificantes. Porm, em temperaturas
acima de 150C esses leos perdem seu efeito lubrificante. Por isso
so empregados em operaes de difcil usinagem de baixas velocidade e
temperatura, onde se exige com acabamento superficial, como em
usinagem de lato, alumnio e cobre. Estes leos no mancham
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os metais, mas tem pouca resistncia ao envelhecimento,
produzindo odores desagradveis. Aditivos esto sendo aperfeioados
para evitar estes inconvenientes. leos com aditivos EP: aditivos
servem para melhorar propriedades de um leo, geralmente no so
necessrios para cortes de pequena dificuldade. Quando existem
elevadas foras de corte, so utilizados estes aditivos de extrema
presso (EP), compostos por enxofre, cloro e compostos fosforosos
que aumentam a habilidade do leo de revestir a ferramenta de corte
e a pea, formando na zona de corte sulfetos, cloretos ou fosfetos,
constituindo uma pelcula anti-solda na face da ferramenta e assim,
minimizando a formao do gume postio (Stemmer, 2005). Vantagens dos
leos integrais: a principal vantagem dos leos integrais a sua
capacidade de lubrificao. So bons para cortes de baixa velocidade
que exigem acabamentos mais finos. Apesar do seu alto custo, os
leos integrais so aqueles que proporcionam uma conservao prolongada
para a ferramenta. Eles tambm fornecem uma boa proteo contra a
corroso, podem ser mantidos em reservatrios por perodos longos e so
de fcil manuteno. Desvantagens dos leos integrais: as desvantagens
dos leos integrais incluem a dificuldade em dissipar calor e o alto
risco de fogo. Esses fluidos podem gerar nvoa e fumaa nocivas sade
do operador, resultando em um ambiente de trabalho inseguro
principalmente quando as mquinas de corte no possuem proteo ou
sistema de ventilao adequada. leos integrais geralmente so
utilizados apenas para o corte de baixa velocidade e temperatura. A
pelcula formada sobre a pea atrapalha a limpeza, necessitando a
utilizao de solventes de limpeza (Iowa, 2003).
A tabela abaixo mostra as diferentes caractersticas obtidas com
os diversos tipos de fluido, de acordo com a classificao
apresentada.Tabela 1. Tipo de fluido versus qualidade obtida 1 =
Ruim; 2 = Bom; 3 = timo; 4 = Excelente.
Sinttico Calor removido 4 Lubrificao 1 Manuteno 3 Filtrabilidade
4 Danos ambientais 4 Custo 4
Semi-sinttico 3 2 2 3 3 3
leo solvel 2 3 1 2 2 2
leo mineral 1 4 4 1 1 1
Fonte: Webster (2005), citado em Thom (2006).
15
3.3)
Gases e nvoas Entre os fluidos gasosos utilizados, o ar o mais
comum. O ar comprimido
utilizado para melhorar a retirada de calor e expulso do cavaco
da zona de corte. Por terem menor viscosidade, os fluidos gasosos
tm maior capacidade de penetrar at a zona ativa da ferramenta. Em
alguns casos especficos, so utilizados para a refrigerao e proteo
contra oxidao gases como o argnio, hlio, nitrognio e dixido de
carbono, porm, uma aplicao de alto custo. Em operaes de mecnica de
preciso, usinagem de alta velocidade e em QMFC, nvoas e gases so
usados. QMFC (quantidade mnima de fluido de corte) um termo
empregado para sistemas de nvoa onde o consumo na operao permanece
abaixo de 50 ml/h de fluido de corte. Nesse tipo de aplicao o
fluido disperso na forma de spray sobre a regio que se quer
refrigerar ou lubrificar. As vantagens deste sistema so o menor
consumo de leo, o que reduz os custos e os impactos ao
meio-ambiente, melhor visibilidade, melhora da vida da ferramenta.
Mas em contrapartida, a capacidade de lubrificao e refrigerao so
limitadas e se faz necessrio um sistema de exausto. 3.4) Slidos
Ceras, pastas, sabo, banha de porco, grafite e Bissulfeto de
Molibdnio so os mais comuns. So geralmente aplicados diretamente na
pea ou ferramenta. A pasta de Bissulfeto de Molibdnio (MoS2) pode
ser aplicada na superfcie de sada da ferramenta com um pincel.
Pelas suas caractersticas lubrificantes em condies de extrema
presso, tem dado excelentes resultados (Stemmer, 2005).
