Fundo de usinagem a seco
Atualmente, a maior parte do processamento de peças de máquinas, especialmente em máquinas-ferramentas CNC altamente automatizadas, centros de usinagem e linhas de produção, envolve o uso de fluidos de corte. As principais funções dos fluidos de corte são a remoção de cavacos, a redução das temperaturas de corte e o fornecimento de lubrificação.
A usinagem a seco, em termos simples, é um processo de usinagem que não utiliza fluidos de corte. Desde o início da tecnologia de corte de metal, métodos de corte a seco e a úmido têm sido empregados. Assim, o princípio da usinagem a seco não é novo e tem sido aplicado na produção há um tempo considerável (como no fresamento a seco de ferro fundido).
No entanto, o contexto mudou significativamente porque a usinagem a seco não está mais limitada ao processamento de materiais de ferro fundido e aos métodos naturais convencionais. Em vez disso, esforça-se por aplicar a maquinagem a seco no processamento de todos os materiais e métodos através do estabelecimento de novas teorias e técnicas.
A usinagem a seco não consiste apenas em interromper o uso de fluidos de corte. Trata-se de manter alta eficiência, qualidade do produto, vida útil da ferramenta e confiabilidade no processo de corte, minimizando ou eliminando o uso de fluidos de corte. Isso requer o uso de ferramentas de usinagem a seco de alto desempenho, máquinas-ferramentas e instalações auxiliares para substituir o papel dos fluidos de corte no corte tradicional e obter uma verdadeira usinagem a seco.
A usinagem a seco envolve vários aspectos, como materiais da ferramenta, revestimentos da ferramenta, geometria da ferramenta, máquinas de usinagem, parâmetros de corte e métodos de processamento. Representa uma interseção e integração da tecnologia de fabricação com ciência de materiais, tecnologia da informação, eletrônica e disciplinas de gerenciamento.
A usinagem a seco visa eliminar os efeitos adversos dos fluidos de corte nos processos de torneamento, fresamento, furação e mandrilamento, reduzindo significativamente os custos de processamento e protegendo o meio ambiente ecológico.
Atualmente, os países industrializados como os da Europa e do Japão estão prestando grande atenção ao desenvolvimento e aplicação da tecnologia de usinagem a seco. As estatísticas mostram que cerca de 10% a 15% da maquinação no setor industrial europeu adotou processos de maquinação a seco.
No século XXI, a procura da indústria transformadora por processos ecológicos e ecológicos é cada vez maior. A tecnologia de usinagem a seco, como processo de fabricação verde, é significativa para a conservação de recursos, proteção ambiental e redução de custos.
Com o avanço da tecnologia de máquinas-ferramenta, da tecnologia de ferramentas de corte e da pesquisa de processos relacionados, a usinagem a seco está definida para se tornar o principal meio de corte de metal e ganhar ampla aplicação.
Atualmente, o escopo do processamento de usinagem a seco ainda é relativamente limitado, mas sua pesquisa aprofundada e ampla aplicação tornaram-se um tema quente no campo da usinagem. Especialistas israelenses acreditam que a usinagem a seco “continua sendo um campo complexo até hoje. Não é apenas uma questão de desligar o refrigerante e encomendar uma nova ferramenta.”
Nos últimos anos, juntamente com o desenvolvimento da tecnologia de corte de alta velocidade, a indústria de fabricação mecânica nos países industrializados tem explorado novos processos de usinagem a seco utilizando materiais de ferramentas existentes.
A usinagem a seco significativa e economicamente viável deve ser baseada em uma análise cuidadosa das condições de contorno específicas e em uma compreensão completa dos fatores complexos que influenciam a usinagem a seco. Esta análise fornece os dados e materiais necessários para o projeto de sistemas de processo de usinagem a seco.
Terminologia e definições de usinagem a seco
A pesquisa e as aplicações de usinagem a seco têm recebido ampla atenção tanto nacional quanto internacionalmente, com anos de pesquisa impulsionando a implementação da tecnologia de usinagem a seco.
No entanto, especialistas e estudiosos têm descrições variadas da terminologia e definições relacionadas à usinagem a seco. A norma nacional proposta fornece regulamentos: A norma se aplica a processos de usinagem mecânica de produtos que envolvem usinagem a seco completa e usinagem a seco assistida (incluindo resfriamento a ar, resfriamento com nitrogênio líquido, assistido por laser, etc.).
