11 a 15 de abril de 2011 – Caxias do Sul – RS - Brasil April 11th to 15th, 2011 – Caxias do Sul – RS – Brazil
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Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011
MANUFATURA ECOLOGICAMENTE CORRETA: ANÁLISE DO
COMPORTAMENTO DA MÍNIMA QUANTIDADE DE LUBRIFICANTE -
MQL NO PROCESSO DE RETIFICAÇÃO CILÍNDRICA EXTERNA DE
MERGULHO
Leonardo Roberto da Silva, lrsilva@deii.cefetmg.br1 Mariana Faccio Mattos, faccio.mariana@hotmail.com1
Lucimar Venâncio Amaral, lu_venancioamaral@yahoo.com.br1 Elaine Carbalho Siqueira Corrêa, elaine@deii.cefetmg.br1 Joel Romano Brandão, jromano@deii.cefetmg.br1
Renato Françoso de Ávila, rfavila1@yahoo.com.br2 1
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - CEFET-MG, Av. Amazonas, 5253, Nova Suíssa, Belo Horizonte, Minas Gerais.
2
IF SUDESTE/MG - Campus Juiz de Fora, Rua Bernardo Mascarenhas, 1.283, Bairro Fábrica, Juiz de Fora, Minas Gerais.
Resumo: Os fluidos de corte convencionais usados para os processos de retificação são um risco ambiental. O
descarte ou reciclagem destes fluidos tóxicos é caro e a contaminação nas proximidades das máquinas pode apresentar riscos à saúde para o pessoal no chão de fábrica. Na retificação existem diversos parâmetros de entrada, entretanto, pouca atenção tem sido prestada à forma e quantidade de fluido de corte aplicada ao processo. Desta forma, esse trabalho pretende explorar o conceito da mínima quantidade de lubrificante (MQL) no processo de retificação. O presente trabalho objetiva analisar o comportamento da técnica de MQL, desenvolvendo uma metodologia otimizada de aplicação de fluido através de confecção de um bocal especial, de geometria retangular e com maior área de atuação na superfície retificada, pelo qual uma quantidade mínima de óleo de origem vegetal é pulverizada em um fluxo de ar comprimido. Neste trabalho foram utilizados fluidos de corte derivados de origem vegetal biodegradável, sendo estes classificados como substâncias inofensivas à saúde e não-cancerígena, visando atender também os requisitos ambientais quando da utilização de rebolo de óxido de alumínio. O desempenho da técnica de MQL foi comparado com a condição de lubri-refrigeração convencional no processo de retificação cilíndrica de mergulho do aço ABNT 4340 temperado e revenido (50 - 52 HRc). O desempenho da aplicação de lubri-refrigeração foi avaliado através da integridade superficial (rugosidade, microestrutura e microdureza) e do desgaste do rebolo. Os resultados permitiram mostrar que o método e a quantidade de lubri-refrigeração são fatores que exercem fortes influências no processo de retificação. Como conclusão, percebeu-se que a técnica de MQL proporciona características muito semelhantes ao método convencional, e que pode ser aplicado na indústria, viabilizando tecnicamente o processo de usinagem com significativa redução no custeio de despesas de descarte do fluido, contribuindo assim para uma manufatura ecologicamente correta.
Palavras-chave: Retificação; Fluidos de corte; Mínima quantidade de lubrificante, Integridade superficial, Desgaste
de rebolo
1. INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, o consumo de energia, a poluição do ar e os resíduos industriais têm despertado especial atenção por parte das autoridades públicas responsável pelo meio ambiente. O meio ambiente tornou-se um dos assuntos mais importantes dentro do contexto da vida na atualidade, pois sua deterioração implicará em danos para a população. Motivados pela pressão dos órgãos ambientais, os parlamentos têm elaborado leis cada vez mais rigorosas no sentido de proteger o meio ambiente e preservar os recursos energéticos. Todos esses fatores citados anteriormente têm influenciado as indústrias, centros de pesquisas e universidades a pesquisarem processos de produção alternativos, criando tecnologias que minimizem ou evitem a produção de resíduos que agridam o meio ambiente.
