AULA 10 MEIOS LUBRIRREFRIGERANTES

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1 AULA 10 MEIOS LUBRIRREFRIGERANTES

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3 VARIÁVEIS INDEPENDENTES DE ENTRADA: MEIOS LUBRIRREFRIGERANTES Generalidades Em se tratando de sistemas de fabricação, qualquer esforço para aumentar a produtividade e/ou reduzir custos deve ser considerado. Na usinagem, o uso de meios lubrirrefrigerantes (também chamados fluidos de corte, óleos de corte, meios de lubrificação e arrefecimento, líquidos refrigerantes etc.), quando escolhidos e aplicados apropriadamente, traz benefícios. Existem diversas formas de classificar os meios lubrirrefrigerantes, mas sem uma padronização. Embora a utilização de meios sólidos (p.ex. grafita e S 2 Mo) e gasosos (e.g. ar comprimido, CO 2, N 2 ) seja eventualmente descrita na literatura técnica, a aplicação de meios líquidos (e.g. óleos, emulsões, soluções) representa a grande maioria nas aplicações em usinagem. A seleção deve recair sobre o meio que possua composição química e propriedades corretas para lidar com as adversidades de um processo de usinagem específico. A seleção correta do fluido para uma combinação particular peça/ferramenta pode significar a diferença entre o sucesso e o fracasso em quase todos os processos. O fluido deve ser aplicado de modo que permita a sua ação o mais próximo possível da aresta de corte nas interfaces peça/ferramenta/cavaco, de modo a assegurar que suas funções sejam adequadamente exercidas. Não há um consenso em relação à melhor direção de aplicação do fluido. A Figura 10.1 mostra as direções possíveis. h A PEÇA CAVACO B FERRAMENTA C D Figura 10.1 Direções possíveis de aplicação do fluido lubrirrefrigerante Direção A é a mais tradicional, possivelmente pelo fato de os primeiros sistemas serem rígidos e possuírem poucos graus de liberdade, dificultando assim a aplicação do fluido em outras direções. Entretanto, mostra-se inadequada quando cavacos emaranhados são gerados, pois impedem o acesso do fluido à interface ferramenta/cavaco. Direção B se justifica quando o fluido é aplicado na interface ferramenta/cavaco sob elevada pressão, já que a aplicação se dá no sentido contrário ao do movimento do cavaco.

4 72 Direção C apresenta a vantagem de atingir diretamente a interface peça/ferramenta, reduzindo assim o desgaste de flanco e contribuindo para a qualidade da superfície usinada. Além disso, essa posição está relativamente protegida dos cavacos. Direção D leva em conta os canais internos de lubrificação, com a principal vantagem de se atuar diretamente no local de corte, região esta difícil de ser atingida. É indicada para as operações de furação (em especial, perfuração profunda), torneamento, fresamento, roscamento e escareamento e para máquinas com troca automática de ferramentas, em que se dispensa a intervenção manual no alinhamento de bocais. No entanto, são necessários investimentos em máquinas e ferramentas que possibilitem o fluxo nesta direção. A Figura 10.2 ilustra exemplos de aplicação do fluido lubrirrefrigerante em operações de torneamento, furação, fresamento e retificação. (a) (b) (c) (d) Figura 10.2 Aplicação do fluido lubrirrefrigerante em: (a) torneamento; (b) furação; (c) fresamento; (d) retificação centerless. A lubrificação e a refrigeração têm por finalidade: aumentar a vida da ferramenta; reduzir a força e, consequentemente, a potência de corte; melhorar o acabamento da superfície usinada; aumentar a eficiência da remoção do cavaco da região de corte; reduzir o risco de distorção da peça; proteger a máquina-ferramenta e a peça contra a oxidação. Apesar dos benefícios apresentados, a utilização do fluido lubrirrefrigerante em processos de usinagem gera custos associados a: a aquisição, o armazenamento, o preparo, o controle em serviço e o descarte. Estas despesas chegam a 16% do custo total de fabricação da peça. Além dos custos operacionais, outros fatores como impacto ecológico, exigências legais quanto à preservação do meio