Usinagem a Seco (Corte a Seco): Um processo de usinagem que não utiliza nenhum fluido de corte durante o processo de corte.
Usinagem a seco completa: Um processo de usinagem que não utiliza nenhum fluido de corte ou meio de resfriamento auxiliar durante o processo de corte.
Usinagem Sub-Seca (Corte Sub-Seco): Uma tecnologia de corte que envolve a injeção de uma quantidade adequada de lubrificante em um fluxo de ar em determinadas pressões e temperaturas, criando uma mistura de névoa, que então forma uma quantidade mínima de meio lubrificante e é pulverizada na zona de corte para microlubrificação e resfriamento direcionados. da área afetada pelo calor.
A usinagem sub-seca geralmente inclui: corte com lubrificação de quantidade mínima, corte com lubrificação de quantidade mínima em baixa temperatura (corte a ar frio), corte com lubrificação de quantidade mínima com gás de proteção, jateamento de refrigerante interno e tecnologias de pulverização mista.
Os termos e definições acima mencionados fornecem uma distinção básica e padronização entre corte a seco e corte sub-seco. À medida que a pesquisa se aprofunda e a tecnologia avança, os padrões também passam por um processo contínuo de melhoria e refinamento. Por exemplo, na definição de corte sub-seco (usinagem sub-seca), “injetar uma quantidade adequada de lubrificante” deve ser revisado para “injetar uma quantidade adequada de meio de resfriamento e lubrificação” para formar uma mistura de névoa com ar em determinados pressões e temperaturas, criando um meio lubrificante de micro-resfriamento que é pulverizado na área de corte para micro-resfriamento direcionado e lubrificação da zona afetada pelo calor.
Funções de usinagem a seco
Efeito de resfriamento
O efeito de resfriamento remove o calor gerado durante o corte, reduz o desgaste da ferramenta e evita a oxidação da superfície da peça.
Efeito Lubrificante
Reduz o atrito, diminui as forças de corte e garante operações de corte suaves.
Remoção de cavacos
O processo remove rapidamente os cavacos da superfície da peça, evitando que arranhem a superfície.
Porém, do ponto de vista da proteção ambiental, os impactos negativos dos fluidos de corte são cada vez mais evidentes, como se verifica nos seguintes aspectos:
- As altas temperaturas geradas durante a usinagem fazem com que o fluido de corte se vaporize formando uma névoa, contaminando o meio ambiente e trazendo riscos à saúde dos operadores.
- Certos fluidos de corte e os cavacos contaminados com eles devem ser tratados como materiais tóxicos e perigosos, incorrendo em custos substanciais de descarte.
- Vazamentos e derramamentos de fluidos de corte afetam significativamente as práticas seguras de produção.
- Aditivos nos fluidos de corte, como enxofre e cloro, podem prejudicar a saúde dos operadores e afetar a qualidade da usinagem.
Além disso, extensas pesquisas sobre o processo de corte revelaram que as funções tradicionais dos fluidos de corte no resfriamento, na lubrificação e na remoção de cavacos não são utilizadas de forma completa e eficaz em muitos processos de usinagem, especialmente no corte em alta velocidade.
Como resultado, estão sendo feitos esforços para reduzir ou eliminar o uso de fluidos de corte, adaptando-se a processos de produção limpos e reduzindo custos de produção.
A tecnologia de usinagem a seco surgiu nessas circunstâncias como um método de usinagem avançado. A adoção da tecnologia de usinagem a seco não apenas reduz a poluição ambiental causada pelos fluidos de corte e melhora as condições de trabalho dos operadores, mas também elimina despesas relacionadas com fluidos de corte e reduz o custo de reciclagem e descarte de cavacos.
A tecnologia de usinagem a seco impõe maiores demandas à tecnologia de máquinas-ferramenta e de ferramentas de corte. Nos últimos anos, os países industrialmente avançados deram grande ênfase à pesquisa de usinagem a seco. A usinagem de corte a seco, como um novo método, representa uma das tendências futuras na tecnologia de corte de metal.
Características do processo de usinagem a seco
a usinagem a seco, que elimina o uso de fluidos de corte, erradica completamente uma série de efeitos negativos associados ao seu uso durante a usinagem.
Comparada ao corte úmido, a usinagem a seco oferece as seguintes vantagens:
- A limalha resultante é limpa, não contaminada e fácil de reciclar e descartar.
