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Sem Refrigeração: verdade ou mito

 

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.

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.  

*Fonte: revista "O Mundo da Usinagem".