Durante o processo de corte de metal, para aumentar a eficiência de corte, melhorar a precisão da peça, reduzir a rugosidade da superfície, prolongar a vida útil da ferramenta e alcançar resultados econômicos ideais, é vital minimizar o atrito entre a ferramenta e a peça, bem como entre a ferramenta e os cavacos.
Além disso, é crucial dissipar prontamente o calor gerado pela deformação do material na zona de corte.
Para atingir esses objetivos, por um lado, foram feitos avanços através do desenvolvimento de materiais de ferramentas de alta dureza e resistentes a altas temperaturas e do refinamento das geometrias das ferramentas.
A introdução de materiais como aço carbono, aço rápido, carboneto de tungstênio e cerâmica, bem como o uso de ferramentas intercambiáveis, aceleraram substancialmente as taxas de corte de metal.
Por outro lado, o uso de fluidos de corte de alto desempenho geralmente aumenta significativamente a eficiência do corte, reduz a rugosidade da superfície e prolonga a vida útil da ferramenta, levando a resultados superiores e econômicos. As funções dos fluidos de corte incluem:
EU. Efeito de resfriamento
O efeito de resfriamento depende da transferência de calor por convecção e vaporização do fluido de corte para remover o calor dos sólidos (ferramentas, peças e cavacos), diminuindo assim a temperatura na área de corte e reduzindo a distorção da peça, mantendo a dureza e o tamanho da ferramenta.
A eficiência deste efeito de resfriamento depende das propriedades térmicas do fluido, especialmente da sua capacidade térmica específica e condutividade térmica.
Além disso, as condições de fluxo de fluido e os coeficientes de troca de calor desempenham papéis essenciais. O coeficiente de troca de calor pode ser aumentado ajustando os materiais tensoativos e o calor latente.
A água, com sua alta capacidade de calor específico e impressionante condutividade térmica, supera os fluidos de corte à base de óleo em termos de desempenho de corte. Modificar as condições de fluxo, como aumentar a velocidade e o volume do fluxo, pode efetivamente aumentar o efeito de resfriamento do fluido de corte.
Este método é particularmente benéfico para fluidos de corte à base de óleo com efeitos de resfriamento inferiores. Na perfuração profunda e na usinagem de engrenagens em alta velocidade, o aumento da pressão e do volume do fornecimento de fluido mostrou melhorias.
O resfriamento por spray, que facilita a vaporização do líquido, também aumenta significativamente o efeito de resfriamento.
A eficácia de resfriamento de um fluido de corte é influenciada pela sua permeabilidade. Fluidos com boa permeabilidade resfriam a aresta de corte mais rapidamente. A permeabilidade dos fluidos de corte está relacionada à sua viscosidade e molhabilidade. Fluidos de baixa viscosidade têm melhor permeabilidade do que fluidos de alta viscosidade.
Os fluidos de corte à base de óleo tendem a ter melhor permeabilidade do que os à base de água, mas os fluidos de corte à base de água contendo surfactantes apresentam permeabilidade significativamente melhorada.
A molhabilidade de um fluido de corte está relacionada à sua tensão superficial. Quando o líquido tem alta tensão superficial, ele tende a formar gotículas em superfícies sólidas, resultando em baixa permeabilidade.
Por outro lado, quando o líquido tem baixa tensão superficial, ele se espalha sobre o sólido, sendo o ângulo de contato sólido-líquido-gás mínimo, ou mesmo zero. Isto leva a uma excelente permeabilidade, permitindo que o líquido flua rapidamente para os espaços onde a ferramenta entra em contato com a peça e os cavacos, intensificando assim o efeito de resfriamento.
A qualidade do efeito de resfriamento também está associada à formação de espuma. Como a espuma consiste principalmente de ar, que possui baixa condutividade térmica, os fluidos de corte com excesso de espuma apresentam desempenho de resfriamento diminuído.