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4. SISTEMAS DE APLICAO
Segundo Stemmer (2005), a forma de aplicao dos fluidos de corte
tem influncia pondervel no sucesso da sua utilizao e suas variveis
so: volume, presso, velocidade dos jatos, ngulo de impacto, forma e
nmero de bocais. Em geral, basta uma aduo abundante, sob mnima
presso, dirigida adequadamente para a regio de corte. Importante
que o meio lubri-refrigerante seja aplicado antes e no depois do
incio do processo de usinagem. No deve haver, tambm, interrupo na
aduo, por qualquer que seja o motivo. Sales et al. (2001) afirmam
que quando um fluido de corte aplicado, ele pode trazer benefcios,
no interferir ou at ser danoso ao processo, dependendo das condies
de corte, material da pea e da ferramenta. Aplicaes onde os fluidos
de corte oferecem benefcios: Corte com ferramentas de baixa dureza,
como aos para alta velocidade (furao, alargamento, fresamento,
roscamento); Operaes onde a aspereza e/ou a tolerncia dimensional
estreita; Na furao de materiais que geram cavacos descontnuos;
Cortes contnuos de qualquer metal usando ferramentas de metal duro.
Aplicaes onde o fluido de corte no interfere no processo (em termos
do tempo de vida da ferramenta): Usinagem de ferro fundido cinzento
(com exceo da furao), ligas de magnsio e de alumnio; Usinagem de
materiais plsticos ou resinas. Aplicaes onde o fluido de corte
danoso: Usinagem com ferramentas de cermica; Cortes interrompidos
com ferramentas de metal duro; Usinagem de materiais
endurecidos.
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4.1)
Sistemas de Circulao de Fluidos de Corte
Sistemas de circulao tm como objetivo o armazenamento do fluido,
transporte dos mesmos at os pontos de aplicao e de volta ao tanque,
alm de sua refrigerao e clarificao. Possui como componentes
reservatrios, bombas, tubulaes,
refrigeradores, dispositivos de clarificao, entre outros. O
sistema pode ser: Individual: quando atende a apenas uma mquina;
Coletivo: quando atende a vrias mquinas; Centralizado: tambm atende
a vrias mquinas, porm, possui uma srie de vantagens como, entre
outras: vida mais longa dos fluidos de corte; inspeo e manuteno
mais eficiente; economia de espao; eliminao e despejo simplificado.
Como desvantagens o sistema apresenta, dentre outras: propriedades
do fluido devem ser baseadas na mquina em que ocorre o processo de
usinagem mais difcil; investimentos mais elevados; em caso de
falha, todas as mquinas ligadas ao sistema devem ser
desligadas.
Figura 6. Esquema de um sistema de circulao de fluidos de corte.
Fonte: Occupational Safety and Health Administration
(OSHA.gov).
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4.2)
Formas de Aplicao
a) Aplicao Manual A aplicao manual consiste simplesmente em um
operador usando um recipiente, como um galo de leo, aplicando o
fluido de corte na ferramenta de corte/pea. Embora esta seja a mais
fcil e mais barata maneira de aplicar o fluido, possui um limite de
uso nas operaes de usinagem e freqentemente estorvado por
inconsistncias na aplicao. (Iowa, 2003).
Figura 7. Aplicao manual de fluido de corte. Fonte: LPS Labs
(http://www.directindustry.es/prod/lps-laboratories/fluido-de-corte-de-agua11942-266793.html)
b) Aplicao por Jatos A aplicao por jatos entrega fluido na
interface ferramenta/pea por meios de tubos, mangueiras ou sistema
de esguicho. O fluido direcionado sob presso interface
pea/ferramenta de maneira que produz mximos resultados. Presso,
direo e tamanho do jato de fluido devem ser regulados para alcanar
tima performance (Iowa, 2003).
19
Figura 8. Aplicao do fluido de corte por jatos.
c) Aplicao por Atomizao, Pulverizao atravs de Nvoa (Mist) O
aspecto mais importante por trs da atomizao a reduo de resduos.
Nessa forma de aplicao, o fluido atomizado, geralmente com ar
comprimido, e direcionado interface de corte por meio de esguichos.
Devido ao fato de o fluido ser aplicado em baixssimas taxas, boa
parte ou quase a totalidade do fluido utilizado levado junto com a
parte. Isto elimina a necessidade de coletar o fluido enquanto se
est aplicando fluido para lubrificao, preveno contra corroso, e uma
limitada quantidade de refrigerao. Graas baixa taxa de aplicao, o
refrigerante no pode ser usado para transportar cavacos,
significando que mtodos alternativos para retirada dos mesmos deve
ser implementada. No entanto, os cavacos que so retirados devem
20
possuir um valor mais alto visto que no esto contaminados com
grandes quantidades de fluidos (Hasib). Este tipo de aplicao
requere uma ventilao adequada para proteger o operador da
mquina-ferramenta. A presso e a direo da corrente de nvoa tambm so
cruciais para o sucesso da aplicao (Iowa, 2003).
Figura 9. Esquema de um sistema de aplicao de fluido de corte
por atomizao. Fonte: IJMNE vol. 10 n4.
4.3)
Aplicao em Processos
a) Retificao Para Ebbrell et al. (1999), citado por Catai et al.
(2003), a aplicao correta dos uidos na regio de corte de grande
importncia, pois possibilita o aumento da capacidade de sua
lubricao e refrigerao e promove a remoo de cavaco mais facilmente.
