Fluidos de Corte Aplicados na Furação

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

Mesmo com todo esforço para redução do calor gerado no processo de usinagem, o calor continua sendo gerado, em maior ou menor escala, dependendo das condições de usinagem, material da peça e da ferramenta, etc. Assim, esse calor deve ser extraído da região de corte, da peça e da ferramenta (refrigeração), para evitar seus efeitos danosos (DINIZ et al., 1999).

2.8.1. Funções dos fluidos de corte

Os fluidos de corte apresentam duas funções básicas que são: • Lubrificar em baixas velocidades de corte;

Como funções secundárias para os fluidos de corte podem considerar:

• Melhoria no acabamento, pela redução ou eliminação da APC e pela redução das forças de corte devido ao efeito lubrificante;

• Ajudar a retirar o cavaco da zona de corte, pois estes cavacos podem comprometer o acabamento e a ferramenta de corte. Isto é de singular importância em processos como furação e brochamento;

• Proteger a máquina-ferramenta e a peça da corrosão atmosférica. Neste caso são adicionados aditivos antioxidantes e anti-corrosivos aos fluidos;

• Evitar o aquecimento excessivo da peça, problemas de controle dimensional e queimaduras do operador;

• Contribuir na quebra do cavaco, injetando fluido sob alta pressão ou agindo na redução da área de contato cavaco-ferramenta provocando uma maior curvatura do cavaco e facilitando sua quebra (CHILDS, 1972; DA SILVA, 2006; MACHADO, 1990);

• Refrigerar a máquina-ferramenta.

Além das funções acima citadas, os fluidos de corte devem possuir propriedades como: anti-espumantes, anti-corrosivas, antioxidantes, anti-desgaste e anti-solda (EP); boa umectação; capacidade de absorção de calor; transparência e inodoro; não formar névoa nem provocar irritações na pele; compatibilidade com o meio ambiente; índice de viscosidade apropriado.

Para conferir as propriedades citadas aos fluidos ou para reforçá-las, alguns produtos químicos chamados de aditivos são utilizados, os principais são (MACHADO et al, 2009; SALES, 1999):

• Anti-espumantes: Evitam a formação de espumas que podem impedir uma boa visão da região de corte, comprometer o efeito refrigerante do fluido e fazer com que o fluido transborde do tanque;

• Anti-corrosivos: Protegem peça, ferramenta e máquina-ferramenta da corrosão. São produtos a base de nitrito de sódio (suspeitos de serem cancerígenos);

• Antioxidantes: Impedem que o óleo se deteriore quando em contato com o oxigênio do ar;

• Detergentes: Reduzem a deposição de lodo, lamas e borras. São compostos organometálicos contendo magnésio, bário e cálcio entre outros.

• Emulgadores: Responsáveis pela formação de emulsões. Os tipos principais são os sabões de ácidos graxos, as gorduras sulfatadas, sulfonatos de petróleo e emulgadores não-iônicos;

• Biocidas: Substâncias ou misturas químicas que inibem o desenvolvimento de microrganismos;

• Aditivos Extrema Pressão (EP): Em operações severas conferem aos fluidos uma lubricidade melhorada para suportarem as elevadas temperaturas e pressões de corte, reduzindo o contato metal-metal. Os mais empregados são aditivos sulfurizados, sulfurados, fosforosos e substâncias cloradas.

2.8.2. Classificação dos fluidos de corte

Embora genericamente designados como “fluidos” de corte, os materiais que cumprem as funções citadas anteriormente (lubrificação, refrigeração, etc.) podem ser na verdade sólidos líquidos e gasosos.

Os agentes gasosos visam principalmente à refrigeração, mas o fato de estarem sob pressão, auxilia também na expulsão do cavaco. Usa-se o ar comprimido em temperaturas abaixo de 0°C, o CO2 (dióxido de carbono ou gelo-seco) para altas velocidades de corte de

ligas de difícil usinagem, e o nitrogênio para operações de torneamento. Os agentes sólidos podem ser utilizados com objetivos de lubrificação de duas maneiras distintas (FERRARESI, 1977):

• Lubrificantes sólidos: pó aplicado diretamente na superfície de saída da ferramenta antes da operação de usinagem (MOS2 ou grafite);

• Aditivos metalúrgicos: elementos adicionados ao material da peça durante a sua fabricação (enxofre, bismuto, chumbo, manganês, telúrio ou selênio), são chamados de aditivos de livre corte.

O grupo maior, e mais amplamente empregado é o composto pelos líquidos.

Podemos dividi-lo em dois subgrupos:

1. Fluidos que não são misturados com água: Óleos de cortes integrais, óleos minerais, óleos graxos, óleos compostos, óleos de extrema pressão; óleos sulfurados e clorados; 2. Fluidos formados a partir da adição de óleo concentrado à água: Emulsões e Soluções.

