A importância da refrigeração em risco

A usinagem sem refrigeração ganha cada vez mais espaço, mas será que ela é mesmo dispensável?

A utilização de fluidos de corte durante a usinagem serve para diversas funções, entre elas, a lubrificação e resfriamento eficientes na interface da ferramenta/peça, bem como eliminação dos cavacos. A falha na expulsão deste material pode resultar em ocorrências desfavoráveis à usinagem da peça ao comprimir o material removido contra a superfície recém usinada, danificando a qualidade do acabamento superficial.

No entanto, os fluidos são suscetíveis à propagação de bactérias e a geração de odor, o que pode causar sérios danos à saúde. Outros diversos prejuízos associados a estes fluidos incluem os custos de aquisição, descarte, manutenção e mão de obra. Manchas na peça ou contaminação também podem ser problemáticas.

Usinagem sem fluido de refrigeraçãoPara fins de expulsão dos cavacos, as operações de furação requerem o uso de refrigeração no ponto de contato da broca com o material da peça, com o objetivo de ejetar o que for removido do furo. A falta de fluido irá fazer com que os cavacos fiquem aderidos nas paredes do furo e a rugosidade média da superfície usinada pode ficar duas vezes maior em comparação com a operação com refrigeração. A lubrificação na interface entre a ponta da broca e o furo pode levar a uma redução significativa do torque durante a operação.

Em fresamento e torneamento, a transferência de calor da zona de corte para os cavacos removidos é um indicador de características de usinagem positiva. Um bom projeto de geometria de quebra de cavaco possibilita a deflexão de 85% do calor gerado da zona de corte, enquanto o calor restante flui para a peça ou se dissipa na ferramenta. Este fenômeno de geração de calor diminui a vida útil da ferramenta de corte. Durante a operação de usinagem, por exemplo, as arestas de corte tendem a se aquecer e resfriar na medida em que saem da peça usinada. Estas oscilações na temperatura criam uma sequência de expansões e contrações que conduzem a esforço de fadiga e fissuras térmicas.

A introdução de fluido lubrificante normalmente torna a situação ainda mais insatisfatória. Um debate que diverge opiniões entre os engenheiros de pesquisa é sobre a área atingida pelo fluido de corte, se realmente age na zona de interface entre o lado inferior do cavaco e a ferramenta. Se atingirem, seu efeito é limitado, resfriando apenas a adjacência de cisalhamento. Esta interação de quente/frio apenas intensifica os gradientes de temperatura e aumenta o choque térmico.

Com relação às considerações econômicas, vinte anos atrás, a compra, gerenciamento e o descarte de fluidos lubrificantes eram responsáveis por menos de 3% dos custos de produção. Hoje, as mesmas operações constituem, em média, 16% dos custos de uma peça usinada. Alinhados com esta tendência significativa, e com uma noção de que as ferramentas de corte correspondem a custos relativamente baixos de 3%, em média, pode ser mais lucrativo aceitar uma vida útil da ferramenta um pouco mais curta para compensar a eliminação dos custos de aquisição e manutenção de fluidos lubrificantes.

Fluido de refrigeraçãoConsequentemente, um número crescente de fabricantes está mudando para soluções de usinagem sem refrigeração ou com pouca refrigeração. A primeira refere-se à usinagem sem nenhum fluido, enquanto que a segunda, também conhecida como usinagem com mínima quantidade de lubrificante (MQL) consiste do menor uso possível de fluido aplicado diretamente na aresta de corte (interna ou externamente).

A usinagem com MQL oferece vaporização do fluido durante o processo, deixando os cavacos secos. Esta prática já foi comprovada em diversos estudos de usinagem em condições de corte muito mais rápidas, podendo ser aplicadas de maneira bem sucedida.

Materiais
Para ajudar na redução de custos e adoção de técnicas de usinagem ecológicas, algumas empresas desenvolvem tecnologias para materiais das ferramentas de corte. É o caso da Iscar, que trabalha com cobertura de metais duros, cerâmicas, cermets, nitreto cúbico de boro (CBN) e diamante poli-cristalino (PCD) (leia também Os materiais das ferramentas de corte).

A estrutura de grãos de submicron do substrato de metal duro integral proporciona a retenção da integridade da aresta de corte, mesmo em temperaturas elevadas, ao mesmo tempo em que acomoda um efeito de suavização suficiente para combater e resistir à deformação. As temperaturas de corte elevadas que ocorrem durante a usinagem sem refrigeração tendem a suavizar a estrutura do metal duro, aumentando sua tenacidade, evitando possível lascamento e prolongando a vida útil da ferramenta.

Outra alternativa bem sucedida para a usinagem sem refrigeração é utilizar ferramentas de corte de nitreto de boro poli-cristalino. A tecnologia abrasiva pode ser substituída por ferramentas de PCBN para aplicações de torneamento, mandrilamento e fresamento em uma forma de pastilhas PCBN com ponta soldada ou sólida. A PCBN oferece uma semelhança próxima da dureza do diamante com uma quantidade considerável de resistência à abrasão, combinando um alto grau de tenacidade e dureza a quente.

A necessidade do fluido de refrigeraçãoNo entanto, apesar da crescente popularidade dos métodos de usinagem sem refrigeração e MQL, alguns materiais exigem, essencialmente, o uso de fluidos de corte. A usinagem de alumínio foi conduzida com o uso de refrigerante em alta pressão para a prevenção do fenômeno de aresta postiça. Além disso, a usinagem em ligas resistentes a alta temperatura e à base de níquel também requer o uso de uma grande quantidade de refrigerante para a prevenção do endurecimento por esforço das camadas sub-superficiais. As deficiências como quebra-cavacos na usinagem de aço inoxidável podem ser resolvidas pelo uso de um fluxo de refrigerante.

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