dos fluidos de corte tem justificado a demanda por uma alternativa ao processo de usinagem com fluido. Esse fluido, além de agredir o meio ambiente, afeta também a saúde do trabalhador, uma vez que o contato direto com o fluido pode causar doenças dermatológicas e respiratórias, que podem variar de uma leve dermatite de contato até o câncer. Na última década, porém, as pesquisas tiveram como meta restringir ao máximo o uso de fluidos de corte na produção metalmecânica (Sahm e Schneider, 1996; Dunlap, 1997; Klocke et al. 1998; Heisel et al., 1998; Machado e Diniz, 2000 e Bianchi et al., 2010).
A usinagem a seco e com Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) tem despertado a atenção de pesquisadores e técnicos da área de usinagem como alternativa aos fluidos tradicionais. A técnica de MQL se baseia no princípio de utilização do óleo de corte sem resíduos, com baixo fluxo do fluido de corte que é misturado com ar comprimido e aplicado à elevadas pressões. A função lubrificação é condicionada pelo óleo e a de refrigeração, pelo ar comprimido. Esta pequena quantidade de óleo é suficiente para reduzir o atrito no corte, assim como é feito pelo fluido convencional (mistura de óleo e água). De sua comparação com a lubri-refrigeração convencional resultam numerosas vantagens (Klocke e Eisenblätter, 1997; Young et al., 1997; Heisel et al. 1998; Klocke et al., 1998; Klocke et al., 2000; Silva et al., 2007 e Bianchi et al., 2010).
Apesar dos argumentos sobre a proteção ambiental e a diminuição dos riscos para a saúde, as vantagens econômicas têm sido, naturalmente, o principal motivo para a redução ou a renúncia aos fluidos de corte. Mas justamente este potencial de economia é avaliado de modo bastante diferenciado pelos usuários. Segundo Sahm e Schneider (1996) e Klocke e Eisemblatter (1997), uma análise de custo na fábrica da Mercedes Benz AG (Alemanha) relativa às peças mostrou que, nos casos extremos, até 17% dos custos de fabricação com a produção de cavacos eram referentes aos fluidos de corte. Comparativamente nestes casos, os custos das ferramentas somavam de 2% a 3% dos custos da produção. Além disso, para que não se cometa o erro de generalizar estes índices, é preciso conhecer as demais condições de produção. Ainda nesta linha de pensamento, Narutaki et al. (1997) relatam que nos Estados Unidos os fluidos de corte também representam 16% dos custos de usinagem.
Pelos motivos citados, acredita-se que o fluido de corte deve ser melhor gerenciado. Terminou a época em que o fluido de corte era considerado como um item barato do processo, e sua escolha não deve ser feita unicamente com base em seu custo inicial por litro. São necessários estudos de custo-benefício do processo para justificar a melhor escolha, em função das tecnologias disponíveis e exigências ambientais. Sendo assim, o fluido de corte precisa ser constantemente monitorado em suas propriedades e possuir características que propiciem o melhor rendimento das ferramentas, melhor acabamento das peças e durabilidade das máquinas e equipamentos. Logicamente os grandes fabricantes de lubrificantes têm se empenhado muito no esforço de melhorar a cada dia a qualidade de seus produtos e dos seus serviços de atendimento técnico em todo o Brasil, visando evitar trocas desnecessárias e custos de descarte dos fluidos de corte.
A norma ISO 14001 tem sido adotada por organizações de diversos países como base para seu sistema de gestão ambiental. Com o Brasil não foi diferente. Vem crescendo no País o número de empresas com certificação ABNT NBR ISO 14001, demonstrando uma tendência positiva à adoção desse tipo de sistema de gestão. Desde o seu lançamento a ISO 14001 tem recebido muita atenção, tornando-se reconhecida como fundamento básico para um sistema de gerenciamento ambiental. Para alguns setores industriais a adoção é uma questão de sobrevivência, porém para outros ainda é um diferencial competitivo. O compromisso com a ISO 14001 é a redução dos resíduos gerados por estas trocas visando reduzir o dano ao meio ambiente.