É por isso que os fluidos de corte sintéticos contendo surfactantes normalmente incluem uma pequena quantidade de óleo de silicone emulsionado para servir como agente antiespumante.
Estudos recentes mostraram que fluidos de corte à base de água iônica podem neutralizar rapidamente a carga estática gerada durante o corte e retificação devido ao atrito intenso, evitando o superaquecimento da peça e oferecendo efeitos de resfriamento excepcionais.
Esses fluidos de corte iônicos são agora amplamente utilizados como lubrificantes de resfriamento para retificação em alta velocidade e processos de retificação agressivos.
II. Função de lubrificação
Durante a usinagem, ocorre atrito entre a ferramenta de corte e os cavacos e entre a ferramenta e a superfície da peça. Os fluidos de corte atuam como lubrificantes para reduzir esse atrito.
Para a ferramenta de corte, dado o seu ângulo de relevo durante a usinagem, ela contata menos o material que está sendo usinado do que a face de corte primária, resultando em pressão de contato reduzida.
A condição de lubrificação por fricção na face de relevo aproxima-se de um estado limite de lubrificação. Substâncias fortemente adsorventes, como agentes oleosos e agentes de extrema pressão (EP) com resistência ao cisalhamento reduzida, reduzem efetivamente esse atrito.
A situação na face de corte primária é diferente; à medida que o cavaco deformado é forçado para fora pela pressão da ferramenta, a pressão de contato aumenta e o cavaco, sofrendo deformação plástica, aquece.
Após a aplicação do fluido de corte, o cavaco se contrai abruptamente devido ao resfriamento, reduzindo o comprimento de contato do cavaco na face de corte primária e a área de contato metálico entre o cavaco e a ferramenta.
Isto também reduz a tensão de cisalhamento média, resultando em um ângulo de cisalhamento maior e força de corte reduzida, melhorando a usinabilidade do material da peça.
Durante a retificação, a adição de fluido de retificação forma uma película lubrificante entre o grão de retificação, a peça de trabalho e os cavacos. Esta camada de lubrificação reduz o atrito, evita o desgaste abrasivo das bordas e melhora o acabamento superficial.
Geralmente, os fluidos de corte à base de óleo superam os à base de água, com os melhores resultados vindos de fluidos à base de óleo contendo aditivos oleosos e EP. Esses aditivos oleosos são tipicamente compostos orgânicos de cadeia longa com grupos polares, como ácidos graxos, álcoois e gorduras vegetais ou animais.
Eles formam uma camada lubrificante na superfície do metal, reduzindo o atrito entre a ferramenta e a peça e os cavacos, visando diminuir a resistência ao corte, prolongar a vida útil da ferramenta e melhorar o acabamento superficial.
Os aditivos oleosos funcionam melhor em temperaturas mais baixas; acima de 200°C, sua camada de adsorção fica comprometida, perdendo suas propriedades lubrificantes. Conseqüentemente, fluidos de corte contendo óleo são usados para corte de precisão em baixa velocidade, enquanto o corte em alta velocidade e serviço pesado requer fluidos de corte com aditivos EP.
Os aditivos EP contêm elementos como enxofre, fósforo e cloro, que reagem quimicamente com metais em altas temperaturas para formar compostos como sulfeto de ferro, fosfato de ferro e cloreto de ferro, todos com baixa resistência ao cisalhamento.
Isso reduz a resistência ao corte e o atrito entre a ferramenta, a peça e os cavacos, facilitando o processo de corte. Os fluidos de corte contendo EP também evitam o acúmulo de cavacos e melhoram o acabamento superficial.
O cloreto de ferro tem uma estrutura cristalina em camadas, proporcionando a menor resistência ao cisalhamento. Comparado ao sulfeto de ferro, possui ponto de fusão mais baixo e perde suas propriedades lubrificantes em torno de 400°C.