De acordo com Catai et al. (2003), as formas de aplicao dos uidos
devem ser estudadas para cada operao, desde o posicionamento do
bico de sada de uido em relao superfcie da pea, o que inuencia
signicativamente sua rugosidade nal, at seus dimetros e formas
internas e externas. Para bicos arredondados especiais, o ideal que
eles possuam superfcies cncavas, a m de minimizar a ocorrncia
de
21
queda de presso e turbulncias ocasionadas durante a passagem e a
sada do uido de corte do bocal.
Figura 10. Bico tradicional de sada de fluido.
Figura 11. Bico especial arredondado de sada de fluido -
minimiza a queda de presso e a turbulncia.
Fonte: Catai et al, 2003.
O principal obstculo para a aplicao correta dos fluidos de corte
a barreira de ar a ser suplantada, resultado da prpria rotao do
rebolo. Isto pode ser efetuado aplicando-se o fluido de corte a uma
velocidade igual velocidade perifrica do rebolo. Entretanto, um
projeto inadequado do bico de aplicao de fluido e das tubulaes leva
disperso do jato de fluido durante a tentativa de aumentar a sua
velocidade de sada. O desempenho dos fluidos de corte ser aumentado
se todo o sistema de aplicao (bomba, projeto do bico e tubulaes)
for otimizado. Reduzindo ou eliminando o efeito da camada de ar,
alm de se conseguir utilizar uma quantidade menor de uido no
processo, principalmente quando se trabalha com reticaes de altas
velocidades de corte, possvel diminuir as foras de corte em at 60%
e a rugosidade, em at 20% (Ramesh et al., 2001 apud Catai et al.,
2003). b) Torneamento Com um volume mais amplo possvel, aplica-se o
fluido por cima do gume, sem presso, para evitar que os cavacos
mudem a direo do jato e o local de trabalho seja inundado. O volume
mnimo recomendvel da ordem de 5 l/min por kW de potncia de corte. O
tubo de sada do fluido deve ter um dimetro de ao menos da largura
da ferramenta. Sua boca deve ser dirigida diretamente sobre o gume
e estar situada to prxima quanto possvel do mesmo. Em cortes
pesados, deve-se aplicar um jato por baixo do gume com alguma
presso, alm do jato por cima. 22
Figura 12. Corte pesado com insero dupla de jato de fluido.
Fonte: Fox Valley Technical College.
c) Fresamento Dois esguichos devem ser usados sempre que possvel
em operaes de fresamento. Um esguicho na frente da ferramente e
outro atrs. Juntos eles refrigeram a pea e a ferramenta, alm de
arrastarem o cavaco (Fox Valley Technical College). d) Alargamento
e Furao Utiliza-se aduo interna pelo corpo da ferramenta, com
presso de at 20 MPa, e/ou aduo externa, por tubos e bocais. Jatos
de alta velocidade so eficientes, porm, exigem bombas de alta
presso e provocam o espalhamento do fluido e nvoas.
Figura 13. Os furos para leo nas brocas vo suplantar o fluido de
corte diretamente nas partes cortantes da broca. Fonte: Fox Valley
Technical College.
O fluido deve ser direcionado na regio onde a ferramenta toca a
pea. Deve ser inundado de maneira que o fluido alcance os gumes. O
operador deve retirar, 23
ocasionalmente, a ferramenta para remover os cavacos. A melhor
maneira atravs de ferramentas que possuam furos para leos
integrados. Isso significa que varias ferramentas esto disponveis
para alimentar o refrigerante atravs da ferramenta e diretamente ao
gume. Isso tambm ajuda a limpar os cavacos do buraco (Fox Valley
Technical College).
Figura 14. Broca com canais. Fonte: Valcool, 2007.
24
5. CRITRIOS DE SELEO
A escolha do fluido de corte baseia-se nos objetivos desejados
no processo de usinagem. Como exemplo desses objetivos pode-se
citar: Aumento da produo, vida mais longa da ferramenta, arraste de
cavacos, melhor acabamento. Essa escolha torna-se complicada em
funo da gama de fluidos de corte (composies) existentes e as
exigncias diversas de cada processo de usinagem. Encontrar a melhor
combinao para obter o mximo proveito possvel do fluido e de suas
propriedades no tarefa simples e exige, em muitos casos, intensas
pesquisas. Para que se escolha o fluido de corte que possibilite as
melhores condies de usinagem possveis, devem-se levar em considerao
os seguintes aspectos:
Processo de usinagem, variveis de usinagem, material da pea e da
ferramenta;
Qualidade da usinagem, preciso de forma e de medidas, acabamento
superficial;
Mquinas-ferramentas usadas; Armazenagem, limpeza, tratamentos
posteriores das peas; Sistemas de recirculao dos meios
lubri-refrigerantes: sistemas individuais, mltiplos,
centralizados;
Anlise econmica: custos de preparao, manipulao, controle,
transporte, manejo, armazenagem; benefcios obtidos;
Segurana: efeitos sobre a sade, nvoas de leo, risco de incndios,
descarte; Condies de fornecimento: apoio tcnico do fornecedor,
garantias de fornecimento,... .