O processo de retificação ao longo dos tempos vem sendo considerado como um dos mais importantes da manufatura, tendo como objetivo melhorar o acabamento superficial e garantir a integridade das peças acabadas (Vieira Junior et al., 1999). Esse processo é submetido a elevadas temperaturas na região de corte, o que pode causar grandes problemas para a peça, como o surgimento de microtrincas, queima, danos microestruturais e o aparecimento de tensões superficiais. Para tentar controlar as condições térmicas desse procedimento, faz-se o uso de fluido de corte, que dentre suas principais funções está à refrigeração e lubrificação da peça, a remoção do cavaco gerado e uma proteção anticorrosiva (Shaw, 1994 e Malkin, 1989).
Durante a retificação, devido ao mecanismo de formação do cavaco, uma grande parcela da energia consumida é convertida em calor. Assim, altas temperaturas são geradas na interface entre o grão abrasivo e a peça. Estas temperaturas são a principal fonte dos danos térmicos observados na superfície usinada. Para rebolos de óxido de alumínio cerca de 65 a 85% da energia mecânica total consumida é transferida como calor para a peça (Shaw, 1994). Descobriu-se que as tensões térmicas geradas no processo de retificação são a causa primária das tensões residuais de tração, transformação de fase, trincas e redução de resistência à fadiga (Malkin, 1989). Estas tensões causam a redução da vida em serviço dos componentes quando estes são submetidos a estados corrosivos e à fadiga. Em muitos casos, o dano térmico ocasionado à peça limita a produtividade de métodos de retificação avançados.
Segundo Campbell (1995) e Bianchi et al. (2010), a qualidade da peça e o custo estão intimamente relacionados com a forma de aplicação do fluido de corte na região de corte. A otimização da forma de aplicação do fluido de corte no processo é um fator de extrema importância com relação ao custo global envolvido no processo, além de sua relação com o meio ambiente e o ambiente de trabalho gerado. A retificação é freqüentemente uma das ultimas operações realizadas na peça durante seu processo de fabricação global, assim caso uma peça seja excessivamente tensionada durante a retificação, todos os parâmetros previamente adicionados ao processo são eliminados e uma nova metodologia deve ser elaborada.
desenvolvimento de sistemas satisfatório para remoção de cavacos; sistemas otimizados para fornecimento de fluidos de corte em pequenas quantidades; os parâmetros de usinagem devem ser baseados no completo entendimento da tecnologia de MQL para que a espessura de cavaco alcance valor ótimo; os componentes de atrito devem ser reduzidos e uso de ferramentas otimizadas.
O presente trabalho visa então avaliar o conceito da mínima quantidade de lubrificante (MQL) no processo de retificação, mediante ao desenvolvimento de uma metodologia otimizada de aplicação de fluido através de confecção de um bocal especial, pelo qual uma quantidade mínima de óleo é pulverizada em um fluxo de ar comprimido, a fim de racionalizar a utilização de fluido de corte na retificação. A avaliação do desempenho quando da utilização de rebolo de óxido de alumínio na otimização da aplicação da técnica de MQL comparada com a lubri-refrigeração convencional foi realizada através da análise do comportamento do desgaste diametral do rebolo (relação G) e da integridade superficial da peça (rugosidade, microestrutura e microdureza).
2. MATERIAIS E MÉTODOS
No desenvolvimento do projeto foram confeccionados corpos de prova de aço ABNT 4340 temperado em banho de sais e revenido à 127ºC, até atingir a dureza de 50 - 52 HRc, com diâmetro externo de 36 mm e comprimento retificado de 42 mm. Classificado como aço para beneficiamento, é empregado na fabricação de peças que exigem uma boa combinação de resistência e tenacidade.
O rebolo utilizado foi um de óxido de alumínio (Al2O3), com as seguintes características: (355,6 x 50,8 x 127 - FE
38A60KV), em uma retificadora cilíndrica externa, com velocidade periférica do rebolo de 33 m/s.
