aula 6 15-10-2015 (1)

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Prof. Michel Dos Santos

Processos de Fabricação 1 – Aula 15/10/2015


Fluidos de Corte

“Fluidos de corte são aqueles líquidos e gases aplicados na ferramenta e no material que está sendo

usinado, a fim de facilitar a operação de corte. ”

Frequentemente são chamados de lubrificantes ou refrigerantes em virtude das suas principais funções na

usinagem: reduzir o atrito entre a ferramenta e a superfície em corte. (Lubrificação) e diminuir a temperatura na

região de corte. (Refrigeração).

A escolha do fluido de corte influi diretamente na qualidade do acabamento superficial das peças, na

produtividade, nos custos operacionais e também na saúde dos operadores e no meio-ambiente.

Funções e Finalidades dos fluidos de corte:

Os fluidos de corte cumprem, nas suas aplicações, uma ou mais das seguintes funções:

Refrigerar a região de corte;

Lubrificar as superfícies em atrito;

Arrastar o cavaco da área de corte;

Proteger a ferramenta, a peça e a máquina contra oxidação e corrosão;

Redução da Força e Potência necessárias ao corte;

Redução do consumo de Energia;

Diminuição da Temperatura da peça e da ferramenta em trabalho;

Desobstrução da região de corte;

Aumento da Vida da ferramenta;

Eliminação do Gume Postiço;

Melhor Acabamento da superfície usinada.

Classificação dos fluidos de corte:

Os meios lubri-refrigerantes são classificados em 4 grupos, de acordo com as substâncias (ou misturas) que

os compõem:

Meios lubri-refrigerantes miscíveis com a água (Ex.: Soluções aquosas e Emulsões);

Meios lubri-refrigerantes não miscíveis com a água (Ex.: Óleos graxos e Óleos minerais)

Gases e névoas

Sólidos (Ex.: Bissulfeto de Molibdênio (MoS2))

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Tipos de Fluido de Corte: Soluções (fluidos sintéticos)

As soluções são misturas de água e produtos orgânicos e inorgânicos especiais que lhe conferem propriedades

úteis para o seu uso como fluido de corte. As soluções não contêm óleo na sua composição.

Emulsões ("óleos solúveis" e fluidos semissintéticos)

A denominação "óleo solúvel" é imprópria porque o óleo não está solubilizado na água, mas sim disperso por

causa do emulsificador.

As emulsões também contêm aditivos que melhoram ou conferem novas propriedades ao fluido.

Os fluidos semissintéticos também são formadores de emulsões mas apresentam uma menor concentração de

óleo na emulsão. Isso aumenta a vida do fluido e diminui os riscos à saúde.

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Óleos (fluidos integrais)

Os óleos (ou fluidos) integrais são constituídos basicamente de óleos graxos e óleos minerais, que podem

ser usados puros ou misturados, ou com aditivos.

Os óleos graxos, de origem animal ou vegetal, foram os primeiros óleos integrais, mas sua rápida

deterioração e alto custo fizeram com que eles fossem substituídos por outros produtos.

Atualmente são usados como aditivos de óleos minerais.

Gases e Névoas

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.

Os fluidos gasosos, com sua menor viscosidade, são mais eficientes na capacidade de penetrar até a zona

ativa da ferramenta.

Outros gases como o argônio, hélio, nitrogênio e dióxido de carbono também são utilizados para a

refrigeração e proteção contra oxidação, porém apenas em casos específicos, visto ser esta uma usinagem pouco

econômica.

Névoas e gases são usadas em operações de mecânica de precisão, usinagem de alta velocidade e em

QMFC (quantidade mínima de fluido de corte).

O termo QMFC é empregado para sistemas de névoa onde o consumo na operação permanece abaixo de 50

ml/h de fluido de corte. Nesse tipo de aplicação o fluido é disperso na forma de spray sobre a região que se quer

refrigerar ou lubrificar.

Vantagens:

Menor consumo de óleo, o que reduz os custos e os impactos ao meio-ambiente;

Melhor visibilidade;

Melhora a vida da ferramenta.

Desvantagens:

Capacidade de lubrificação e refrigeração limitadas;

É necessário um sistema de exaustão.

Sólidos ( MoS2 )

A pasta de Bissulfeto de molibdênio ( MoS2 ) pode ser aplicada na superfície de saída da ferramenta com um

pincel. Pelas suas características lubrificantes em condições de extrema pressão, tem dado excelentes resultados.