5 73 ambiente, preservação da saúde do ser humano etc. passaram a justificar os esforços atuais no sentido de reduzir o consumo de fluidos lubrirrefrigerantes. Dentro da indústria, as questões ambientais envolvem danos à saúde do operador devido ao contato do fluido lubrirrefrigerante com sua pele e a respiração e/ou ingestão de poluentes derivados dos mesmos. Fora da indústria, quando do descarte ao fim de sua vida, o fluido lubrirrefrigerante afeta o solo e a água; quando da própria utilização deste fluido, afeta o ar. A aplicação de quantidade reduzida de fluido (QRF) em processos de usinagem com ferramentas de geometria definida é caracterizada por vazões inferiores a 120 litros por hora. Em operações de retificação, a QRF é marcada por vazões inferiores a 60 litros por hora. Para que a utilização do fluido seja minimizada, duas técnicas têm sido intensamente experimentadas: o corte com mínima quantidade de fluido (MQF), onde uma quantidade mínima de óleo é pulverizada em um fluxo de ar comprimido a vazões inferiores a 0,05 litros por hora; e o corte completamente sem fluido (corte a seco) Funções dos Fluidos Lubrirrefrigerantes A exigência primária feita a um fluido lubrirrefrigerante para o processo de usinagem é que ele reduza os custos de produção pela redução do desgaste da ferramenta e pela melhoria da superfície do componente usinado. O fluido deve desempenhar funções secundárias como o transporte do cavaco para fora da região de trabalho, a refrigeração da região de corte, bem como a refrigeração da peça, uma vez que para uma exigência maior de tolerância dimensional, um aquecimento demasiado leva a uma dilatação térmica do componente, e isso deve ser evitado. Em baixas velocidades de corte, caso em que as temperaturas são menores, a refrigeração tem pouca importância, enquanto a lubrificação é fundamental para reduzir o atrito peça/ferramenta e ferramenta/cavaco e evitar a formação da aresta postiça de corte (APC). A eficiência da lubrificação dependerá da habilidade de penetrar nas interfaces no curto período de tempo disponível e de formar um filme com resistência ao cisalhamento menor que a resistência do material da peça. Isto pode ser conseguido com uma mistura adequada de aditivos (antiespumantes, anticorrosivos, detergentes etc.). Em altas velocidades de corte, as temperaturas são elevadas; além disso, as condições não são favoráveis para a penetração do fluido nas interfaces para que ele exerça suas funções. Deste modo, como refrigerante, o fluido favorece a transferência de calor da região de corte, reduzindo assim a temperatura da ferramenta e da peça, ainda que a temperatura na interface ferramenta/cavaco não seja significativamente alterada. Além disso, mesmo que a concentração de óleo seja mínima, haverá redução do coeficiente de atrito e, portanto, da temperatura Redução do atrito entre ferramenta e cavaco Durante o processo de formação de cavaco, aparecem três fontes distintas de calor. A primeira, na região de cisalhamento, indicada pela Zona C na Fig. 10.3, ocorre a deformação plástica do material que está sendo usinado (transição da estrutura da peça para estrutura do cavaco). Esta fonte afeta todo o volume de cavaco formado. A segunda, indicada como Zona A, afeta uma face do cavaco e uma face da ferramenta, onde o cavaco desliza sobre a superfície de saída da ferramenta, e ocorre devido ao atrito na interface cavaco/ferramenta. A terceira, indicada como Zona B, afeta parte da superfície de folga da ferramenta e toda a superfície usinada da peça, e ocorre devido ao atrito na interface ferramenta/peça. A melhoria introduzida pelo fluido lubrirrefrigerante neste processo, especialmente do fluido onde predomine o caráter lubrificante, é a redução da intensidade das três fontes de calor:

