Já se interrogou sobre como tornar o corte de metal mais rápido e mais preciso? Este blogue explora os segredos por detrás dos fluidos de corte - os campeões desconhecidos da maquinagem. Saiba como arrefecem, lubrificam e limpam, transformando o seu processo de trabalho em metal numa obra-prima. Prepare-se para descobrir a magia por detrás de acabamentos mais suaves e ferramentas mais duradouras!
Durante o processo de corte de metal, para aumentar a eficiência do corte, melhorar a precisão da peça, reduzir a rugosidade da superfície, prolongar a vida útil da ferramenta e obter os melhores resultados económicos, é vital minimizar o atrito entre a ferramenta e a peça, bem como entre a ferramenta e as aparas.
Além disso, é crucial dissipar rapidamente o calor gerado pela deformação do material na zona de corte.
Para atingir estes objectivos, por um lado, foram feitos avanços através do desenvolvimento de materiais de ferramentas de elevada dureza e resistentes a altas temperaturas e do aperfeiçoamento das geometrias das ferramentas.
A introdução de materiais como o aço-carbono, o aço de alta velocidade, o carboneto de tungsténio e a cerâmica, bem como a utilização de ferramentas indexáveis, aceleraram substancialmente a corte de metais taxas.
Por outro lado, a utilização de fluidos de corte de elevado desempenho aumenta frequentemente de forma significativa a eficiência do corte, reduz a rugosidade da superfíciee prolonga a vida útil da ferramenta, conduzindo a resultados superiores e económicos. As funções de fluidos de corte incluir:
O efeito de arrefecimento baseia-se na transferência de calor por convecção e na vaporização do fluido de corte para remover o calor dos sólidos (ferramentas, peças de trabalho e aparas), baixando assim a temperatura na área de corte e reduzindo a distorção da peça de trabalho, mantendo a dureza e o tamanho da ferramenta.
A eficiência deste efeito de arrefecimento depende das propriedades térmicas do fluido, especialmente da sua capacidade térmica específica e da sua condutividade térmica.
Além disso, as condições de fluxo do fluido e os coeficientes de troca de calor desempenham um papel fundamental. O coeficiente de troca de calor pode ser melhorado através do ajuste dos materiais tensioactivos e do calor latente.
A água, com a sua elevada capacidade de calor específico e impressionante condutividade térmica, supera os fluidos de corte à base de óleo em termos de desempenho de corte. A modificação das condições de fluxo, como o aumento da velocidade e do volume do fluxo, pode aumentar efetivamente o efeito de arrefecimento do fluido de corte.
Este método é particularmente vantajoso para fluidos de corte à base de óleo com efeitos de arrefecimento inferiores. Na perfuração profunda com pistola e na perfuração de alta velocidade maquinagem de engrenagensO aumento da pressão e do volume de fornecimento de fluido tem revelado melhorias.
O arrefecimento por pulverização, que facilita a vaporização do líquido, também aumenta significativamente o efeito de arrefecimento.
A eficácia de arrefecimento de um fluido de corte é influenciada pela sua permeabilidade. Os fluidos com boa permeabilidade arrefecem a aresta de corte mais rapidamente. A permeabilidade dos fluidos de corte está relacionada com a sua viscosidade e molhabilidade. Os fluidos de baixa viscosidade têm melhor permeabilidade do que os de alta viscosidade.
Os fluidos de corte à base de óleo tendem a ter uma melhor permeabilidade do que os fluidos à base de água, mas os fluidos de corte à base de água que contêm tensioactivos apresentam uma permeabilidade significativamente melhorada.
A molhabilidade de um fluido de corte está relacionada com a sua tensão superficial. Quando o líquido tem uma tensão superficial elevada, tende a formar gotículas em superfícies sólidas, resultando numa fraca permeabilidade.
Pelo contrário, quando o líquido tem uma tensão superficial baixa, espalha-se sobre o sólido, sendo o ângulo de contacto sólido-líquido-gás mínimo, ou mesmo nulo. Isto leva a uma excelente permeabilidade, permitindo que o líquido flua rapidamente para os espaços onde a ferramenta entra em contacto com a peça de trabalho e as aparas, intensificando assim o efeito de arrefecimento.