Qualidades e propriedades desejáveis nos fluidos de corte – Aditivos

Os fluidos de corte são modificados com aditivos - compostos químicos que melhoram propriedades inerentes

aos fluidos ou lhes atribuem novas características. Em geral, esses aditivos caem em uma das duas classes:

(1) aqueles que afetam uma propriedade física, como viscosidade;

(2) aqueles cujo efeito é puramente químico, como anticorrosivos e antioxidantes.

Por exemplo, óleos com aditivos de extrema pressão (EP) são compostos de enxofre, cloro ou fósforo, que

reagem em altas temperaturas (200 a 1000oC), formando na zona de contato sulfetos, cloretos ou fosfetos,

constituindo uma película anti-solda na face da ferramenta e assim, minimizando a formação do gume postiço.

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Em adição às propriedades de lubrificar e refrigerar, os fluidos de corte devem ter ainda as seguintes

características:

Propriedades anticorrosivas;

Propr. Antiespumantes;

Propr. Antioxidantes;

Compatibilidade com o meio-ambiente;

Propriedades de lavagem;

Alta capacidade de absorção de calor;

Alta capacidade de umectação (Tornar úmido, molhar);

Boas propriedades antidesgaste;

Boas propriedades antisolda ou EP (Os agentes EP são aditivos que reagem quimicamente com a superfície

metálica e formam uma película que reduz o atrito. Alguns tipos de agentes EP são a matéria graxa, o

enxofre, o cloro e o fósforo.);

Estabilidade durante a estocagem e o uso;

Ausência de odor forte e/ou desagradável;

Ausência de precipitados sólidos ou outros de efeito negativo;

Viscosidade adequada;

Transparência, se possível;

Segue abaixo uma tabela comparativa de algumas características gerais dos 3 principais tipos de fluidos de

corte.

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Problemas comuns no uso de fluidos de corte

Corrosão de peças e/ou da máquina:

A presença de água nas soluções e emulsões pode acelerar um processo de corrosão. (Usar aditivos

anticorrosivos).

Infectação por bactérias:

O crescimento de bactérias pode resultar em odores ofensivos, manchas nas peças e máquinas, problemas com

filtros e clarificadores e redução da vida do fluido de corte (principalmente emulsões e óleos).

Sujeiras e impurezas:

Partículas metálicas, óleos hidráulicos e de lubrificação da máquina e maus hábitos de higiene dos operadores

podem tanto prejudicar as peças, ferramentas e máquinas quanto reduzir a vida do fluido de corte.

Risco de incêndio:

Fluidos integrais podem entrar em combustão, é necessária atenção às condições de corte e à formulação do

óleo. Também metais como o Magnésio podem provocar ignição quando em contato com a água. Assim, não se

usam soluções ou emulsões com o magnésio.

Ataque à saúde:

Névoas de óleo podem irritar a pele e as vias respiratórias. O contato frequente da pele com fluidos de corte

(principalmente os que contém óleo na composição) pode resultar numa variedade de problemas de pele, havendo

diferentes mecanismos de ataque e com diferentes manifestações. (Recomenda-se hábitos de higiene constantes e

cremes protetores para a pele).

Poluição do Meio-Ambiente:

Um litro de óleo pode tornar impróprio para o uso um milhão de litros de água potável. Por esse e muitos

outros motivos é necessária total atenção ao tratamento e destino do fluido de corte usado.

Práticas incorretas no descarte de fluidos de corte são:

Manejo inadequado;

Ausência de tratamento;

Armazenagem inadequada;

Transporte impróprio;

Entrega a receptores não autorizados;

Disposição de resíduos em local não autorizado.

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Critérios de Seleção dos fluidos de corte

Escolher o fluido de corte ideal para cada situação é tão complexo quanto escolher o material e o tipo da

ferramenta. Para isso, é fundamental conhecer amplamente o processo de produção.

O engenheiro deve ter claro qual é o objetivo a ser alcançado com o uso do fluido: maior produção,

mais vida de ferramenta ou precisão dimensional para citar alguns.

São muitos os fatores que influenciam a escolha de um fluido de corte. Aqui são citados os mais comuns.

Processo de Usinagem

Máquina-Ferramenta utilizada

Produção (diversidade de produtos e matérias)

Análise Econômica

Operadores e Meio Ambiente

Recomendações dos Fabricantes

Processo de Usinagem

Variáveis de Corte

Como regra geral:

Usinabilidade baixa > baixa vc > Lubrificação > Fluidos integrais.

Usinabilidade alta > alta vc > Refrigeração > Soluções ou Emulsões.

Material da Peça

Magnésio:

Nunca usar fluido à base de água > risco de ignição.

Ferro Fundido:

Cinzento e o Maleável > geralmente usinagem a seco.

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Esferoidal > Emulsão.