6 74 Zona A: o lubrificante diminui o coeficiente de atrito na interface cavaco/ferramenta, e ocorre menor quantidade de calor gerado pelo atrito. Figura 10.3 Fontes de calor na formação do cavaco Zona B: o lubrificante diminui o coeficiente de atrito na interface ferramenta/peça, que também diminui a quantidade de calor gerado pelo atrito. Zona C: a diminuição do coeficiente de atrito (µ) entre o cavaco e a ferramenta promove um aumento do ângulo de cisalhamento () e, consequentemente, uma diminuição na taxa de deformação 0. A diminuição de 0 acarreta um decréscimo da energia de deformação por cisalhamento 1 e, por conseguinte, uma diminuição da quantidade de calor gerado. Outra decorrência do aumento do ângulo é o aumento da velocidade do cavaco (v ch ), que significa que o cavaco se afasta mais rapidamente da superfície de saída da ferramenta, diminuindo assim o tempo de transmissão de calor do cavaco para a ferramenta. Ao se evitar que a temperatura suba, evitam-se problemas na ferramenta, na peça e na máquinaferramenta Refrigeração da ferramenta As três fontes de calor supracitadas (Fig. 10.3) contribuem para a elevação da temperatura da ferramenta. As condições na interface cavaco/ferramenta favorecem a ocorrência de difusão metálica entre os materiais do cavaco e da ferramenta. Tal difusão ocorre sempre com prejuízo para a ferramenta, quer pelo enfraquecimento da cunha cortante, quer pelo arrancamento de partículas da mesma. O tempo de vida da ferramenta diminui exponencialmente com o aumento da temperatura de corte Refrigeração da peça Das três fontes de calor citadas anteriormente, duas (B e C da Fig. 10.3) afetam diretamente a peça em usinagem e provocam um aumento da temperatura da mesma. Este aquecimento pode conduzir a quatro fatores indesejáveis: Deformações da peça devido às tensões oriundas de grandes aquecimentos locais ou mesmo totais.

7 75 Cores de revenido 1 na superfície usinada (caso da usinagem por abrasão, em especial, em operações de acabamento por retificação). Falseamento das medidas da peça em trabalho (peça-obra) em operações de corte onde se têm tolerâncias estreitas. O que ocorre é que a peça apresenta medidas diferentes quando aquecida em relação às medidas no estado de temperatura ambiente. A refrigeração, neste caso, poderá manter a peça sempre em uma temperatura próxima à do ambiente. Dificuldade de o operador manusear a peça usinada, como retirá-la da máquina, transportá-la etc Refrigeração da máquina-ferramenta O calor gerado durante a usinagem, transferido pela ferramenta, pela peça, pelo cavaco ou pela própria irradiação para a máquina, poderá afetar as dimensões das partes da máquina-ferramenta por dilatação térmica, o que consequentemente prejudicará as medidas finais da peça usinada Expulsão dos cavacos gerados No processo de usinagem, o cavaco torna-se indesejável tão logo acabe de ser gerado. Sua presença na região de corte pode provocar danos ou deformações na peça, na ferramenta ou até na máquina. O emprego de fluido lubrirrefrigerante auxilia na quebra do cavaco e facilita a sua expulsão em alguns casos, como nos processos de torneamento, furação e fresamento Melhoria do acabamento superficial Os fluidos atuam como agentes lubrificantes e refrigerantes, contribuindo para o acabamento da peça usinada e para a diminuição dos danos térmicos causados na superfície Melhorias de caráter econômico Conforme exposto anteriormente, o menor coeficiente de atrito na interface cavaco-ferramenta propiciado pela ação lubrificante diminui o fator de recalque (R c = h /h) e, consequentemente, a força de usinagem, diminuindo a potência de usinagem e o consumo de energia elétrica. O custo da ferramenta na operação de corte está ligado à capacidade de produção durante a sua vida. Uma ferramenta terá custo menor quanto maior for a sua produção, expressa em número de peças usinadas no tempo. O desgaste, por sua vez, tem por determinantes a ação abrasiva e a difusão metálica (esta última acelerada pela temperatura). O emprego de fluidos lubrirrefrigerantes poderá diminuir a severidade da ação abrasiva (lubrificação) e a intensidade da difusão metálica (refrigeração). Como resultado, diminui-se o desgaste da ferramenta, aumenta-se o tempo de vida (T) e aumenta-se a capacidade de produção. Com isso, o custo operacional diminui. 1 Aquecendo-se em presença do ar uma peça de aço usinada por abrasão forma-se na sua superfície uma película de oxido, que no início é muito fina e decompõe a luz de modo a dar certa coloração à peça. Esta coloração, que ocorre entre mais ou menos 220 e 320 C, para os aços carbono, depende da espessura da película, a qual, por sua vez, é função de temperatura da peça. Pode-se assim avaliar aproximadamente a temperatura a que está atingindo o aço ou a que ele atingiu, pois a coloração correspondente a temperatura máxima permanece depois de esfriado.

