Lubrificação na Conformação

Segundo Schaeffer (4), todas as operações de estampagem necessitam de uma lubrificação adequada, em especial as operações de Embutimento, o mesmo cita de forma abrangente e genérica, três funções principais para os lubrificantes no processo de conformação:

- Evitar o contato direto entre a peça e a ferramenta; - Aumentar ou diminuir o atrito do prensa-chapa; - Aumentar ou diminuir o esforço do prensa-chapa.

Em operações de extremas pressões os lubrificantes aditivados são recomentados, principalmente os a base de bissulfeto de molibdênio. Para aço carbono se recomenta o uso de lubrificantes com propriedades inibidoras de oxidação. O uso de filmes plásticos é recomendado para operações de Embutimento, pois tem bons resultados (4).

Altan (1) e Helman (2) definem de forma mais detalhada, as funções e características desejáveis aos lubrificantes a serem usados nos processos de conformação:

- Reduzir atrito entre matriz/punção e peça, usando lubrificantes de alta “lubricidade”, mesmo em altas pressões e temperaturas;

- Impedir a Adesão metálica entre matriz e produto processado;

- Agir prevenindo a aderência entre matriz/punção e peça e o desgaste por adesão; - Possuir boas propriedades de isolamento térmico, nos casos de forjamento a quente, para minimizar a perda de calor da peça para a matriz/punção;

- Não apresentar toxidade ao ambiente, ser inerte para evitar/minimizar reações entre matriz/punção e peça com as elevadas temperaturas durante o forjamento;

- Não ser abrasivo para evitar o desgaste por abrasão ou marcas nas peças;

- Ser livre de componentes poluidores ou venenosos, não produzir gases perigosos, ou possuir odor desagradável;

- Facilidade na aplicação e remoção da matriz/punção e peça; - Ser de fácil disponibilidade para compra ao menor custo possível;

- Possuir condutividade elétrica, para ajudar a dissipar as cargas elétricas estáticas produzidas pelo atrito.

Em 1902, Stribeck foi o primeiro pesquisador a relatar a dependência do coeficiente de atrito com a velocidade de Eixos em Mancais de rolamento. Seu trabalho apresentou uma curva com três regimes de lubrificação distintos, que recebeu o nome de “Curva Stribeck”. O coeficiente de atrito, posteriormente foi apresentado como uma função dos parâmetros de Viscosidade do Lubrificante, Numero de rotações do Eixo e a Pressão normal sobre o Eixo (13).

Existem basicamente três condições de Lubrificação (1, 13, 19):

- Condição de contorno (BL): Esta condição apresenta situações de elevadas pressões e temperaturas, não permite a lubrificação em regime hidrodinâmico. Este tipo de lubrificação não permite uma análise confiável, a maioria dos conhecimentos sobre esta condição de lubrificação é empírica (baseado em observação, sem comprovação cientifica). A presença de lubrificante neste regime é praticamente inexistente e o coeficiente de atrito é determinado pela aderência entre as duas superfícies, os valores de coeficiente de atrito variam entre 0,1< µ <0,3.

- Condição Mista (ML): Esta é a condição normalmente presente nos processo de conformação de metais, nesta um fino filme de lubrificante envolve toda a superfície de contato, ela é intermediaria entre a Condição de Contorno e Hidrodinâmica, os valores de coeficiente de atrito variam entre 0,01< µ <0,1.

- Condição Hidrodinâmica (HL): Nesta, uma camada espessa de fluido envolve as superfícies de contato, e as tensões geradas dependem fortemente da viscosidade de fluido, onde os estudos de Mecânica de fluidos são aplicados, os valores de coeficiente de atrito são de µ < 0,01.

Figura 29 – Curva genérica de Stribeck.

Na Figura 29 a Curva genérica de Stribeck é mostrada, onde se observam os três regimes de lubrificação de forma distinta. Na Figura 30, Folle (19), traz uma imagem similar que mostra de forma representativa a quantidade de lubrificante entre as superfícies em cada um dos regimes de Lubrificação (13, 19).

Figura 30 – Curva esquemática de Stribeck.

Fonte: Folle (2012)

Alguns casos, principalmente quando o processo dominante de desgaste é o desgaste por adesão, são utilizados produtos corrosivos, como fosfatos, sulfetos e cloretos metálicos, eles corroem o material proveniente da adesão e formam um filme macio proveniente da ação corrosiva, com baixos volumes de desgaste e com boas características lubrificantes (baixo atrito, bom acabamento superficial). Alguns lubrificantes usados em processos de corte de metais contem de forma proposital cloro, enxofre e fósforo como aditivos para encorajar um desgaste corrosivo, em lugar do desgaste por adesão que acabaria ocorrendo e trazendo consequências piores ao processo. Sulfetos hidrogenados gasosos e hidrocarbonetos halogenados são usados com o mesmo propósito em lubrificantes, onde as operações apresentam situações de extrema pressão (lubrificantes E.P.) (8, 20).

Bay (20) detalha a influencia das condições de lubrificação no processo de forjamento, e sua variação em função do tipo e severidade do processo. Em sua obra o mesmo relata de forma detalhada as recomendações de lubrificante para o processo de forjamento. Sendo os óleos lubrificantes os mais utilizados nos processos são hidrocarbonetos de petróleo (óleos minerais), os mesmos apresentam boa versatilidade na maioria das operações, contudo em

altas pressões esta camada pode ser rompida ou mesmo modificada pelo aumento de temperatura (20).

Devido às limitações de pressão e temperatura outros tipos de lubrificantes podem ser utilizados, como sabão para temperatura de até 250 °C, contudo o mesmo pode apresentar reações químicas e por vezes pode não ser recomendado. Para temperaturas maiores, usa-se a aplicação de fosfatos de zinco, pois mantem a película lubrificante em altas pressão e temperaturas. O uso de fosfato, mais óleos minerais também é uma pratica bastante usada e vantajosa (20).

Para as condições de forjamento muito pesadas, com elevadas temperaturas e deformações, são usados lubrificantes sólidos, os quais podem ser dissulfeto de molibdênio ou grafite, os quais são aplicados por imersão aquosa onde estes lubrificantes estão dispersos, ou pulverizados sobre as peças antes da conformação, contudo o custo destes Lubrificante e maior que os demais e se possível de ser evitado (20).

As camadas de lubrificante são determinadas em espessura conforme o processo a ser utilizado, sendo recomentado camadas de espessura de 5-7 µm (fosfato) para conformações leves e a frio, 10-15 µm para extrusões a quente ou com elevada pressão, e para elevadas taxas de deformação uma camada de 25 µm é indicada. A quantidade genérica em termos de massa fica entre 5 a 20 g/m² (20).