A qualidade do efeito de arrefecimento está também associada à formação de espuma. Como a espuma é constituída principalmente por ar, que tem uma fraca condutividade térmica, os fluidos de corte com espuma excessiva apresentam um desempenho de arrefecimento reduzido.
É por isso que os fluidos de corte sintéticos que contêm tensioactivos incluem normalmente uma pequena quantidade de óleo de silicone emulsionado para servir de agente antiespumante.
Estudos recentes demonstraram que os fluidos de corte iónicos à base de água podem neutralizar rapidamente a carga estática gerada durante o corte e a retificação devido à fricção intensa, evitando o sobreaquecimento da peça de trabalho e oferecendo efeitos de arrefecimento excepcionais.
Estes fluidos de corte iónicos são agora amplamente utilizados como lubrificantes de arrefecimento para processos de retificação a alta velocidade e processos de retificação agressivos.
Durante a maquinagem, ocorre fricção entre a ferramenta de corte e as aparas, e entre a ferramenta e a superfície da peça de trabalho. Os fluidos de corte actuam como lubrificantes para reduzir este atrito.
No caso da ferramenta de corte, dado o seu ângulo de alívio durante a maquinagem, esta entra menos em contacto com o material a maquinar do que a face de corte primária, o que resulta numa pressão de contacto reduzida.
A condição de lubrificação por fricção na face de alívio aproxima-se de um estado de lubrificação limite. Substâncias fortemente adsorventes, como agentes oleosos e agentes de extrema pressão (EP) com resistência ao cisalhamento reduzida, reduzem efetivamente este atrito.
A situação na face primária de corte é diferente; à medida que a pastilha deformada é forçada a sair pela pressão da ferramenta, a pressão de contacto aumenta e a pastilha, ao sofrer deformação plástica, aquece.
Após a aplicação do fluido de corte, a apara contrai-se abruptamente devido ao arrefecimento, reduzindo o comprimento de contacto da apara na face primária de corte e a área de contacto do metal entre a apara e a ferramenta.
Isto também reduz a tensão de corte média, resultando num maior ângulo de corte e numa força de corte reduzida, melhorando a maquinabilidade do material da peça de trabalho.
Durante a retificação, a adição de fluido de retificação forma uma película lubrificante entre o grão de retificação, a peça de trabalho e as aparas. Esta camada de lubrificação reduz o atrito, evita o desgaste da aresta abrasiva e melhora o acabamento da superfície.
Geralmente, os fluidos de corte à base de óleo superam os fluidos à base de água, sendo os melhores resultados obtidos com fluidos à base de óleo que contêm aditivos oleosos e EP. Estes aditivos oleosos são normalmente compostos orgânicos de cadeia longa com grupos polares, tais como ácidos gordos, álcoois e gorduras vegetais ou animais.
Formam uma camada lubrificante na superfície do metal, reduzindo o atrito entre a ferramenta e a peça de trabalho e as aparas, com o objetivo de diminuir a resistência ao corte, prolongar a vida útil da ferramenta e melhorar o acabamento da superfície.
Os aditivos oleosos funcionam melhor a temperaturas mais baixas; acima dos 200°C, a sua camada de adsorção fica comprometida, perdendo as suas propriedades lubrificantes. Assim, os fluidos de corte contendo óleo são utilizados para corte de precisão a baixa velocidade, enquanto o corte a alta velocidade e para trabalhos pesados requer fluidos de corte com aditivos EP.
Os aditivos EP contêm elementos como o enxofre, o fósforo e o cloro, que reagem quimicamente com os metais a altas temperaturas para formar compostos como o sulfureto de ferro, o fosfato de ferro e o cloreto de ferro, todos com baixa resistência ao cisalhamento.
Isto reduz a resistência ao corte e a fricção entre a ferramenta, a peça de trabalho e as aparas, facilitando o processo de corte. Os fluidos de corte que contêm EP também evitam a acumulação de aparas e melhoram o acabamento da superfície.