8 76 As superfícies recém-obtidas da peça pela operação de corte em usinagem podem sofrer o ataque corrosivo dos agentes exteriores (umidade atmosférica, vapores ácidos etc.), prejudicando assim a peça. A melhoria que certos fluidos lubrirrefrigerantes propiciam se dá pela proteção através de uma película de fluido aderida à superfície usinada, diminuindo ou eliminando a corrosão na peça. Uma das desvantagens que isso pode causar é a necessidade de limpeza da superfície, o que gera custo Tipos de Meios Lubrirrefrigerantes Existem inúmeras formulações especiais para refrigerar e lubrificar as operações de corte, porém todas podem ser classificadas em um dos quatro tipos básicos discutidos nos itens subsequentes Óleos de corte Os óleos de corte são obtidos a partir de óleos minerais integrais, com ou sem adição de aditivos. Os óleos minerais são hidrocarbonetos obtidos a partir do refino do petróleo. Suas propriedades dependem do comprimento da cadeia, da estrutura molecular e do grau de refino. São indicados para usinagens pesadas (Fig. 10.4). Figura 10.4 Fresamento dos dentes da engrenagem em um centro de usinagem. O emprego desses óleos, nos últimos anos, tem perdido espaço para os óleos emulsionáveis devido ao alto custo, ao baixo ponto de fulgor (risco de incêndios), à ineficiência a altas velocidades de corte, ao baixo poder refrigerante e à formação de fumos, além de oferecer riscos à saúde do operador e contaminação do meio ambiente 2. Os fluidos de corte baseados em óleo mineral são classificados em ativos e inativos. Os óleos ativos são aqueles que atacam a superfície em usinagem, pois nestes é acrescentado cerca de 2% de enxofre (S) com a finalidade de, durante a usinagem, devido à alta temperatura, liberar parte do S para reagir quimicamente com a superfície do cavaco em formação. O cloro (Cl) também pode ser usado como aditivo formando uma película metálica clorada na interface cavaco/ferramenta. Os aditivos Cl e S são chamados agentes EP (aditivos de extrema pressão) e possuem também propriedade 2 O uso de cloro em fluidos de corte encontra restrições em alguns países em virtude dos danos que os compostos podem causar se forem descartados incorretamente. Os solventes clorados penetram no solo e acumulam-se por um longo período, podendo facilmente atingir o lençol freático e contaminá-lo totalmente. O despejo de l kg de solvente clorado pode contaminar m 3 de água.

9 77 antisoldante, características desejáveis tendo em vista que na interface têm-se pontos de alta pressão e alta temperatura associados a um pequeno movimento de deslizamento. Os aditivos inativos são aqueles que não atacam a superfície em usinagem. São compostos por óleo mineral com adição de fósforo e aditivos químicos inativos. Em geral, promovem alta lubrificação e atuam como elementos antidesgaste. Dentre estes estão os óleos minerais puros, óleos graxos, compostos de óleo mineral e óleo graxo, compostos de óleo mineral e óleos graxos-sulfurados e compostos de óleos minerais e óleos graxos sulfurados-clorados Fluidos emulsionáveis e semissintéticos Nessa categoria estão os fluidos emulsionáveis e semissintéticos. Ambos são formadores de emulsões. Os fluidos emulsionáveis (erroneamente chamados óleos solúveis ) são compostos bifásicos de óleos minerais adicionados à água na proporção de 1:10 a 1:100 enquanto que os fluidos semissintéticos caracterizam-se por apresentar entre 5 e 50% de óleo mineral no fluido concentrado. Os emulsificantes são tensoativos polares que reduzem a tensão superficial, formando uma película monomolecular semiestável na interface óleo/água. Assim, os emulsificantes promovem a formação de glóbulos de óleo menores, o que resulta em emulsões translúcidas. A presença de uma grande quantidade de emulsificantes propicia ao fluido uma coloração menos leitosa e mais transparente (Fig. 10.5). Figura 10.5 Furação em um centro de usinagem utilizando fluido semissintético. Para evitar os efeitos nocivos da água presente na emulsão empregam-se aditivos anticorrosivos, como nitrito de sódio. Usam-se ainda biocidas que inibem o crescimento de bactérias e fungos; porém, estes devem ser compatíveis com a pele humana e atóxicos. Os aditivos EP e antidesgaste usados para aumentar as propriedades de lubrificação são os mesmos empregados para óleos de corte. Além disso, corantes são acrescentados para proporcionar uma cor mais viva e aceitável pelo operador da máquina. As principais vantagens desse tipo de óleo são: grande redução do calor, permitindo altas velocidades de corte em algumas aplicações; removedor de cavaco nas condições de trabalho; mais econômico (diluído em água diminui os custos); possui melhor aceitação pelo operador; menos agressivo à saúde e mais benefícios à segurança (não-inflamável, redução de emissão de hidrocarbonetos).