- Elimina a necessidade de sistemas de transporte, filtragem e recuperação de fluidos, simplificando o processo de produção e reduzindo os custos de fabricação.
- Economiza nas despesas relacionadas ao uso de fluidos de corte e descarte de cavacos.
- Não contribui para a poluição ambiental ou para incidentes de segurança e qualidade associados aos fluidos de corte. Devido a essas características, a usinagem a seco tornou-se um ponto focal na pesquisa de processos de fabricação limpos e tem sido aplicada com sucesso em operações de torneamento, fresamento, furação e mandrilamento.
No entanto, em comparação com o corte a úmido nas mesmas condições, a usinagem a seco apresenta algumas desvantagens:
- O consumo de energia de usinagem direta (energia de deformação e fricção) aumenta, resultando em temperaturas de corte mais altas.
- O estado de atrito e os mecanismos de desgaste na área de contato ferramenta/cavaco mudam, acelerando o desgaste da ferramenta.
- Os cavacos são mais difíceis de quebrar e controlar devido à sua maior termoplasticidade, tornando sua coleta e remoção mais desafiadora.
- A qualidade da superfície usinada está sujeita à deterioração.
Tecnologia de processo de usinagem a seco
O material da peça determina em grande parte a viabilidade de implementação de usinagem a seco. Melhorar a usinabilidade dos materiais e reduzir o calor gerado pela deformação e atrito durante o processo de corte são medidas técnicas para o desenvolvimento da usinagem a seco.
Por exemplo, foram desenvolvidos aços e ferros fundidos facilmente usináveis. Os materiais da peça diferem significativamente nas propriedades térmicas; a usinagem a seco requer grande capacidade térmica e baixa condutividade térmica. Portanto, peças de grande massa são mais adequadas para usinagem a seco do que peças de pequena massa.
Altas forças e temperaturas de corte são as principais características da usinagem a seco. Para reduzir a adesão e difusão do material entre a ferramenta e a peça de trabalho em altas temperaturas e para garantir uma vida útil normal da ferramenta, atenção especial deve ser dada à correspondência adequada entre os materiais da ferramenta e as peças de trabalho.
Uma vez determinada a ferramenta, parâmetros de corte adequados e outras variáveis devem ser selecionados com base no processo de usinagem específico. Em operações de usinagem a seco, altas velocidades de corte são recomendadas, pois facilitam a remoção mais rápida de cavacos e a dissipação de calor, o que é altamente benéfico para prolongar a vida útil da ferramenta.
As tecnologias atuais de usinagem a seco incluem resfriamento a ar em baixa temperatura, usinagem a seco em alta velocidade, usinagem a seco em baixa temperatura, resfriamento eletrostático, lubrificação por quantidade mínima (MQL) e técnicas de usinagem quase a seco.
Requisitos para ferramentas de corte em usinagem a seco
1. Excelente dureza térmica e resistência ao desgaste.
A usinagem a seco normalmente gera temperaturas de corte muito mais altas do que a usinagem a úmido. Somente materiais de ferramentas de corte com alta dureza térmica podem suportar com eficácia as altas temperaturas do processo de corte e manter boa resistência ao desgaste. A dureza do material da ferramenta deve ser pelo menos quatro vezes maior que a do material da peça.
2. Baixo coeficiente de atrito.
A redução do coeficiente de atrito entre a ferramenta e os cavacos, bem como entre a ferramenta e a superfície da peça, pode substituir parcialmente o efeito lubrificante dos fluidos de corte e suprimir o aumento da temperatura de corte.
3. Alta tenacidade em temperaturas elevadas.
As forças de corte durante a usinagem a seco são maiores do que as da usinagem a úmido, e as condições de corte para usinagem a seco são mais desafiadoras; portanto, as ferramentas exigem alta tenacidade em temperaturas elevadas.
4. Alta estabilidade termoquímica.
Sob as altas temperaturas da usinagem a seco, as ferramentas de corte devem manter alta estabilidade química para minimizar os efeitos catalíticos do calor nas reações químicas, prolongando assim a vida útil da ferramenta.
5. Geometria e ângulos da ferramenta razoavelmente estruturados.
A geometria e os ângulos da ferramenta adequadamente estruturados podem não apenas reduzir as forças de corte, evitar a formação de arestas postiças e reduzir as temperaturas de corte, mas também controlar o fluxo e a quebra dos cavacos. O formato da ferramenta garante um escoamento suave dos cavacos e facilita a dissipação de calor.