O cloreto de ferro tem uma estrutura cristalina em camadas, o que lhe confere a menor resistência ao cisalhamento. Comparado com o sulfureto de ferro, tem um ponto de fusão mais baixo e perde as suas propriedades lubrificantes por volta dos 400°C.
O fosfato de ferro situa-se entre o cloreto de ferro e o sulfureto de ferro em termos de propriedades. O sulfureto de ferro resiste a temperaturas até 700°C e é normalmente utilizado em fluidos de corte para corte pesado e maquinação de materiais difíceis de cortar.
Para além de formarem camadas de lubrificação de baixo cisalhamento em metais ferrosos como o aço e o ferro, os aditivos EP também desempenham esta função em metais não ferrosos como cobre e alumínio. No entanto, para o corte de metais não ferrosos, os aditivos EP reactivos devem ser evitados para prevenir a corrosão da peça de trabalho.
O efeito lubrificante dos fluidos de corte está também ligado às suas propriedades de penetração; os fluidos com boa penetração permitem que os lubrificantes acedam rapidamente às interfaces entre as aparas, as ferramentas e as peças de trabalho, formando películas lubrificantes que reduzem os coeficientes de atrito e a resistência ao corte.
Estudos recentes sugerem que, para além dos efeitos de lubrificação acima mencionados, os fluidos de corte podem penetrar em fendas minúsculas nas superfícies metálicas, alterando as propriedades físicas do material a ser maquinado, reduzindo assim a resistência ao corte e facilitando o processo de maquinação.
Durante os processos de corte de metal, as aparas, os pós metálicos, os resíduos de retificação e os resíduos de óleo podem aderir facilmente à superfície da peça de trabalho, às ferramentas de corte e às mós. Isto afecta o desempenho do corte e suja a peça de trabalho e a máquina-ferramenta.
Assim, os fluidos de corte devem possuir excelentes propriedades de limpeza. No caso dos fluidos de corte à base de óleo, quanto menor for a viscosidade, maior será a capacidade de limpeza. Os fluidos de corte que contêm componentes leves, como o gasóleo e o querosene, oferecem uma penetração e um desempenho de limpeza superiores.
Os fluidos de corte à base de água que contêm tensioactivos produzem melhores resultados de limpeza.
Por um lado, os tensioactivos podem adsorver várias partículas e lamas oleosas, formando uma película de adsorção na superfície da peça de trabalho, impedindo a aderência na peça de trabalho, nas ferramentas e nas mós.
Por outro lado, podem penetrar na interface onde as partículas e os resíduos de óleo aderem, 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 eficazes de detritos, partículas de trituração, pós metálicos e resíduos de óleo.
Os fluidos de corte reciclados devem depositar rapidamente partículas como aparas metálicas, pós, detritos de trituração e micropartículas no fundo do recipiente após o regresso ao tanque de arrefecimento, enquanto os resíduos de óleo flutuam à superfície.
Isto assegura que o fluido de corte permanece limpo mesmo após utilização repetida, garantindo a qualidade do processamento e prolongando a sua vida útil.
Durante o processo de maquinagem, se a peça entrar em contacto com substâncias corrosivas produzidas pela decomposição ou oxidação da água e dos fluidos de corte, tais como enxofre, dióxido de enxofre, iões de cloreto, ácidos, sulfureto de hidrogénio e álcalis, torna-se suscetível à corrosão.
As peças da máquina em contacto com os fluidos de corte também podem sofrer corrosão. Se o fluido de corte não tiver capacidade de prevenção da ferrugem, a peça de trabalho pode sofrer corrosão química e eletroquímica devido à humidade e às substâncias corrosivas presentes no ar durante o armazenamento pós-processamento ou entre operações, provocando ferrugem.
Por conseguinte, os fluidos de corte devem ter propriedades superiores de prevenção da ferrugem, que é uma das suas características fundamentais.
Os óleos de corte possuem geralmente algumas capacidades de prevenção da ferrugem. Se o período de armazenamento entre operações não for longo, não há necessidade de adicionar inibidores de ferrugem. A adição de inibidores de ferrugem, tais como sulfonatos de petróleo de bário, ao óleo de corte pode diminuir as suas propriedades anti-desgaste.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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