10 Fluidos sintéticos (soluções) Os fluidos sintéticos são compostos monofásicos de óleo que se dissolvem completamente na água. Não há adição de emulsificantes, pois os compostos reagem quimicamente, formando fases únicas. Os fluidos sintéticos, também chamados de soluções, caracterizam-se por serem isentos de óleo mineral. Consistem de sais orgânicos e inorgânicos, aditivos de lubricidade, biocidas, inibidores de corrosão, entre outros, quando adicionados à água. Apresentam vida mais longa, uma vez que são menos atacáveis por bactérias e reduzem o número de trocas da máquina. Formam soluções transparentes, resultando em boa visibilidade durante a operação de corte (Fig. 10.6). Possuem agentes umectantes que melhoram bastante as propriedades refrigerantes da solução e são estáveis. Os mais complexos são de uso geral, com boas propriedades lubrificantes e refrigerantes. Os aditivos EP não são necessários. Figura 10.5 Furação em um centro de usinagem utilizando fluido sintético. As principais vantagens desse tipo de fluido são: boa proteção anticorrosiva e alta capacidade de refrigeração; vida útil do fluido bastante grande; filmes residuais pequenos e de fácil remoção; fáceis de misturar, necessitando de pouca agitação; relativa facilidade no controle da concentração desejada Fluidos gasosos (refrigeração) Consiste no emprego de meios gasosos como fluido de corte. O ar é o mais comum fluido gasoso utilizado, estando presente até mesmo na usinagem a seco. O ar comprimido é utilizado para melhorar a retirada de calor e expulsão do cavaco da zona de corte (Fig. 10.6). Figura 10.6 Fresamento em um centro de usinagem utilizando ar comprimido.

11 79 Os fluidos gasosos, com sua menor viscosidade, são mais efetivos do ponto de vista da penetrabilidade até a zona ativa da ferramenta. Outros gases como o argônio, hélio, nitrogénio e CO 2 também são utilizados para a proteção contra a oxidação e refrigeração, porém apenas em casos específicos, visto ser esta uma usinagem antieconômica. A aplicação de um ou de outro tipo de fluido de corte em determinada operação deve seguir, como em outros casos nos processos de usinagem, uma relação de compromisso entre certos fatores do processo (tipo de operação, tempo de usinagem, qualidade exigida, materiais da peça e da ferramenta, máquinaferramenta, etc.). De modo geral, uma das relações usualmente predominantes nos processos industriais é a relação custo-benefício Meios sólidos (lubrificação) A redução do atrito é um dos fatores que propiciam um aumento da vida útil da ferramenta de corte em usinagem, pois os efeitos dos desgastes sobre a ferramenta diminuem. Uma das formas de diminuir tais efeitos é a introdução de uma camada lubrificante líquida ou sólida com baixa taxa de cisalhamento entre as superfícies. Dependendo da aplicação, a lubrificação sólida é a que apresenta maiores vantagens em relação à diminuição do atrito, pois uma vez formada a camada de lubrificante, ele poderá permanecer entre as partes em contato. Outra vantagem do lubrificante sólido em relação ao líquido é em relação à temperatura de operação que pode estender a faixa de 1000 C, mantendo o coeficiente de atrito relativamente baixo. Dentre os lubrificantes sólidos, os mais conhecidos são a grafite, o bissulfeto de molibdênio (MoS 2 ) e o politetrafluoretileno (PTFE) comumente utilizados em mancais. A combinação de lubrificantes sólidos e líquidos, em alguns casos, podem trazer benefícios em relação ao atrito e ao desgaste, pois há possibilidade de ocorrer uma sinergia de propriedades de ambos. Embora na maioria das aplicações tribológicas sejam utilizados lubrificantes líquidos e/ou graxas para diminuir o atrito e os desgastes da ferramenta, pode-se utilizar o lubrificante sólido também em aplicações de baixas temperaturas, baixa pressão ou vácuo e pressões extremas de contatos Aplicação de Meios Lubrirrefrigerantes Até pouco tempo atrás, as indústrias tinham como objetivo principal a fabricação de produtos visando satisfazer somente aspectos tecnológicos e econômicos. Neste período, a administração industrial era dominada pelos custos. Atualmente os aspectos ecológicos tem-se tornado cada vez mais importantes dentro dos processos produtivos, somando-se aos outros dois aspectos. Num futuro bem próximo, para que uma indústria atinja o sucesso produtivo, ela deverá obrigatoriamente encontrar um estado de produção que leve em conta simultaneamente os três aspectos mostrados na Figura Hoje em dia, os aspectos tecnológicos e econômicos apresentam um significativo controle em quase todos os processos de fabricação por serem vitais à sobrevivência da empresa. Já os aspectos ecológicos apresentam-se como uma tímida preocupação por parte de alguns empresários, e um descaso pela grande maioria. Neste contexto, leis e normas de proteção ambiental estão surgindo de modo a obrigar a preocupação ambiental em todos os níveis de produção. Especialmente dentro dos processos de usinagem, entre os vários fatores existentes, os fluidos de corte se apresentam como um dos principais agentes nocivos ao homem e ao meio ambiente, e por esta razão os esforços estão sendo concentrados no sentido de reduzir e/ou eliminar esta fonte de agressão. Quase que na sua totalidade as operações de usinagem utilizam fluidos de corte, o que permite atingir