Alumínio:

Geralmente a seco ou com refrigeração para controlar dilatação térmica.

Al + Zn > não usar soluções > risco de incêndio.

Aço: usinabilidade muito variada > admite todos os tipos de fluido de corte.

Material da Ferramenta

Aço Rápido: qualquer fluido.

Para uso em altas velocidades de corte (vc) > refrigeração.

Metal Duro: usinagem a seco ou refrigerante para aumentar a vida da ferramenta e proporcionar alta vc.

(Seleção criteriosa).

Cerâmica: geralmente a seco (evitar o uso de refrigerante para não ocorrer choque térmico).

Diamante: refrigerado por soluções.

Máquina-Ferramenta utilizada

Operações específicas e exigentes: Fluidos especialmente aditivados.

Ex.: brochadeira, rosqueadeiras.

Operações variadas: Fluidos de uso geral, de grande compatibilidade.

Ex.: Centros de Usinagem.

Produção (diversidade de produtos e matérias)

Análise Econômica

Geralmente há mais de um produto (fluido) que se enquadra nas exigências do processo de fabricação. Assim,

uma boa análise da relação custo-benefício pode determinar qual dos produtos será comprado.

Fluidos que não agridam o meio ambiente, que possam ser facilmente tratados e que possam ser reutilizados

após manutenção (readitivação).

Recomendações dos Fabricantes

Os fabricantes de fluido de corte são um grande auxílio na escolha de um produto. Mas também deve-se

considerar as recomendações dos fabricantes da máquina-operatriz e da ferramenta.

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Purificação de Fluidos de Corte Os fluidos de corte são normalmente submetidos a processos de purificação, através de sistemas individuais ou

centralizados (para várias máquinas).

Purificam-se os fluidos, tendo como objetivos:

Redução da mão de obra na limpeza de reservatórios;

Controle das propriedades dos fluidos, para que sejam garantidas as concentrações corretas para cada

máquina (nos sistemas centralizados);

Redução do descarte com possibilidade de remoção de metálicos finos, resíduos de rebolo e outros

contaminantes;

Melhoria da qualidade das peças fabricadas;

Aumento da vida útil do fluido de corte

Métodos

A purificação é conseguida através de procedimentos simples, que podem seguir dois métodos básicos:

o Decantação/escumação.

Características: A decantação como no caso do tratamento de águas é um processo de separação por gravidade.

Usualmente existem dispositivos auxiliares como barras raspadoras, planos inclinados, chicanas de separação, etc.,

com o objetivo de melhorar a performance da operação.

Equipamentos básicos: é composto por um tanque de decantação onde o fluido é despejado, depositando as

impurezas sólidas no fundo. O tanque pode ser equipado com esteira de raspadores que arrasta as partículas

depositadas, ou com uma simples separação através de chicana, onde remove-se o óleo sobrenadante para um

tanque auxiliar.

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Indicações: O sistema é indicado para fluidos que separem rapidamente as impurezas. É o caso dos fluidos

sintéticos para retificação. É muito indicada para fluidos usados na retificação de ferro fundido e vidro.

o Filtração.

Características: É o método típico de filtragem. Usa meios porosos através do qual passa o fluido de corte. A

passagem pode ser promovida por gravidade, sucção ou pressão.

Tipos de meios porosos

Os meios filtrantes mais comuns são: papel, tecido ou feltro e telas metálicas. Algumas vezes são utilizados

cartuchos ou bobinas.

A seleção do elemento filtrante deve levar em conta as características:

Fibras de celulose e rayon tendem a absorver água.

Fibras sintéticas (poliéster, polipropileno, polietileno) tendem a repelir água, mas absorver óleo.

Fibras encharcadas com água incham, prejudicando a filtração.

Fibras que absorvem óleo de emulsões provocam excesso da taxa de depleção. (Perda ou diminuição de

qualquer substância,)

Descrição dos Filtros.

o Filtro de Gravidade

Características: É um sistema de tela rígida, tipo peneira, em geral recoberta por filtro. No centro da tela existe

uma depressão onde se deposita o fluido. A passagem do fluido através do filtro ocorre por gravidade, sendo o

fluido coletado num tanque inferior. A velocidade de filtração decai à medida que as impurezas se acumulam no

filtro. Usualmente um sensor ativado pelo nível de fluido acumulado na depressão, aciona um dispositivo para

renovação do meio filtrante, em geral por enrolamento.

Meio filtrante: Papel ou tecido, descartável.

