de vez em quando recebo artigos da revista NEI achei este interessante e resolvi postar aqui.
Artigos Técnicos - Usinagem
Tendência aponta para a usinagem a seco
Setembro/2008
Fluidos de corte foram empregados na usinagem para potencializar a produtividade e ganharam tal importância, que se tornaram, em muitos processos, essenciais para a obtenção da qualidade exigida nas peças produzidas. Uma análise geral das operações de usinagem, considerando os aspectos ecológicos, pode identificar nestas operações várias fontes agressoras do meio ambiente - entre elas, os fluidos de corte ou fluidos lubri-refrigerantes. Em distintos processos os fluidos são utilizados em grandes quantidades para aumentar a vida das ferramentas e melhorar a qualidade das peças produzidas, conseqüentemente, influindo nos custos industriais. Os fluidos lubri-refrigerantes introduzem uma série de melhorias funcionais e econômicas no processo de usinagem de metais. As melhorias de caráter funcional são aquelas que facilitam o processo de usinagem, conferindo a este um melhor desempenho, com redução do coeficiente de atrito entre a ferramenta e o cavaco, expulsão do cavaco da região de corte, refrigeração da ferramenta, refrigeração da peça em usinagem, melhor acabamento da peça usinada e refrigeração da máquina-ferramenta. Entre as melhorias de caráter econômico distinguem-se: redução do consumo de energia de corte, redução do custo da ferramenta na operação e impedimento da corrosão da peça usinada.
Para a obtenção destas melhorias, diversas formas de aplicação e tipos de fluidos de corte são utilizados. Entre os meios auxiliares, os principais métodos utilizados são os de aplicação com fluido em abundância (emulsão) e atualmente também a Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) e a usinagem a seco.
A tendência mundial visa à usinagem sem fluido de corte (seco), que objetiva reduzir de forma significativa custos com a compra de fluidos de corte e sua destinação final, bem como problemas ocupacionais, tais como doenças de pele (dermatites) e variações de sintomas respiratórios, e relacionados ao meio ambiente, onde os fluidos de corte tornam-se graves poluentes da água, solo e ar.
Em processos com condições mais severas de usinagem, como na furação, a não-utilização de fluido de corte tem algumas restrições devido a maiores esforços térmicos e mecânicos do processo, havendo a necessidade de facilitadores do processo. Como em muitos casos não é possível a ausência total do meio auxiliar, o método de aplicação com Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) tem se mostrado uma boa alternativa.
O conceito MQL pode ser definido como a atomização de uma quantidade mínima de lubrificante (menor que 100 ml/h) em um fluxo de ar comprimido. Essas quantidades mínimas de fluido são suficientes para reduzir substancialmente o atrito na ferramenta e evitar a aderência de material, considerando que a área de contato cavaco/ferramenta é muito pequena.
A usinagem com MQL é recente e não são conhecidos precisamente os seus efeitos sobre a máquina-ferramenta, sobre a peça em trabalho e a ferramenta de corte, bem como todos os efeitos ambientais gerados, como a quantidade de óleo suspenso no ar, de óleo fixado na máquina-ferramenta, entre outros. Esta escassez de informações é gerada pela ausência de equipamentos mais modernos de atomização de fluidos para estas aplicações, máquinas- ferramenta adequadas e a adaptação do processo de fabricação à nova realidade, bem como carência de pesquisas e entendimento desta condição modificada de trabalho.
Para contribuir para a aquisição de mais informações, uma das linhas do Grupo de Usinagem (GUS) do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Caxias do Sul objetiva o desenvolvimento de pesquisas para a redução ou eliminação total dos fluidos lubri- refrigerantes nos processos de usinagem, em especial a furação, possibilitando a realização do processo com redução dos impactos negativos causados pelos fluidos de corte ao meio ambiente.
No desenvolvimento de alguns dos experimentos foram utilizadas brocas helicoidais de aço-rápido HSS M2, com diâmetro de 8 mm sem revestimento. Para facilitar a quebra e retirada do cavaco de dentro do furo foi utilizada a operação com ciclo pica-pau, sendo a profundidade do furo 5 vezes o diâmetro da broca. O material usinado foi o aço DIN 1.2711 com dureza de aproximadamente 40 HRc. Os parâmetros de corte utilizados para todos os tipos de aplicação foram de 12 m/mim para a velocidade de corte, 0,017 mm para o avanço, com 1,5 mm de incremento. Com a aplicação de MQL, o maior valor de Ra foi de 7,28 µm. Nota-se que houve uma grande variação de valores das rugosidades ao longo do número de furos. No primeiro furo o valor da rugosidade foi bastante elevado, o que pode estar relacionado com a condição de conservação do gume, que, devido ao microfilme de lubrificação, mantém o estado novo do gume por maior período de tempo. Nos últimos furos observa-se um aumento da rugosidade, devido à grande quantidade de material aderido ao gume da broca e também devido ao arredondamento da quina desgastada, provocado pela severidade do corte.