Para a montagem do sistema de MQL, uma série de ensaios preliminares foi realizada para determinação da melhor vazão do lubrificante e do ar comprimido, assim como também da escolha dos tipos de lubrificantes. Os fluidos de corte utilizados nos testes definitivos foram: Accu-Lube LB 1000 (MQL) e óleo emulsionável sintético (lubri-refrigeração convencional) com concentração de 5% e com vazão de 11 L/min. A vazão de ar comprimido foi monitorada com auxílio de um medidor de vazão do tipo turbina modelo SVTG12/12BA4A44BS com indicador totalizador de vazão fornecido pela empresa CONTECH e calibrado a uma pressão de 8 kgf/cm2.
O equipamento utilizado para o controle da mínima quantidade de lubrificante (MQL) foi o Accu-lube, da empresa
ITW Chemical Products Ltda, o qual usa sistema pulsante de fornecimento de óleo e permite a regulagem da vazão de
ar comprimido e lubrificante de maneiras separadas. A confecção do bocal permitiu uma velocidade do ar comprimido próxima à velocidade periférica do rebolo. Tal velocidade é necessária de forma que a mistura (lubrificante e o ar comprimido) penetre na região de contato entre ferramenta e peça agindo de forma favorável à lubri-refrigeração do processo. A proposta deste projeto diferencia dos pouquíssimos trabalhos realizados por apresentar um bocal de geometria retangular e com maior área de atuação da superfície retificada (52 mm). O modelo permitiu uma excelente formação de névoa sem dispersão. O bocal foi posicionado a cerca de 35 mm da interface peça-rebolo. Devido às sucessivas operações de dressagem, após cada ensaio realizado, o bocal de aplicação de MQL era reposicionado de forma a se verificar a correta direção do jato ar/lubrificante. Na Figura (1) pode-se visualizar a montagem do bocal que veio originalmente com a retificadora e do bocal desenvolvido e utilizado na experimentação com a técnica de MQL e também o sistema de fixação do corpo de prova. A Figura (2) apresenta o bocal desenvolvido e utilizado na experimentação da técnica MQL no processo de retificação.
(a) Bocal original da retificadora. (b) Bocal utilizado na experimentação com MQL.
Figura 2. Projeto do bocal utilizado na experimentação com a técnica de MQL.
A medição da rugosidade foi realizada ajustando o rugosímetro Mitutoyo, modelo Surftest SJ-201 para o comprimento de amostragem (cut-off) de 0,8mm, de acordo com a norma DIN 4776. No fim de cada ensaio, mediu-se os valores da rugosidade média Ra em oito posições distintas e eqüidistantes a 45º aproximadamente. Para a análise
também foram incluídos os seus respectivos desvios-padrão.
Após a realização do processo de retificação, amostras de todas as condições foram submetidas a procedimentos metalográficos, para verificar os possíveis danos causados na superfície do material através das solicitações térmicas e mecânicas ocorridas no mesmo. A preparação das peças foi conduzida de maneira usual e o reagente empregado foi o Nital 2%. As imagens foram obtidas em um microscópio óptico Fortel com o aumento de 400X.
A preparação das amostras para a Microscopia eletrônica de Varredura (MEV) realizou-se de maneira similar à da microscopia óptica. Foi adicionada, após o ataque, uma camada de 2nm de ouro com intuito de melhorar a condutividade da amostra. As imagens de MEV foram realizadas em microscópio JEOL JSM-840A SEM com ampliação de 1.000, 2.000 e 4.000X.
O desgaste do rebolo foi possível de ser medido devido a não utilização da largura total do rebolo, onde a largura do rebolo utilizável era de 50,8 mm e a largura da peça de 42 mm. Desta forma o ressalto produzido no rebolo após o ensaio possibilitou a marcação do desgaste em um corpo-de-prova cilíndrico de aço ABNT 1045. A medição do desgaste foi feita utilizando-se um relógio comparador com resolução de 1 milésimo.