12 80 níveis de produtividade satisfatórios. Estes níveis de produção, por sua vez, devem atender os níveis de consumo e manter a eficiência da cadeia de produção. Aspectos Ecológicos Leis de Proteção Ambiental Sistema Produtivo Exigências da Sociedade Aspectos Tecnológicos Mercado Consumidor Aspectos Econômicos Figura 10.7 Fatores integrantes de um moderno sistema produtivo. Embora os fluidos de corte tenham uma importância significativa nas operações de usinagem, os aspectos nocivos impõem a necessidade de soluções alternativas. Diversos estudos comprovam o elevado grau de agressão dos fluidos de corte e apontam para a necessidade de providências tecnológicas no sentido de reduzir e/ou eliminar seu uso. Tomando esta linha como meta básica para reduzir o impacto ambiental dos processos de usinagem, pode-se analisar o uso de fluidos de corte sob os três aspectos básicos dos sistemas produtivos ilustrados na Figura 10.7 e comentados nos itens subsequentes Aspectos econômicos Uma maior atenção foi dispensada aos fluidos de corte quando os usuários perceberam que os custos relacionados à introdução e ao tratamento dos fluidos de corte podem atingir o dobro dos custos com as ferramentas. Estes custos refletem-se diretamente no custo total de produção. Embora a relação não seja direta, visto que a redução nos custos com fluido de corte não é proporcional à redução dos custos totais de produção, a redução do uso de fluidos de corte juntamente com uma otimização dos parâmetros de processo pode trazer benefícios econômicos ao ciclo produtivo Aspectos tecnológicos O emprego dos fluidos de corte tem, por vários anos, permitido atingir volumes de produção maiores, atuando de forma eficaz principalmente na refrigeração do processo de corte. Ainda como funções significativas podem ser citadas a lubrificação da interface ferramenta/peça e a expulsão do cavaco produzido da zona de corte. Com o crescente desenvolvimento de novos materiais para ferramenta, acompanhado pela melhoria das características técnicas das máquinas-ferramentas, a refrigeração e a lubrificação vêm gradativamente perdendo importância dentro dos processos de usinagem. Face a isto, o fluido de corte passa a ter uma maior importância na função de reduzir o aporte térmico para a peça, permitindo desta forma a produção de peças dentro de estreitas tolerâncias dimensionais.