Este fato aponta a influência do desgaste da ferramenta sobre a qualidade superficial da peça. No processo com aplicação de ar comprimido, houve um aumento gradual nos valores de rugosidade, sendo que para o penúltimo furo obteve-se o maior valor registrado. No último furo ocorreu uma redução no valor da rugosidade, fenômeno este relacionado à formação de caldeamento, em que o material adere à superfície do furo e mascara a rugosidade. Na condição de aplicação de emulsão, a ferramenta realizou 16 furos (0,64 m). Os valores medidos para Ra se mantiveram abaixo de 5 µm, no início e fim de todos os furos realizados. Porém os valores de Rz e Rmáx apresentaram uma variação bastante significativa para os últimos furos, apontando uma tendência de aumento da rugosidade ao longo do número de furos.
Os resultados mostram que, para a usinagem com aplicação de fluido em abundância, foram usinados em média 15 furos e para a aplicação com ar comprimido, realizaram-se em média 8,5 furos. A maior durabilidade da ferramenta foi atingida na condição de aplicação de MQL, com média de 23 furos. Para esta condição, a função de lubrificação foi assegurada pela mínima quantidade de óleo, que atinge a interface ferramenta/parede do furo, reduzindo o atrito e, ao mesmo tempo, mantendo o calor, que facilita o corte do material. Para a condição com apliVeja este e outros artigos no site
www.nei.com.br Crédito: O artigo "Tendência aponta para a usinagem a seco" foi escrito especialmente para Noticiário de Equipamentos Industriais - NEI pelo Prof. Dr. Eng. Mec. Rodrigo Panosso Zeilmann, engenheiro mecânico (UPF) com mestrado (UFSC) e doutorado (UFSC/RWTH Aachen WZL, Alemanha) em Fabricação. Trabalhou em indústria (1992-1994), no Laboratório de Mecânica de Precisão da UFSC (1995-1999); no Laboratório de Máquinas-Ferramenta WZL, na Alemanha (1999 - 2002); e desde 2002 atua como professor e pesquisador na Universidade de Caxias do Sul (UCS). E-mail:
[email protected] cação de emulsão em abundância, a refrigeração imposta pelo fluido faz com que a temperatura da peça sofra uma redução, retirando assim a ação positiva do calor em facilitar o cisalhamento e o processo de arranque do cavaco. Como conseqüência, tem-se um aumento da força de corte e no trabalho, gerando maior desgaste da ferramenta.
O processo realizado com aplicação de ar comprimido atingiu um menor número de furos, pois, sem a presença do meio auxiliar, o cavaco apresenta uma maior dificuldade de escoar para fora do furo, formando uma grande quantidade de material que atrita intensamente entre os canais da broca e a parede do furo, gerando maior calor e dificultando o desenvolver do processo.
Com os resultados adquiridos, constatou-se que é possível a redução da utilização de fluidos lubri-refrigerantes no processo de furação do aço DIN 1.2711 com broca helicoidal HSS com os parâmetros de corte acima citados. Os efeitos de lubrificação e refrigeração proporcionados pelo uso da mínima quantidade de fluido lubrificante contribuíram de forma efetiva para a obtenção de uma melhor qualidade superficial da peça usinada. Embora os fluidos de corte tenham importância relevante nas operações de usinagem, os aspectos negativos exigem a necessidade de mudanças rápidas e com qualidade. Sendo assim, a furação, que é um processo complexo, com aplicação de MQL torna-se também um campo em que se podem amortizar os danos nocivos causados ao meio como um todo. E com o crescente desenvolvimento de novos materiais para ferramentas, acompanhado pela melhora técnica gradativa das máquinas-ferramenta e dos métodos de aplicação de meios auxiliares, em especial a aplicação com MQL, o desenvolvimento de relações mais equilibradas entre a usinagem com fluido de corte e o meio ambiente é possibilitado de forma quantitativa e qualitativa.
Aliando-se a importância da preservação do meio ambiente à minimização dos fluidos de corte podem ser obtidos ganhos em todos os âmbitos. O comprometimento das empresas com o melhor entendimento do funcionamento dos métodos de utilização de fluidos lubri-refrigerantes abrirá caminhos para uma produção mais comprometida ambientalmente, permitindo a satisfação das necessidades do presente sem comprometer a capacidade das futuras gerações de satisfazer suas próprias necessidades.
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Crédito
O artigo "Tendência aponta para a usinagem a seco" foi escrito especialmente para Noticiário de Equipamentos Industriais - NEI pelo Prof. Dr. Eng. Mec. Rodrigo Panosso Zeilmann, engenheiro mecânico (UPF) com mestrado (UFSC) e doutorado (UFSC/RWTH Aachen WZL, Alemanha) em Fabricação. Trabalhou em indústria (1992-1994), no Laboratório de Mecânica de Precisão da UFSC (1995-1999); no Laboratório de Máquinas-Ferramenta WZL, na Alemanha (1999 - 2002); e desde 2002 atua como professor e pesquisador na Universidade de Caxias do Sul (UCS). E-mail:
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