O fosfato de ferro está entre o cloreto de ferro e o sulfeto de ferro em propriedades. O sulfeto de ferro suporta temperaturas de até 700°C e é normalmente usado em fluidos de corte para corte pesado e usinagem de materiais difíceis de cortar.
Além de formar camadas de lubrificação de baixo cisalhamento em metais ferrosos como aço e ferro, os aditivos EP também cumprem essa função em metais não ferrosos como cobre e alumínio. No entanto, para corte de metais não ferrosos, os aditivos EP reativos devem ser evitados para evitar a corrosão da peça.
O efeito lubrificante dos fluidos de corte também está ligado às suas propriedades penetrantes; aqueles com boa penetração permitem que os lubrificantes acessem rapidamente as interfaces entre cavacos, ferramentas e peças, formando filmes lubrificantes que reduzem os coeficientes de atrito e a resistência ao corte.
Estudos recentes sugerem que, além dos efeitos de lubrificação acima mencionados, os fluidos de corte podem penetrar em minúsculas fissuras nas superfícies metálicas, alterando as propriedades físicas do material a ser usinado, reduzindo assim a resistência ao corte e facilitando o processo de usinagem.
III. Ação de limpeza
Durante os processos de corte de metal, cavacos, pós metálicos, detritos de retificação e resíduos de óleo podem aderir facilmente à superfície da peça de trabalho, às ferramentas de corte e aos rebolos. Isto afeta o desempenho de corte e suja tanto a peça de trabalho quanto a máquina-ferramenta.
Assim, os fluidos de corte devem possuir excelentes propriedades de limpeza. Para fluidos de corte à base de óleo, quanto menor a viscosidade, maior será a capacidade de limpeza. Os fluidos de corte que contêm componentes leves como diesel e querosene oferecem penetração e desempenho de limpeza superiores.
Fluidos de corte à base de água contendo surfactantes produzem melhores resultados de limpeza.
Por um lado, os surfactantes podem adsorver diversas partículas e lamas oleosas, formando uma película de adsorção na superfície da peça, evitando a adesão na peça, nas ferramentas e nos rebolos.
Por outro lado, podem penetrar na interface onde aderem partículas e resíduos de óleo, separando-os e removendo-os com o fluido de corte.
A capacidade de limpeza dos fluidos de corte também deve ser evidente na separação e sedimentação eficaz de detritos, partículas de moagem, pós metálicos e resíduos de óleo.
Os fluidos de corte reciclados devem assentar rapidamente partículas como lascas de metal, pós, detritos de moagem e micropartículas no fundo do recipiente após retornarem ao tanque de resfriamento, enquanto os resíduos de óleo flutuam na superfície.
Isto garante que o fluido de corte permaneça limpo mesmo após uso repetido, garantindo a qualidade do processamento e prolongando sua vida útil.
4. Prevenção da ferrugem
Ao longo do processo de usinagem, se a peça entrar em contato com substâncias corrosivas produzidas pela decomposição ou oxidação de água e fluidos de corte, como enxofre, dióxido de enxofre, íons cloreto, ácidos, sulfeto de hidrogênio e álcalis, ela se torna suscetível à corrosão.
As peças da máquina em contato com fluidos de corte também podem sofrer corrosão. Se o fluido de corte não tiver capacidade de prevenção contra ferrugem, a peça de trabalho poderá sofrer corrosão química e eletroquímica devido à umidade e substâncias corrosivas no ar durante o armazenamento pós-processamento ou entre as operações, levando à ferrugem.
Portanto, os fluidos de corte devem ter propriedades superiores de prevenção de ferrugem, que é uma das suas características fundamentais.
Os óleos de corte geralmente possuem alguns recursos de prevenção de ferrugem. Se o período de armazenamento entre as operações não for longo, não há necessidade de adicionar inibidores de ferrugem. Adicionar inibidores de ferrugem, como sulfonatos de bário e petróleo, ao óleo de corte pode diminuir suas propriedades antidesgaste.