5.1)
Material da pea
A usinabilidade do material definida pelas caractersticas da pea
e seu comportamento nas condies do processo de usinagem. Um
material que possua baixa usinabilidade dever ser usinado a baixas
velocidades de corte, situao em que o atrito gerado supera a elevao
da temperatura. Dessa forma, ser selecionado um fluido de corte
lubrificante, como um leo integral.
25
J um material de alta usinabilidade ser, preferencialmente,
usinado a altas velocidades de corte, gerando muito calor durante o
processo. Emulses poderiam ser escolhidas nesse caso.
a) Materiais Ferrosos
a.1) AOS Praticamente qualquer fluido de corte pode ser
utilizado, dependendo
predominantemente do tipo de operao de usinagem a ser realizado.
Para aos de usinabilidade normal (aos de cementao, de
beneficiamento e de construo) recomenda-se o uso de emulses e
solues. Para aos de usinabilidade difcil (ao inox, ao fundido)
recomendam-se emulses com aditivos de extrema presso e leos
altamente aditivados para evitar o empastamento do material na
ferramenta (Amorim). Para aos de dificlima usinagem (ao mangans,
aos CrMo, aos silcio) torna-se necessrio o emprego de leos de
extrema presso.
a.2) FERRO FUNDIDO O ferro fundido cinzento apresenta como
vantagens de usinagem sua elevada capacidade de amortecimento de
vibraes e os veios de grafite que favorecem a quebra de cavacos e
boas caractersticas de deslizamento a seco. O ferro fundido malevel
tambm geralmente usinado a seco. O grafite presente nos cavacos
desses materiais, na presena de leos de corte e de emulses, induz a
formao de massas que entopem os filtros e podem prejudicar o
funcionamento das ferramentas. J 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 presso (Amorim).
b) Ligas no-ferrosas
b.1) LIGAS DE ALUMNIO Em geral de fcil usinagem e, portanto,
usinadas a altas velocidades. O calor gerado rapidamente dissipado,
em funo da boa condutividade trmica do Alumnio, dessa forma,
freqentemente usinado a seco ou com leos inativos sem enxofre. O
uso de emulses pode levar auto-ignio devido liberao do hidrognio
(Amorim). 26
No corte refrigerado so usadas emulses ou leos de baixa
viscosidade. Para operaes difceis usam-se leos com aditivos de
extrema presso com uma formulao que impea a formao de manchas
negras nas peas. Em ligas de alumnio com alto teor de zinco no se
deve usar solues aquosas, pois estas reagem com o zinco formando
hidrognio e amonaco, com srio risco de incndios e exploses
(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 pssimo acabamento, sendo
utilizados fluidos de corte mais viscosos. Lato, bronze e metais de
maior dureza so fceis de usinar a seco ou com emulses. Para ligas
de cavaco longo usam-se leos de baixa viscosidade com aditivos que
melhoram o efeito lubrificante. Deve-se tomar cuidado na escolha do
fluido, pois alguns aditivos causam manchas na pea.
b.3) LIGAS DE MAGNSIO Geralmente so de corte fcil, permitindo
altas velocidades de corte e um bom acabamento. Porm, como o
magnsio oxida facilmente, decompondo a gua e gerando calor e
hidrognio (levando muitas vezes combusto), s pode ser usinado a
seco ou com leos refrigerantes de baixa viscosidade, sem enxofre
(Amorim). Em circunstncia alguma se deve utilizar gua, emulses ou
solues aquosas (Stemmer, 2005).
5.2)
Material da ferramenta
a) Ao rpido O ao rpido permite a utilizao de qualquer tipo de
fluido de corte (solveis ou insolveis).
b) Metal duro Assim como o ao rpido, no oferece restries para a
maioria dos fluidos de corte. No entanto, para o metal duro existem
problemas referentes sensibilidade aos 27
choques trmicos. O que se faz com intuito de minimizar esse
inconveniente tomar os seguintes cuidados: ligar o fluxo de fluido
de corte antes de iniciar a operao; Manter o fluxo do fluido de
corte por algum tempo aps o termino do processo; Usar leos de baixa
transferncia de calor quando o fluxo do fluido refrigerante no for,
com certeza, constante (Stemmer 2005).
c) Cermica A ferramenta de cermica utilizada geralmente a
seco.
d) Diamante Utilizam-se, na maioria das vezes, solues aquosas
como fluido de corte para o diamante.