• Óleos de cortes integrais

Óleos integrais são, basicamente, óleos minerais puros ou com aditivos (a base de cloro ou enxofre ou misturas destes dois, dando características de extrema pressão ao fluido). Devido ao alto custo, riscos de fogo, ineficiência em altas velocidades de corte, baixo poder refrigerante e formação de fungos, além de oferecerem riscos à saúde do operador, vêm perdendo espaço, sempre que possível, para os óleos solúveis em água. Entretanto, nos dias atuais já é possível à utilização de óleos de origem vegetal com boas propriedades lubrificantes e que oferecerem menos riscos à saúde do operador.

• Emulsões

Apresentam duas fases, uma fase contínua consistindo de pequenas partículas de óleo mineral suspensos na água (segunda fase), esta mistura é possível com a adição de agentes emulsificadores, ou seja, que ajudam a formar as gotículas de óleo que ficam dispersas na água. São usados aditivos anticorrosivos, biocidas, elementos EP e antidesgaste. Usa-se ainda gordura e óleos (animal e vegetal) para melhorar as propriedades de lubrificação.

Os fluidos semi-sintéticos (microemulsões) são também formadores de emulsões. Eles se caracterizam por apresentarem aditivos e compostos químicos e uma menor quantidade de óleo mineral ou vegetal, o que lhes conferem uma coloração menos leitosa e mais transparente. São também acrescentados aditivos como nos fluidos anteriores.

• Soluções

São compostos monofásicos de óleos dissolvidos completamente na água. Os compostos reagem quimicamente formando fases únicas o que dispensam o uso de elementos emulgadores. Pertencendo à classe das soluções, encontram-se os fluidos sintéticos, que se caracterizam por serem livres de óleo mineral em sua composição. São adicionados vários aditivos (lubricidade, biocidas, inibidores de corrosão), sais orgânicos e inorgânicos com água. Os óleos mais complexos são de uso geral, com boas propriedades refrigerantes e lubrificantes. Quando os fluidos sintéticos contêm apenas inibidores de corrosão, e as propriedades EP não são necessárias são chamados de refrigerantes químicos ou soluções verdadeiras.

2.8.3. Método de aplicação

Os fluidos de corte podem ser aplicados sob diversas direções, vazões, posicionadas na interface cavaco-ferramenta ou na peça. As formas tradicionalmente empregadas são (FERRARESI, 1977; DROZDA; WICK, 1993; ASM INTERNACIONAL, 1989):

1. Aplicação externa: devido à baixa modernização do parque fabril brasileiro esta é a

aplicação mais encontrada nas linhas de produção (TEIXEIRA, 2001). Nesta aplicação, através de um jato externo, o fluido é direcionado convenientemente para a região de interação entre a ferramenta e a peça. A Fig. 2.37 mostra de forma esquemática três direções comuns de aplicação externa dos fluidos de corte. A aplicação externa pode ser feita basicamente por três métodos, que são:

• Jorro do fluido a baixa pressão, ou por gravidade: este sistema é o mais usado pela sua simplicidade. O fluido é jorrado sobre-cabeça contra a superfície do cavaco, ou ainda na superfície de saída da ferramenta;

• Sistema a alta pressão: neste caso o objetivo principal é melhorar a quebra do cavaco. Um jato de fluido a alta pressão (48 Kgf/cm2 à vazão de 15 l/min) é jogado em duas direções: na direção sobre-cabeça e contra a superfície de saída da ferramenta (SALES, 1999);

• Mínima quantidade de fluido de corte (MQF): bicos externos pulverizam uma quantidade mínima de lubrificante em um fluxo de ar comprimido, normalmente com uma vazão menor que 100ml/h (NOVASKI; DÖRR, 1999). Utiliza-se geralmente o princípio de Venturi para fazer a mistura ar-fluido.

Figura 2.37 – Direções de aplicação externa de fluidos de corte. A - aplicação sobre-cabeça, B - aplicação entre a superfície de saída e o cavaco e C - aplicação do fluido entre a superfície de folga e a peça (SALES, 1999)

2. Aplicação interna: para fazer o fluido de corte chegar até a zona de corte podem ser

utilizados canais convenientemente preparados nos suportes e/ou nas ferramentas. Esta forma de aplicação permite obter uma excelente penetração do fluido nas interfaces cavaco- ferramenta e ferramenta-peça. Porém o emprego desta técnica exige condições e características apropriadas no conjunto máquinas-ferramentas, suportes e ferramentas de corte, de modo a permitir a circulação dos fluidos até a zona de corte. Tudo isso se traduz em maiores custos dos equipamentos e exigem maiores cuidados com o ferramental (TEIXEIRA, 2001). A Fig. 2.38 ilustra, de forma esquemática, uma aplicação com fluxo interno de fluido de corte para o processo de furação.

Figura 2.38 - Exemplo de aplicação interna de fluidos de corte na furação (Klocke, 1996)