Restrições: o espaço ocupado pelo equipamento é grande em comparação com outros tipos de filtragem,

apesar do pequeno investimento inicial.

o Filtro a Vácuo

Características: São similares aos sistemas de gravidade, mas aceleram a passagem do fluido pelos meios

filtrantes através de sucção. O vácuo é produzido num compartimento selado, abaixo do meio filtrante. Possui em

geral um sistema de esteira com raspadores para remoção dos cavacos e limpeza do meio filtrante. A esteira é

acionada por um sensor de vácuo que é ativado quando aumenta o vácuo na câmara inferior, pelo efeito de

acúmulo de cavacos que bloqueiam o fluxo de fluido.

Meio filtrante: Papel, tecido ou tela metálica, permanente ou descartável.

Restrições: As partículas sólidas podem formar borra quase impermeável (caso da retificação do ferro fundido

ou vidro) tornando o sistema caro e ineficiente.

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o Dispositivos especiais.

Estes sistemas separadores são geralmente usados em conjunto com a decantação/escumação aumentando a

eficiência do processo de purificação.

Classificam-se os dispositivos em:

Separadores de Ciclone;

Centrífugas;

Separadores por Flotação;

Separadores Magnéticos.

Separadores de Ciclone

Características: Usa a centrifugação do fluido sujo dentro de um reservatório cônico. Uma bomba produz a

pressão necessária para gerar a ação de centrifugação. A centrifugação separa os contaminantes sólidos que

escorregam pela parede, descendo para um reservatório.

Indicações: Mais indicados para separar pequenas quantidades de contaminantes sólidos, portanto são

utilizados em combinação com tanques de decantação.

Restrições: Em óleos de baixa viscosidade (para brunimento), a água presente separa-se do óleo junto com

os cavacos. Contaminantes imiscíveis mais leves que o fluido vão para o centro do vórtice, promovendo uma

mistura ainda maior com o fluido, prejudicando a limpeza.

O uso é limitado para fluidos com viscosidade menor que 20cSt a 400°C. (centistokes, Viscosidade

cinemática)

Desgaste: As bombas de alta pressão sofrem desgaste rápido, pois bombeiam fluido sujo. Além disto pode

ocorrer a formação de espuma, especialmente quando há sucção de ar das descargas de fundo de fluido sujo. O ar

entra no vórtice do ciclone, misturando-se com o fluido e voltando para o lado sujo do sistema.

Centrífugas

Características: São máquinas de centrifugação convencionais. Separam contaminantes mais leves ou mais

pesados que o fluido pelo princípio da força centrífuga. Podem operar em diferentes velocidades, dependendo dos

objetivos da separação. São equipadas com cestos, onde ficam retidas as impurezas. A maioria das centrífugas são

auto-limpantes, ou seja, o antigo problema de limpeza dos cestos foi eliminado.

Indicações: para fluido integral, a centrifugação separa água e contaminantes finos. Centrífugas de alta

velocidade podem separar óleo contaminante de emulsões.

Restrições: a velocidade de centrifugação deve ser controlada quando se centrifugam emulsões grossas, para

que o óleo solúvel não seja separado da água pelo excesso de velocidade.

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Separadores por Flotação

Características: Promovem a separação através da formação de uma nata flutuante que agrega as impurezas

finas do fluido. Existe um tanque de decantação onde inicialmente se depositam as partículas maiores. O fluido

então é bombeado para um tanque superior onde é aerado através de uma hélice. As bolhas de ar formadas aderem

às partículas finas formando uma nata-espuma que passa a flutuar, sendo então escumada.

Indicações: para fluidos de corte aquosos, do tipo leitoso. As partículas devem estar umectadas para que

aconteça uma boa flotação.

Restrições: a espuma junto com as impurezas deve ser capaz de carregar as partículas finas. Se houver muita

espuma pode ocorrer transbordamento. Se houver pouca espuma a flotação não ocorrerá. A concentração e

composição do fluido de corte devem ser cuidadosamente controladas para uma boa flotação.

Separadores Magnéticos

Características: Removem partículas ferrosas e outras ligas magnéticas utilizando um tambor rotativo

magnetizado ou correia magnetizada. O dispositivo magnético atrai as partículas metálicas, levando-as para fora

da área do fluxo do fluido de corte. Em alguns equipamentos existem acessórios raspadores que fazem a remoção

final das partículas.

Indicações: para fluidos de corte aquosos e integrais de baixa viscosidade. No caso de tambores, os

entrelaçamentos das partículas de impurezas magnetizadas formam uma rede que carrega também partículas não

metálicas, favorecendo a limpeza.

Restrições: tem limitações de tamanho e capacidade de fluxo de fluido, portanto são adequados para uso em

uma ou duas máquinas.

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