5.3)
Processo de Usinagem
Em processos com baixa velocidade de corte (de usinagem difcil)
recomendam-se fluidos com boas caractersticas de lubrificao, os
insolveis em gua (leos com aditivos de extrema presso, por
exemplo). Na usinagem fcil, onde se utilizam altas velocidades de
corte, a caracterstica esperada do fluido a qualidade refrigerante
(usam-se emulses ou solues). Colocando os processos de usinagem em
ordem crescente de dificuldade de usinagem (conseqentemente em
ordem decrescente de velocidade de corte), temos: Serrar, Fresar,
Furar, Torneamento, Cortar, Furao profunda, Escanhoar engrenagens,
Fazer roscas. Na retificao ocorrem fortes aquecimentos de certos
que produzem camadas marcas macias de por
superaquecimento,
endurecimento
pontos,
recristalizao, trincas, etc. Assim, necessrio reduzir a
temperatura na zona de retificao. Isso pode ser feito atravs de
refrigerao ou reduzindo-se o atrito (lubrificao). Em operaes leves
de retificao (retificao sem centros, retificao plana) empregam-se
normalmente fluidos de corte miscveis em gua. Atravs de aditivos o
conjunto pea-ferramenta fica protegido contra corroso, reduz-se o
atrito e o desgaste. Na retificao com rebolos perfilados (roscas,
engrenagens), gera-se muito calor de atrito. Alm disso, h grandes
exigncias quanto preciso de formas e de
28
medidas e de qualidade do acabamento. Por conta disso, leos com
aditivos redutores do atrito so utilizados. J no superacabamento, o
fluido de corte deve reduzir o atrito e o desgaste, isso para que
se obtenha a mnima rugosidade superficial. Utilizam-se leos de
viscosidade muito baixa com aditivos de extrema presso e busca-se
melhorar as qualidades lubrificantes.
29
Tabela 2. Seleo do fluido de corte de acordo com o material da
pea e da operao de usinagem.
Material Alumnio
Fresamento leo Solvel (96% gua) ou leo mineral
Furao leo Solvel (7090% gua)
Roscamento 25% leo a base de enxofre misturado com leo mineral
10-20% banha com leo mineral 30% banha com 70% leo mineral 30%
banha com 70% leo mineral
Torneamento leo mineral com 10% gordura ou leo Solvel leo
mineral com 10% gordura leo Solvel
Lato
leo Solvel (96% gua)
leo Solvel
Bronze
leo Solvel
leo Solvel
Ao-ligas
10% banha animal com 90% leo mineral Seco
leo Solvel
25% leo a base de enxofre com 75% leo mineral Seco
Ferro Fundido
Seco
Seco ou 25% banha com 80% leo mineral leo Solvel
Ferro Malevel
leo Solvel
leo Solvel leo Solvel leo Solvel
leo Solvel
Cobre
leo Solvel
leo Solvel
leo Solvel
Ao ferramenta e baixo carbono
leo Solvel
25-40% banha com leo mineral
25% banha com 75% leo mineral
Fonte: Fox Valley Technical College.
5.4)
Tipo de mquina
Muitas mquinas para processos de usinagem especficos, como
brochadeiras e rosqueadeiras, utilizam ferramentas caras e com
exigncias de alto grau de acabamento das peas, necessitando de
fluidos de corte especiais, em geral leos com aditivos de extrema
presso.
30
Em centros de usinagem que realizam uma grande variedade de
processos comum a utilizao de fluidos de corte com ampla gama de
aplicaes.
31
6. MANUTENO DOS FLUIDOS DE CORTE
O monitoramento da qualidade do controle e da manuteno dos
fluidos deve ser realizado para antecipar problemas. Aspectos
importantes do controle de fluidos incluem inspees de sistemas e
medies peridicas dos parmetros dos fluidos tais como a concentrao,
o crescimento microbiolgico e o pH. A reciclagem de fluidos pode
ajudar nos problemas de resduos de fabricao, a diminuir o tempo de
parada de mquinas, a reduzir os custos e minimizar os problemas de
poluio. A filtrao peridica durante o uso para a remoo de partculas
grosseiras e pequenos cavacos (para posterior refundio) aumenta a
vida til destes fluidos. O fluido de corte solvel em gua tem
essencialmente a habilidade refrigerante da prpria gua. Quando
comparados aos fluidos a base de leo, os solveis em gua oferecem
como vantagens baixo custo, simples manuseio e menor risco sade.
Entretanto, o uso dos fluidos a base de gua apresenta problemas de
deteriorao por microorganismos, corroso acelerada e pouca
compatibilidade com materiais de vedao (Souza, 2007). A contaminao
dos fluidos de corte por bactrias anaerbias e aerbias resultam em
reduo do pH do fluido, mau cheiro caracterstico, corroso nos
materiais e equipamentos envolvidos e irritao na pele e mucosas do
operador. Tal contaminao leva quebra da emulso e formao de camadas
de leo em suspenso (biofilme) que, quando removida, impede a
proliferao das bactrias. Porm, tcnicas de deteco instantneas de
microorganismos ainda so financeiramente inviveis, sendo que mesmo
os modelos mais simples, como os citmetros de fluxo, custam em
torno de U$100.000. Logo, o indicador usual de bactrias e fungos
nos fluidos de corte ainda o mau odor proveniente do fluido
contaminado (Thom, 2006).