O processo de preparação das amostras para a análise de microdureza foi o mesmo utilizado no lixamento e polimento para a análise da microestrutura. Os valores da microdureza foram obtidos usando um microdurômetro digital Leitz, com carga de 200g e tempo de aplicação de 30s, a uma distância de 70µm da superfície das peças.
Para os ensaios definitivos foram estabelecidos as seguintes condições de usinagem: velocidade de mergulho (vf) de
1mm/min, velocidade de corte (vs) de 33 m/s, rotação da peça (vw) de 155 rpm, penetração do rebolo na peça (a) de 0,1
mm, tempo de centelhamento (ts) igual a 12 segundos, largura de retificação de 42 mm, profundidade de dressagem (ad)
de 0,04mm. A operação de dressagem foi mantida constante, na qual se utilizou dressador de ponta única, não influenciando as variáveis de saída do processo. Os ensaios foram constituídos por ciclos de retificação, os quais foram responsáveis pela penetração de 1 mm do rebolo durante cinco etapas, totalizando uma redução de 5 mm no diâmetro do corpo de prova. Com os parâmetros de corte definidos, pôde-se planejar a matriz de experimentos para os testes definitivos utilizando rebolo de óxido de alumínio (Al2O3) conforme mostra a Tabela (1).
No decorrer dos ensaios definitivos, também se optou em testar a condição à seco com o intuito de comparar o comportamento das variáveis de saída analisadas com as 03 condições de lubri-refrigeração (convencional, MQL e à seco).
Tabela 1. Matriz de experimentos na realização dos ensaios definitivos com rebolo de (Al2O3).
Ensaios Vazão de lubrificante LB 1000 - (mL/h)
Velocidade do jato de ar comprimido (m/s)
3. RESULTADOS
Os resultados a seguir, referem-se às condições de corte e de “lubri-refrigeração” encontrados na retificação cilíndrica de mergulho do aço ABNT 4340 temperado e revenido para os parâmetros avaliados: rugosidade, microdureza, microestrutura e desgaste do rebolo
3.1 Rugosidade
Já é bastante conhecido que a rugosidade pode afetar significativamente a resistência dos componentes quando os mesmos são submetidos a ciclos de fadiga. O acabamento superficial das peças está diretamente relacionado com as propriedades do material como: coeficiente de atrito, desgaste, lubrificação, condutividade térmica, resistência mecânica, entre outras. A Figura (3) apresenta os resultados médios do parâmetro Ra (µm) com rebolo de Al2O3 na
condição de lubri-refrigeração convencional, com a utilização da técnica de MQL e na condição a seco. Os valores foram obtidos após 05 ciclos, sendo cada ciclo de 1 mm, com velocidade de mergulho (vf) de 1 mm/min.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Lubri-Ref Conv. Lub.: 20 Ar: 26,4 Lub.:20 Ar: 19,8 Lub.: 40 Ar: 26,4 Lub.: 40 Ar: 19,8 Lub: 60 Ar: 26,4 Lub.: 60 Ar: 19,8 Lub.: 80 Ar: 26,4 Lub.: 80 Ar: 19,8 À seco R ugo s idad e R a ( µ m )
Figura 3. Rugosidade (Ra) utilizando rebolo de óxido de alumínio após 5 ciclos de 1 mm nas diversas
condições de lubri-refrigeração (Ar: m/s e Lub: mL/h) e a seco.
Vários fatores influenciam a rugosidade de uma peça retificada, principalmente o tamanho do grão abrasivo, as condições de dressagem, a taxa de remoção de material, o tempo de centelhamento e as condições de lubri-refrigeração. Analisando os valores de rugosidade encontrados para as diferentes condições de lubri-refrigeração, percebe-se que para várias condições de vazão de óleo biodegradável combinado com uma velocidade de ar comprimido, que a técnica de MQL apresenta valores de Ra correspondente a condição de lubri-refrigeração convencional, o que atesta a eficácia da
técnica de MQL no parâmetro Ra. O bom desempenho da técnica de MQL é devido provavelmente a
“lubri-refrigeração” efetiva dos grãos abrasivos na interface peça-rebolo. Com a lubrificação eficiente, o cavaco possui um melhor deslizamento na face da ferramenta permitindo assim um melhor acabamento superficial. O melhor desempenho da técnica de MQL foi com a condição de lubri-refrigeração de velocidade de ar comprimido de 26,4 m/s e vazão de lubrificante de 40 mL/h. No geral, a emulsão apresenta como característica básica sua eficaz retirada de calor da peça, porém com uma baixa lubrificação do sistema afetando o valor da rugosidade.
