2.5.1. Direções de Aplicação
O fluido de corte pode ser aplicado sob diversas direções e/ou vazões, posicionado na interface cavaco-ferramenta ou na peça. Enfim, são inúmeras as combinações possíveis para a sua aplicação (SALES, 1999). Da Silva (2006) em seu trabalho mostra várias direções de aplicação do fluido de corte no processo de torneamento (Fig. 2.7).
Figura 2.7 - Direções de aplicação do fluido de corte (DA SILVA, 2006 - adaptado)
Não há um consenso em relação à melhor direção de aplicação do fluido de corte. A direção A (sobre-cabeça) é a mais tradicional, provavelmente pelo fato de os primeiros sistemas de aplicação serem rígidos e possuírem poucos graus de liberdade, dificultando assim a aplicação em outras direções. Entretanto, a direção ―A‖ mostra-se inadequada quando cavacos emaranhados são produzidos, pois estes impedem o acesso do fluido à interface ferramenta-cavaco. A direção ―B‖ apresenta desvantagem de aplicação do fluido no sentido contrário ao do movimento do cavaco, sendo recomendada quando o fluido é aplicado sob elevada pressão (MACHADO et al., 2011).
Almeida et al. (2007) investigaram a influência da direção de aplicação do fluido de corte na temperatura da interface cavaco-ferramenta. O fluido foi aplicado individualmente na superfície de saída e na superfície de folga (direção ―C‖) da ferramenta e depois nas duas simultaneamente, durante o processo de torneamento de um aço de corte-fácil. Variando a taxa de avanço, a velocidades de corte, a concentração do fluido de corte e, com auxílio do método termopar ferramenta-peça para medir a temperatura de usinagem, obtiveram várias conclusões. Verificou-se que o melhor método de aplicação de um fluido seria aquele onde a refrigeração acontecesse apenas na superfície da ferramenta, para garantir a redução da temperatura da ferramenta, aumentando assim a vida da mesma, e para não impedir o efeito do amolecimento do material nas zonas de cisalhamento.
2.5.2. Outros Métodos de Aplicação
Existem vários tipos de materiais que possuem alta resistência ao cisalhamento e a usinagem a seco, para esses materiais, se torna inviável na linha de produção, devido ao rápido desgaste da ferramenta. Uma alternativa ao corte a seco é a utilização da Mínima Quantidade de Fluido – MQF. Este nome é dado ao procedimento de se pulverizar uma quantidade mínima de óleo (normalmente, entre 10 a 150mL/h) em um fluxo de ar comprimido. Esta mistura ar-óleo, apesar de não possuir alta capacidade de refrigeração do processo, muitas vezes tem alta capacidade de lubrificação da região de corte (DINIZ et al., 2010). A Fig. 2.8 mostra esquematicamente um sistema MQF no processo de torneamento, que mistura o fluido com o ar comprimido (SHOKRANI et al., 2012). Este dispositivo foi instalado com aplicação na posição "B" da Fig. 2.7, entre o cavaco e a superfície de saída da ferramenta.
Figura 2.8 - Esquema de um instrumento de MQF e seus componentes (SHOKRANI et al., 2012 - adaptado)
Khan et al. (2009) investigaram o efeito do MQF no torneamento de um aço AISI 9310, utilizando óleo de base vegetal. Esse método foi comparado com a usinagem a seco e em abundância. Os autores consideraram a temperatura na interface cavaco-ferramenta, a formação de cavacos, o desgaste da ferramenta e a rugosidade da peça como variáveis de resposta. A técnica de MQF apresentou o melhor desempenho entre os métodos (seco e abundância), obtendo redução na temperatura de corte permitindo a favorável formação de cavaco e interação cavaco-ferramenta, redução no desgaste, aumentando da vida da ferramenta e melhoria no acabamento superficial.
Diniz et al. (2010) destacam alguns fatores negativos na utilização de MQF no processo de usinagem como: poluição ambiental (vapor do óleo), consumo (névoa é considerada sem retorno), ruído (pulverização realizada com ar comprimido).
Também pode-se citar o método de aplicação por gotejamento onde pequenas gotas de emulsão são lançadas na zona de interface ferramenta - cavaco. Neste método, predomina a simplicidade do dispositivo, que pode ser o mesmo utilizado na aplicação por jorro.
Outro método eficaz na usinagem dos materiais, principalmente aqueles de baixa usinabilidade, é a aplicação do fluido de corte em alta pressão, na qual tem o objetivo principal melhorar a quebra do cavaco. Machado (1990) e Ezugwu (2005), utilizando este método no processo de torneamento aumentou a usinabilidadede ligas aero-espaciais (titânio e níquel) que possuem difícil controle do cavaco pelos métodos convencionais. Naves et al. (2013) também mostraram que a usinagem do aço inoxidável austenítico AISI316 com alta pressão aumentou a vida da ferramenta. A Fig 2.9 ilustra o método e sua eficiência em quebrar os cavacos.
Figura 2.9 – Ilustração do método de aplicação do fluido de corte sob alta pressão (MACHADO, 1990)
Quando aplicado em alta pressão, o fluido cria uma cunha hidráulica entre a ferramenta e o cavaco, penetrando na interface com uma velocidade elevada, normalmente superior às altas velocidades de corte e altera as condições de saída do cavaco (MAZURKIEWICZ et al., 1989). A penetração do jato de alta energia na interface cavaco- ferramenta reduz o gradiente de temperatura e elimina seus efeitos. Também oferece uma lubrificação adequada na interface cavaco-ferramenta com uma significante redução no atrito (EZUGWU, 2005).
Como pontos negativos do método, citam-se: i) necessidade de usinagem enclausurada (máquinas com guardas de proteção), uma vez que com a alta pressão cria-se uma névoa muito forte, espalhando fluido em todas as direções; ii) consumo elevado de
energia para bombear o fluido; iii) na usinagem de ligas de níquel, por exemplo, apesar de se mostrar efetivamente positiva com relação aos parâmetros de controle do cavaco, forças e temperaturas e acabamentos superficiais, com relação a vida das ferramentas, o método foi prejudicial. Isto porque o jato de fluido a alta pressão acelera o processo de desgaste de entalhe encontrado neste tipo de usinagem (MACHADO, 1990).