32
Figura 15. Citmetro de fluxo. Fonte: Monlab Hematology
(http://www.monlab.es/ingles/productos-hematologia/conthematologicos-symex.html).
As bactrias geram subprodutos cidos, reduzindo, assim, o pH da
emulso e sua proteo anticorrosiva. Para impedir a proliferao
bacteriana, o pH adequado das emulses deve estar entre 9 e
10,5.
Figura 16. Cultura de bactrias em fluido de corte. A colorao
avermelhada devido presena de fungos. Fonte: Burge, Harriet.
Machining Coolants.
(http://www.emlab.com/s/sampling/env-report-102006.html)
33
6.1)
Armazenagem Deve-se evitar a infiltrao de outros lquidos,
inclusive gua, e a faixa
recomendada para a temperatura de armazenagem situa-se entra 10
e 45C.
6.2)
Preparao A preparao do fluido um importante passo para a extenso
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 muito
importante. O concentrado e a gua devem ser misturados em um
recipiente fora do depsito, de acordo com as regras do fabricante.
Se a mistura for preparada dentro do recipiente de aplicao ela pode
ser misturada incompletamente. A qualidade da gua empregada nas
solues e emulses deve ser limpa e isenta de germes, possuir pH o
mais neutro possvel e apresentar baixa dureza, ou seja, os seus
sais minerais (como carbonato de clcio e de magnsio) devem ser
removidos, pois prejudicam a estabilidade da emulso. Porm, a gua
muito mole induz formao de espumas. O amaciamento da gua pode ser
feita por deionizao, osmose reversa e destilao.
6.3)
Tratamento Apesar da manuteno adequada do fluido de corte, sua
qualidade eventualmente
cair a um ponto onde dever ser reciclado ou descartado. Saber a
hora certa de se fazer uma purificao do fluido fundamental, pois
depois de degradado devido presena de bactrias ou de grandes
concentraes de leos indesejveis o fluido no pode ser mais tratado.
Se o fluido exibir alguma das seguintes caractersticas (vlido para
emulses) no devera ser tratado, pelo contrrio, dever ser descartado
e a mquina bem limpa antes da aplicao de um novo fluido (Iowa,
2003): pH menor que 8.0; Aparncia escura ou preta (o normal uma
aparncia leitosa ou opaca); Presena de forte odor azedo ou de
degradao (o normal um leve odor de produto qumico). Equipamentos de
separao incluem tanques de sedimentao, separadores magnticos,
separadores de ciclones e centrfugas. A funo preliminar destes
34
equipamentos a remoo de partculas, porm, os tanques de
sedimentao e as centrfugas podem tambm ser usados para remover leos
indesejveis. a) Tanques de sedimentao A decantao, como no caso do
tratamento de guas, um processo de separao por gravidade. composto
por um tanque de decantao onde o fluido despejado, e aps certo
tempo, as impurezas slidas se depositam no fundo e leos indesejveis
flutuam na superfcie. O tanque pode ser equipado com esteira de
raspadores que arrasta as partculas depositadas, ou com escumadores
que removem as impurezas da superfcie. No momento do despejo do
fluido sobre o tanque, desaconselhvel o uso de fluidos que tendem a
formar espuma. Portanto, cuidados especiais devem ser tomados no
uso do mtodo para fluidos semi-sintticos e emulses.
Figura 17. Tanque de decantao. Fonte: CIMM
(www.cimm.com.br).
b) Separadores magnticos Usam ms cilndricos para remover as
partculas ferrosas. O lquido contaminado gira lentamente entre os
cilindros magnticos que extraem as partculas ferrosas do lquido. As
partculas ferrosas so raspadas ento do cilindro magntico. Os metais
no ferrosos que passam pelo cilindro magntico so removidos por
outros processos de separao.
35
Figura 18. Separador magntico da Knoll Amrica. Fonte: Todays
Machining World
(http://www.todaysmachiningworld.com/how-it-works-cuttingfluids/)
c) Separadores de ciclone Os separadores de ciclone e as
centrfugas usam uma gravidade artificial para a separao das
impurezas. As diferenas de densidade entre o fluido do corte e as
impurezas causam sua separao. O fluido entra em um reservatrio em
forma de cone e a fora da centrifugao faz as partculas de impureza
escorregarem pela parede para baixo e para fora. A desvantagem
desse tipo de separao a tendncia de emulsificar leos indesejveis
(Iowa, 2003).