A condição de retificação sem fluido de corte apresentou maiores valores de rugosidade comparada às diversas condições de lubri-refrigeração, devido provavelmente ao entupimento na porosidade do rebolo e adesão de material na superfície do rebolo proporcionando com isso pior acabamento. É importante ressaltar que a condição a seco apresentou uma temperatura elevada da peça, não sendo possível retira-la da máquina sem proteção. O excesso de temperatura ocasiona dilatação térmica da peça, o que pode levar a imprecisões no diâmetro da peça, prejudicando uma das principais funções do processo de retificação, uma vez que a retificação geralmente é utilizada para proporcionar tolerâncias dimensionais apertadas. Por outro lado, não foi encontrada dilatação térmica significativa nas condições de aplicação industrial, ou seja, sobremetal de 0,3 mm, quando da utilização de MQL, o que indica resfriamento suficiente com o uso deste fluido juntamente com o ar comprimido.
Resultados satisfatórios na qualidade superficial foram também encontrados através da aplicação da técnica de MQL em diversos processos de usinagem em vários tipos de materiais conforme relataram os pesquisadores: (Dörr e Sahm, 2000; Silva, 2002; Silva et al., 2007 e Bianchi et al., 2010).
3.2 Microdureza
condição de lubri-refrigeração convencional se assemelham aos valores da amostra apenas tratada termicamente, sem a influência do processo de retificação. Para as outras condições, verificou-se uma queda no valor da microdureza, devido ao aquecimento proveniente do próprio processo de retificação seguido de resfriamento lento.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 Não retificado Lub-refri Conv. Lub.: 20 Ar.: 26,4 Lub.: 20 Ar.: 19,8 Lub.: 40 Ar.: 26,4 Lub.: 40 Ar.: 19,8 Lub.: 60 Ar.: 26,4 Lub.: 60 Ar.: 19,8 Lub.: 80 Ar.: 26,4 Lub.: 80 Ar.: 19,8 À seco M icr od ur eza ( H V 0, 2/ 3 0 )
Figura 4. Variação da microdureza na profundidade de 70µm da superfície das peças nas diversas condições de lubri-refrigeração após 5 ciclos de 1 mm.
Compatível com os parâmetros encontrados para a medida da rugosidade, o valor de microdureza associado à condição de vazão de ar comprimido com velocidade de 26,4 m/s e vazão de óleo de 40 mL/h é o que se assemelha com o da condição de lubri-refrigeração convencional e da peça tratada termicamente. Durante o processo de retificação, a alta temperatura de corte pode causar certo amolecimento na peça, próximo à superfície retificada. Essa perda de dureza superficial é um fenômeno complexo, pois está relacionada a um possível revenimento da estrutura martensítica e com a difusão de carbono, sendo assim dependente da temperatura e do tempo envolvido no corte.
Ao analisar a retificação à seco, nota-se que esta apresenta valores de microdureza menores que as demais condições, o que é prejudicial à resistência ao desgaste. Isso aconteceu porque a retificação sem o fluido de corte proporciona uma alta temperatura na região do corte, ocorrendo uma grande transferência de calor à peça. O resfriamento seguido é lento, ao ar, o que possibilita um “revenimento” mais efetivo, o que resulta em valores de microdureza menores.
Malkin (1989) refere que na prática a combinação do comportamento em relação ao revenimento com a análise térmica a fim de prever a queda de dureza na peça, é interessante. Resultados experimentais demonstram que temperaturas mais altas e tempos mais longos em que a peça fica exposta a essas temperaturas, com velocidades da peça menores, ou comprimentos de contato mais longos, resultando em maior perda de dureza da peça (Shaw, 1994).
