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Usinagem sem
refrigeração: verdades e mitos |
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Flávio G. Martinez e Roberto Saruls (*)
A função específica do fluido de corte solúvel no processo de usinagem é a
de proporcionar lubrificação e refrigeração que minimizem o calor produzido
entre a superfície da peça e a ferramenta, prolongando e auxiliando na
eliminação dos cavacos. Ao se abrir mão do uso destes fluidos, a sua
influência positiva na usinagem também perde o efeito. A sua redução
drástica ou até a completa eliminação, certamente poderão ocasionar aumento
de temperatura nos processos, queda de rendimento da ferramenta de corte,
perda de precisão dimensional e geometria das peças, aumento do teor de
particulados na atmosfera, cavacos aquecidos com maior dificuldade de
adquirir formato adequado, maior risco de soldagem e variações no
comportamento térmico da máquina. Casos mais extremos podem prever o
entupimento de canais internos de ferramentas e dificuldade no auxilio do
transporte dos cavacos em sistemas fechados de difícil acesso.
A usinagem sem refrigeração começou a ser discutida no momento em que as
empresas notaram que os custos de parada para troca e descarte podem
representar de 2 até 17 % do custo total de produção de uma peça. Além deste
fator, o crescente rigor das legislações ambientais e a maior consciência
ecológica dos usuários e empresas são apontados como outros motivos para a
discussão deste tema. Além disso, muitos estudos de usinagem sem
refrigeração vem sendo realizados pelos fabricantes de ferramentas visando
aperfeiçoar seus produtos, embora o objetivo principal neste caso seja
apenas eliminar a influência do fluido solúvel na usinagem e concentrar-se
apenas no efeito da ferramenta sobre o material.
A realidade é que alguns princípios são necessários para que a usinagem sem
refrigeração seja viável, tais como: desenvolvimento de ferramentas com
coberturas especiais, mais resistentes ao calor gerado na usinagem sem
refrigeração; emprego mais freqüente de materiais de fácil usinabilidade e
menor geração de calor, como o ferro fundido; desenvolvimento de novos
materiais, com composição diferenciada, que melhorem a usinabilidade sem
causar alterações dimensionais na peça final; construção de máquinas com
materiais de sensíveis alterações nas características térmicas que auxiliem
na eliminação mais rápida das fontes de calor; alteração nos parâmetros de
corte, como nas operações HSM (High Speed Machining).
Estes princípios indicam que ainda não dispomos, hoje, de uma combinação de
processos de usinagem que atenda a todos os seus requisitos para operar sem
fluido solúvel. É possível prever que a constante evolução da Engenharia de
Materiais, bem como o desenvolvimento constante de ferramentas de corte mais
modernas, permitam, no futuro, uma redução do uso dos fluidos de corte. No
entanto é pouco provável que seja possível alcançar esta prática em
operações mais severas, ou de baixíssimas tolerâncias, em materiais como
aços e alumínio, onde a presença do fluido de corte solúvel exerce papel
importante.
Outro limitante para a usinagem sem refrigeração é a tendência de se
trabalhar com peças acabadas usando materiais temperados e com menor volume
de sobremetal, cujo processo gera considerável quantidade de calor.
MQL - Uma alternativa para a usinagem totalmente sem refrigeração é a
técnica de mínima quantidade de lubrificação (MQL). Neste caso, quase a
seco, uma quantidade mínima de fluido é dirigida por um jato de ar ao ponto
onde está sendo executada a usinagem. O volume de fluido pode variar em
função do volume de cavacos e do processo de usinagem. Os produtos
lubrificantes usados devem ser ecologicamente corretos (isento de solventes
e materiais fluorados) e com altíssima taxa de remoção de calor. A mínima
quantidade de óleo deve ser suficiente para reduzir o atrito da ferramenta e
ainda evitar a aderência dos materiais.