36
Figura 19. Separador cliclone. Fonte: Jain
(http://www.jains.com/irrigation/filtration%20equipments/jain%20hydrocyclone%20filter.htm)
d) Centrfugas Algumas centrfugas podem exercer uma fora de at
6000 vezes a fora da gravidade no fluido de corte. Ao contrrio dos
separadores ciclone, as centrfugas de alta velocidade podem separar
at mesmo leos indesejveis que foram emulsificados no fluido e tambm
remover bactrias (Iowa, 2003). As desvantagens das centrfugas
necessidade de constante manuteno e seu custo. Em alguns casos pode
ocorrer a separao dos componentes de uma emulso, por isso deve-se
consultar a recomendao dos fabricantes dos fluidos de corte.
e) Equipamento de filtrao Envolve a passagem do fluido de corte
atravs de um material permevel para a remoo das partculas
indesejveis. Os filtros podem ser permanentes ou descartveis, e so
feitos tipicamente de materiais como papel, pano e fibras
sintticas. Em algumas aplicaes pode ser necessrio o uso de uma srie
de filtros progressivamente mais finos a fim se conseguir o nvel
desejado de remoo de contaminantes. Os sistemas de filtrao usados
na reciclagem de fluidos de corte incluem a filtrao a vcuo, presso
e por gravidade.
37
f) Separao por flotao um processo no qual o fluido de corte
aerado para causar a separao. Durante a aerao, leos e partculas se
aderem as bolhas e so carregadas para a superfcie onde so
escumadas.
6.4)
Descarte
De acordo com o Iowa Waste Reduction Center (2003), os resduos
perigosos caractersticos apresentam uma ou mais da seguintes
propriedades: Ignitabilidade resduos que podem inflamar durante o
transporte,
armazenamento ou descarte; Corrosividade trazem contaminantes
txicos, reagem com outros elementos, podem afetar diretamente a
sade humana, Reatividade qualquer tipo de resduo que pode causar um
problema, como uma exploso, em qualquer estgio do seu ciclo de
descarte; Toxicidade possui quantidades suficientes de arsnio,
brio, cdmio, cromo, mercrio, selnio e prata devido a sua toxicidade
sade humana e ao meio ambiente. Aps o seu uso, os fluidos de corte
podem ser reciclados ou descartados internamente, pela prpria
empresa, ou atravs de uma companhia de servios 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 separvel da gua
pode ser reciclado. Ao desfazer dos resduos e rejeitos, estes no
podero ser lanados diretamente no ambiente. Devero ser tratados
convenientemente e, dependendo do modo e qualidade do tratamento, o
resultado pode ser a eliminao dos resduos ou um aumento da poluio
destes no ar e na gua. Conforme Silva et al (2000 apud Ramos et al,
2002), o leo integral pode ainda ser queimado em caldeira, desde
que permitido em legislao, devendo o mesmo estar isento de
impureza, com baixa concentrao de enxofre e sem cloro. Quanto aos
fluidos de corte solveis em gua, necessrio separar o leo da gua (no
caso de emulses) e dos demais produtos qumicos da gua (no caso de
solues) antes do descarte.
38
A resoluo N 9 do Conama, de 31 de agosto de 1993, contempla a
poltica de reciclagem e descarte de fluidos de corte. A borra
produzida deve ser descartada de maneira correta conforme norma em
legislao. Atualmente existe certa tendncia em evitar contedos
problemticos dos refrigerantes, tais como, compostos de cloro,
parafina, formaldedos, nitretos, metais pesados e outras substncias
nocivas. Substncias perigosas, poluentes da gua, como tambm
resduos, devem ser evitados ou, pelo menos, ter seus volumes
reduzidos ao mnimo.
39
7. ASPECTOS NOCIVOS DOS FLUIDOS DE CORTE
7.1) Impactos ao Ser Humano
Grande parte dos fluidos possui componentes que podem causar,
alm do impacto ambiental, doenas ao ser humano. O contato do fluido
com o operrio pode ser direto ou atravs de vapores, nvoa ou
subprodutos formados durante a usinagem. Doenas causadas pela ao
direta com o fluido de corte: Problemas de pele (como irritaes,
dermatites e erupes); Cncer (de pele, reto, clon, bexiga, estmago,
...); Doenas pulmonares (como asma, bronquite, pneumonia e reduo da
capacidade respiratria).
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
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 mantm contato permanente com os trabalhadores, sendo causas
de problemas mencionados anteriormente, como as dermatoses. Em
relao ao meio ambiente, infelizmente os produtos que agregam boas
caractersticas tecnolgicas aos fluidos de corte so em sua grande
maioria nocivos. Durante o uso, normalmente em circuito fechado, o
fluido tambm recebe contaminaes de outros produtos e elementos
nocivos, como solventes e metais pesados do material da pea,
ferramenta e revestimentos. A figura a seguir mostra os aspectos
ambientais relacionados utilizao 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
descartado, pois a reciclagem integral dos fluidos de corte ainda
invivel economicamente, uma vez que esta soluo no abrange o
problema como um todo, evitando somente a contaminao no descarte do
fluido de corte. Os gases produzidos pelas elevadas 41
temperaturas de corte, os respingos, os volumes agregados aos
cavacos e peas, so exemplos de problemas no eliminados com o
tratamento. Como j mencionado anteriormente, existem legislaes
rigorosas para o controle do descarte de fluidos de corte, devido a
seus elementos nocivos. Em anexo encontrase a RESOLUO N 9, DE 31 DE
AGOSTO DE 1993 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, a qual
estabelece definies e torna obrigatrio o recolhimento e destinao
adequada de todo o leo lubrificante usado ou contaminado. As
especificaes mencionadas na Resoluo devem ser rigorosamente
seguidas para que crimes ambientais no sejam cometidos, evitando
desta forma tanto atos extremamente prejudiciais ao meio ambiente a
ao homem, como problemas judiciais que envolvam a organizao. Dentro
do contexto atual de responsabilidade ambiental vivenciado pelas
empresas, os fabricantes de fluidos de corte esto trabalhando no
sentido de adaptar seus produtos s novas exigncias ecolgicas
impostas pela sociedade. Certamente o desenvolvimento tecnolgico
neste setor deve conduzir para o surgimento de novos produtos no
nocivos e com boa eficincia nas operaes de corte.