3.3 Microestrutura
A microestrutura das amostras foi analisada através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para verificar possíveis danos causados na superfície do material através das solicitações térmicas e mecânicas as quais foram submetidas. A forma de aplicação, a velocidade, a vazão do fluido de corte e a geometria do bocal podem influenciar as solicitações térmicas e mecânicas da peça. Devido à elevada dureza do material, encontrou-se certa dificuldade durante o lixamento e polimento manual de forma a garantir a planicidade das amostras para a ampliação desejada.
Na Figura (5) são apresentados os resultados referentes às observações de alterações subsuperficiais das amostras produzidas sob condição de lubri-refrigeração convencional, a seco e com a utilização das melhores condições da técnica de MQL e também da amostra da peça tratada termicamente.
A ocorrência de danos à integridade superficial de uma peça pode levar à aceleração do processo de fadiga da peça, alterar a resistência à abrasão e à corrosão, ou ainda provocar o surgimento e crescimento de trincas. Observa-se que as alterações subsuperficiais causadas devido às diferentes condições de lubri-refrigeração que o material foi submetido foram mínimas, não havendo diferenças significativas.
a) b)
c) d)
e) f)
Figura 5. Micrografias da subsuperfície do aço ABNT 4340 temperado e revenido nas diversas condições de lubri-refrigeração - MEV 1000x. a) não retificada; b) a seco; c) lubri-refrigeração convencional;
d) lub: 40ml/h ar: 26,4 m/s; e) lub.: 20mL/h ar: 26,4m/s; f) lub.: 60mL/h ar: 26,4m/s. 3.4 Medição do Desgaste Diametral do Rebolo
0 10 20 30 40 50 60 70 80 Lubri-Ref Conv. Lub.: 20 Ar: 26,4 Lub.:20 Ar: 19,8 Lub.: 40 Ar: 26,4 Lub.: 40 Ar: 19,8 Lub: 60 Ar: 26,4 Lub.: 60 Ar: 19,8 Lub.: 80 Ar: 26,4 Lub.: 80 Ar: 19,8 À seco D e s g as te D iam et ra l (µ m )
Figura 6. Resultado do desgaste diametral após 5 ciclos de 1 mm nas diversas condições de lubri-refrigeração (Ar: m/s e Lub: mL/h).
O desgaste do rebolo é resultado de alguns fenômenos que ocorrem devido ao atrito entre os grãos abrasivos e a peça. As diferentes condições de lubri-refrigeração levaram a diferentes resultados de desgaste diametral do rebolo. O aumento do poder lubrificante do fluido resulta numa diminuição do desgaste do rebolo, pela redução do atrito grão-peça e do atrito cavaco-ligante, permitindo que os grãos abrasivos permaneçam por mais tempo ao ligante ocasionando menor desgaste da ferramenta. Nota-se que a aplicação de MQL em várias condições apresentou melhor desempenho do que a lubri-refrigeração convencional.
A retificação sem fluido de corte forneceu um desgaste maior em relação à todas as condição de lubri-refrigeração, devido provavelmente ao entupimento na porosidade do rebolo e adesão de material na superfície do rebolo proporcionando com isso pior acabamento e ocorrência de renovação das arestas de corte do rebolo. Por outro lado, nesta condição temos na interface rebolo-peça uma maior geração de calor o que proporciona uma menor resistência do material ligante do rebolo e conseqüentemente maior desgaste do rebolo.