No entanto, estudos apontam que existem ainda muitas operações, como
furações profundas, peças de geometria de cavidades complexas ou roscas
etc., onde não é garantida a umidificação ótima da ferramenta. MQL necessita
de investimentos em equipamentos de dosagem, estação misturadora e sistema
de alimentação por bicos ejetores. Estudos por parte de fabricantes de
máquinas continuam em andamento buscando a viabilidade econômica desta
tecnologia.
TENDÊNCIAS - Por tudo isso, verificamos no mercado (brasileiro e mundial),
que as empresas de grande porte têm desenvolvido processos utilizando a
combinação de centros de usinagem altamente dinâmicos com máquinas e
ferramentas especiais, definindo sistemas de produção de alta confiabilidade
e utilizando-se de grandes centrais de fluidos solúveis de alta tecnologia e
rendimento.
Nestas centrais são exigidas alta qualidade do fluido solúvel, a fim de
proporcionar melhores condições de trabalho na questão ocupacional, máquinas
limpas, alto desempenho e performance operacional e, acima de tudo, a longa
vida útil do fluido solúvel visando minimizar os custos de descarte.
Por esta razão, acreditamos que o fluido de corte solúvel deve ser melhor
gerenciado. Terminou a época em que 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. Em
um processo não podemos esquecer que, na somatória do volume da emulsão,
temos cerca de 90% de água (cuja qualidade é fundamental), em média mais 10%
do óleo solúvel concentrado dependendo da operação, e óleos contaminantes (tramp
oil) da ordem de 2% ou mais. Acrescente-se a isso os resíduos dos metais das
ferramentas e peças usinadas, detergentes de limpeza da máquina e
chão-de-fábrica, solventes e outros resíduos orgânicos da fábrica. Sendo
assim, o fluido solúvel 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 das emulsões.
O compromisso com a ISO 14000 é a redução dos resíduos gerados por estas
trocas. O uso de fluidos à base de polímeros sintéticos permite maior
bioestabilidade e maior resistência a contaminantes (tecnologia limpa)
tornando assim viável prolongar por vários anos seu uso em sistemas
centralizados modernos (equipados com separadores de cavacos, centrífugas e
outros mecanismos de manutenção).
Produtos à base de ésteres sintéticos propiciam superior lubrificação e são
mais estáveis à oxidação e degradação biológica que os ésteres naturais de
base vegetal como, por exemplo, a mamona. Mesmo os óleos de base mineral de
petróleo, tão combatidos no Brasil por restrições legais, de saúde e
segurança, ainda encontram largo emprego em diversos países do mundo,
inclusive Europa e EUA. Evidentemente, existe um rigor cada vez maior na
seleção do tipo de óleo mineral empregado e dos níveis de carbonos
poliaromáticos presentes. Atualmente, procura-se combinar os efeitos
positivos na usinagem dos ésteres sintéticos com menores taxas de óleos
minerais, visando obter fluidos semi-sintéticos de alta estabilidade, baixa
toxidez e alto desempenho.
Portanto, opções tecnológicas é que não faltam. A escolha pela usinagem a
seco, MQL ou com fluidos de bases polímeros, ésteres sintéticos, mineral ou
combinação entre os mesmos, depende de vários fatores operacionais como:
nível de acabamento, precisão dimensional, material da peça, taxa de remoção
de calor, características da máquina, durabilidade da ferramenta, meio
ambiente etc. Pela complexidade do tema, o uso de fluido solúvel ainda
deverá perdurar como principal opção por bastante tempo. No futuro, é
provável que coexistam harmonicamente todas estas tecnologias, pois é
difícil imaginar uma única atendendo a todas as necessidades. Afinal, não
existe tecnologia nova ou velha, o que existe é tecnologia que atenda as
necessidades específicas do cliente.
(*) Flávio G. Martinez é gerente de Assistência Técnica da Castrol Brasil
Ltda; Roberto Saruls é gerente de MKT & Tecnologia da Castrol Brasil Ltda.
Artigo publicado na revista "O Mundo da Usinagem". |
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