42
8. MTODOS ALTERNATIVOS DE USINAGEM Processos limpos
Os mtodos alternativos de usinagem, tambm chamados de processos
limpos, visam reduo dos impactos sade do operador e ambientais dos
fluidos de corte. Dentre esses mtodos, podemos citar a tradicional
usinagem a seco, o corte com mnima quantidade de fluido (MQFC) e o
corte com fluidos biodegradveis.
8.1) Usinagem a seco
A usinagem a seco (isto , sem utilizao de fluidos de corte) est
novamente se tornando popular por problemas econmicos (custos de
aquisio, manuteno, armazenamento e eliminao dos fluidos) e
ambientais. Outro aspecto positivo a reduo do choque trmico, alm da
reduo das trincas e dos lascamentos (Yuhara, 2001). Porm, o uso
deste tipo de usinagem estabelece certas exigncias em relao aos
seus fatores influentes, devendo ser observadas uma seleo correta
do material de trabalho, das especificaes de corte e principalmente
das ferramentas utilizadas. Quanto ao material da pea, a maioria
dos aos podem usinados sem aplicao de fluidos refrigerantes
(Amorim). Em relao ferramenta utilizada, a aplicao de camada de
revestimento reduz o coeficiente de atrito na zona de contato,
reduzindo as foras decorrentes da frico e a gerao de calor, o que
ajuda a evitar ou diminuir a tendncia aderncia dos cavacos. Alm
disso, a camada de revestimento tambm pode atuar isolando
termicamente o substrato da ferramenta. Entretanto, em alguns
processos de usinagem a operao sem fluido de corte impraticvel,
como na retificao.
43
Figura 20. Mquina-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 Mnima Quantidade de Fluido
Nesse mtodo o fluido aplicado em volumes muito baixos, podendo
chegar a diminutos 10 ml/h, juntamente com um fluxo de ar
(pulverizao), direcionado contra a sada do cavaco, ou entre a
superfcie de folga da ferramenta e a pea. Esta pequena quantidade
de fluido pode ser suficiente para reduzir o atrito no corte e
diminuir a tendncia aderncia. Dessa forma o cavaco sai do processo
de usinagem praticamente seco, sem necessidade de tratamento.
Todavia, o vapor, a nvoa e a fumaa de leo podem ser considerados
subprodutos indesejveis, aumentando o poluente em suspenso no ar,
sendo necessria, por vezes, a implantao de um sistema de exausto.
Ademais, o fluido considerado sem retorno. Outro fator negativo
desse mtodo o rudo causado pela linha de ar comprimido, que pode
prejudicar a sade do operador e perturbar a comunicao.
44
Figura 21. Furao com mnima quantidade de fluido de corte. Fonte:
Schroeter, Rolf B. Minimizao e eliminao do fluido de corte no
processo de furao.
(http://www.lmp.ufsc.br/linhas_pesquisa/dueco/dueco_minim.html)
Figura 22. Diagrama esquemtico de um sistema de Mnima Quantidade
de Refrigerao. Fonte: Catai et al, 2003.
45
8.3) Fluidos de corte biodegradveis
Alm da facilidade de degradao, os fluidos de corte
biodegradveis, em geral, no causam danos nocivos ao operador e, em
alguns casos, apresentam melhor rendimento. Um tipo de fluido de
corte biodegradvel que pode ser citado o fluido base de leo de
mamona, desenvolvido por um grupo de pesquisa da EESC USP (Escola
de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo). Este fluido
no utiliza substncias derivadas do petrleo em sua composio e
produzido a partir de uma fonte renovvel. Junto ao fluido so
acrescentados detergente que faz a ligao entre o leo e a gua , um
anti-corrosivo e um bactericida (CIMM, 2009). Atualmente, o fluido
base de leo de mamona comercializado por uma empresa parceira da
universidade.
46
9. FORNECEDORAS NO BRASIL
Armo do Brasil
BW Lubrificantes
Castrol Motor Oils and Lubricants
Cosan
47
Mobil Industrial Lubricants
Petroquim Lubrificantes Industriais
48
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
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