4. CONCLUSÃO
Através das análises realizadas a partir da retificação cilíndrica externa de mergulho do aço ABNT 4340 temperado e revenido, pode-se concluir que:
¾ As análises dos resultados indicam que a técnica MQL pode ser aplicada com eficiência no processo de retificação proporcionando ganhos ecológicos e tecnológicos;
¾ No geral, os valores de Ra e do desgaste diametral foram reduzidos com o emprego da técnica de MQL
comprovando excelente propriedade de lubricidade;
¾ O melhor desempenho global quando da utilização da técnica de MQL foi fornecido pela condição de lubri-refrigeração (ar = 26,4 m/s e lubrif. = 40 mL/h);
¾ O emprego de MQL não afeta negativamente a integridade superficial;
¾ Não foi detectado entupimento significativo da porosidade do rebolo com a técnica de MQL;
¾ As vazões selecionadas para aplicação da técnica de MQL não apresentaram dispersão da névoa, contribuindo para a manufatura ambientalmente correta e facilitando a visualização da operação de retificação;
¾ Não foram observadas alterações subsuperficiais significativas quando do emprego da condição de lubri-refrigeração convencional e da utilização de MQL;
¾ Os resultados obtidos na medição de microdureza para as diversas condições de lubri-refrigeração também não indicaram alterações subsuperficiais significativas, exceto na condição a seco. Estes dados ratificam as observações feitas na análise da microestrutura;
¾ Os resultados permitiram mostrar que o método e a quantidade de lubri-refrigeração são fatores que exercem influências no processo de retificação.
5. AGRADECIMENTOS
Ao CNPq e a FAPEMIG pelo financiamento das bolsas de iniciação científica. À FAPEMIG pelo apoio financeiro de auxílio à pesquisa.
6. REFERÊNCIAS
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7. DIREITOS AUTORAIS
ENVIRONMENTALLY FRIENDLY MANUFACTURING: ANALYSIS OF
THE BEHAVIOR OF MINIMUM QUANTITY LUBRICANT - MQL IN CASE
OF CYLINDRICAL GRINDING PROCESS
Leonardo Roberto da Silva, lrsilva@deii.cefetmg.br 1 Mariana Faccio Mattos, faccio.mariana@hotmail.com1
Lucimar Venâncio Amaral, lu_venancioamaral@yahoo.com.br1 Elaine Carbalho Siqueira Corrêa, elaine@deii.cefetmg.br1 Joel Romano Brandão, jromano@deii.cefetmg.br1
Renato Françoso de Ávila, rfavila1@yahoo.com.br2 1
Federal Center for Technological Education of Minas Gerais - CEFET-MG, Av. Amazonas, 5253, Nova Suíça, Belo Horizonte, Minas Gerais.
2
IF SUDESTE/MG - Campus Juiz de Fora, Rua Bernardo Mascarenhas, 1.283, Bairro Fábrica, Juiz de Fora, Minas Gerais
Abstract: The conventional fluids used in grinding processes are an environmental risk. Discard it of these toxicant
fluids it is expensive and the contamination in the proximities of the machines can present risks to the health for the personnel in the factory ground. Environmental issues have become increasingly important in manufacturing processes. In the grinding process there are several input parameters, however, little attention has been paid to the form and amount of cutting fluid applied to the process. This paper explores the concept of the minimum quantity lubricant (MQL) in grinding process. This article analyzes the behavior of the minimum quantity lubricant (MQL) technique and compares it with the conventional cooling method, developing an optimized fluid application method using a specially designed nozzle of rectangular geometry and greater operating area in the ground surface, through which a minimum amount of oil is sprayed in a compressed air flow. This paper used biodegradable fluids, which can be classified as harmless substances to health and non-carcinogenic, and also to meet environmental requirements when using aluminum oxide grinding wheel. The performance of the MQL technique was compared with the conditions of lubrication and cooling in the conventional cylindrical grinding process of ABNT4340 quenched and tempered steel with a hardness of 50-52 HRc. The performance of the MQL technique in the grinding process was evaluated based on an analysis of the surface integrity (roughness, microstructure and microhardness) and wear grinding wheel. It is noteworthy that the superficial texture of the material can exert a decisive influence on the application and performance of the machined component. The results show that the method and the quantity of lubricant are factors that exert strong influences on the grinding process. As a result, it was realized that the MQL technique provides very similar characteristics to conventional process and can be applied in industry, technically allowing the machining process with a significant reduction in funding costs of disposing of the fluid, which is done only by specialized companies, thus contributing to an environmentally friendly manufacturing.
Keywords: Grinding, Cutting fluids, "Minimum Quantity of lubricant, Surface integrity, Wear grinding wheel