13 Aspectos ecológicos O fluido de corte (visto pelo aspecto ecológico) mostra-se como um agente nocivo ao homem (operador e meio ambiente). Diversos estudos realizados mostraram que o seu contato permanente com os meios lubrirrefrigerantes pode causar vários tipos de doenças de pele, alguns tipos de câncer e doenças pulmonares. Este contato pode ser direto pelo próprio fluido, através de névoa, vapores ou subprodutos formados durante a usinagem. Por outro lado, o descarte dos fluidos deteriorados pelo uso provoca uma agressão ao meio ambiente. Pesquisas no sentido de tratar, reaproveitar ou reprocessar estes fluidos estão sendo realizadas. Porém, atualmente os custos envolvidos não são atrativos. A criação de leis cada vez mais rígidas tenta reduzir gradativamente o impacto ambiental dos processos produtivos. Neste sentido a preocupação ecológica na cadeia produtiva ganha uma evidente importância no contexto geral da produção, reforçando a necessidade de desenvolvimento de estudos e pesquisas para reduzir e/ou eliminar os fluidos de corte em operações de usinagem. O desenvolvimento de formas alternativas não nocivas de produção passa a ser de fundamental importância para a humanidade, uma vez que este procedimento ajudará a conter os atuais níveis de poluição mundial. Os itens seguintes abordam quatro alternativas ecológicas para minimizar tais problemas. a) Usinagem com MQF A MQF é aplicada nas operações de corte em que não é possível a eliminação do fluido lubrirrefrigerante. Na técnica de MQF (também chamado atomização ou névoa), o fluido é aplicado em vazões muito baixas (10 a 20 ml/h), normalmente nas direções B e C (Fig. 10.1). Isto exige adaptação das características técnicas dos fluidos. A Figura 10.8 mostra a MQF aplicada em furação comparada com a aplicação regular de fluido lubrirrefrigerante. (a) (b) Figura 10.8 Comparação das quantidades de fluido aplicado em furação: (a) normal; (b) MQF Embora os resultados encontrados sejam promissores (redução das forças de usinagem e da rugosidade da peça), eles não são consistentes, ou seja, apresentam variações de desempenho em comparação com método tradicional (jorro a baixa pressão) de acordo com as condições de corte para diferentes processos de usinagem. A elevada razão entre a área e o volume das gotículas permite a rápida evaporação do fluido, provocando a refrigeração. Portanto, fluidos com baixo ponto de fusão e alto calor latente de vaporização (i.e., com elevada concentração de água) devem apresentar melhores resultados. Considerando o uso da MQF na usinagem, o vapor, a névoa e a fumaça de óleo podem ser considerados subprodutos indesejáveis, os quais caracterizam um aumento de poluição suspensa no ar e têm se tornado fator de preocupação. Com isso, tem-se a necessidade do controle das emissões (por meio

14 82 de encapsulamento da máquina-ferramenta e de sistema de exaustão eficiente) e do ruído produzido pela linha de ar comprimido em funcionamento contínuo. b) Usinagem a seco Na usinagem a seco, não se verificam as funções primárias dos fluidos de corte: refrigeração, lubrificação e expulsão/transporte de cavacos. Assim, exige-se uma adaptação compatível de todos os fatores influentes: máquina, peça, ferramenta, processo e parâmetros de corte. Modernas ferramentas de corte têm sido desenvolvidas para suportar altas temperaturas na região de corte, sem perder a dureza e a resistência ao desgaste. Com isso, é possível aumentar a produtividade com a usinagem a seco, pois não se elimina apenas o custo com o meio lubrirrefrigerante, mas também o tempo e o custo com a manutenção. Além dos aspectos tecnológicos e econômicos citados, os aspectos ecológicos também merecem destaque (os fluidos são nocivos ao homem e agridem o meio ambiente). A Figura 10.9 esquematiza os fatores influentes na usinagem a seco. Características da peça Operação de usinagem USINAGEM A SECO Objetivo: obtenção econômica e funcional de peças Material a ser usinado Máquinaferramenta Falta funções do fluido Material da ferramenta Condições de corte Material do revestimento Figura 10.9 Fatores influentes na usinagem a seco As restrições à usinagem a seco podem ser as exigências de qualidade da peça, mas também podem resultar de diferentes materiais (peça e/ou ferramenta) e/ou combinações de processos. Percebe-se através da atual situação da usinagem a seco que muitos processos não são possíveis de serem realizados devido à atual concepção dos mesmos e ao desenvolvimento em que se encontram as ferramentas. c) Otimização da ferramenta Outra forma de encontrar uma solução adequada à redução ou eliminação dos problemas oriundos da usinagem sem fluidos de corte é a otimização das características da ferramenta empregada no processo. As otimizações do substrato, do revestimento e da geometria servem como ponto de partida para a solução dos problemas. Esta otimização deve ser conjunta entre tais características e o material a ser usinado. Entretanto, cada processo de usinagem possui características próprias e, por esta razão, devem ser desenvolvidos estudos específicos para cada um. d) Substituição do processo Para os casos em que um determinado processo não permita o emprego das opções anteriores, uma solução extrema é substituir o processo em questão por um ou mais processos alternativos que permitam atingir os mesmos resultados que o processo original. Esta solução exige, por parte do usuário, a disposição para avaliar os processos utilizados e aceitar o risco de tentar novas formas de produção.