Entendendo as funções e os usos dos fluidos de corte

Durante o processo de corte de metal, para aumentar a eficiência do corte, melhorar a precisão da peça, reduzir a rugosidade da superfície, aumentar a vida útil da ferramenta e obter resultados econômicos ideais, é fundamental minimizar o atrito entre a ferramenta e a peça, bem como entre a ferramenta e os cavacos.

Além disso, é fundamental dissipar prontamente o calor gerado pela deformação do material na zona de corte.

Para atingir esses objetivos, por um lado, foram feitos avanços com o desenvolvimento de materiais de ferramentas de alta dureza e resistentes a altas temperaturas e com o 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, acelerou substancialmente o corte de metais taxas.

Por outro lado, o uso de fluidos de corte de alto desempenho geralmente aumenta significativamente a eficiência do corte, reduz a rugosidade da superfíciee prolonga a vida útil da ferramenta, levando a resultados superiores e econômicos. As funções de fluidos de corte Incluir:

I. Efeito de resfriamento

O efeito de resfriamento depende da transferência de calor por convecção e da vaporização do fluido de corte para remover o calor dos sólidos (ferramentas, peças de trabalho e cavacos), diminuindo 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 desse efeito de resfriamento depende das propriedades térmicas do fluido, especialmente da capacidade térmica específica e da condutividade térmica.

Além disso, as condições de fluxo de fluido e os coeficientes de troca de calor desempenham papéis fundamentais. O coeficiente de troca de calor pode ser aprimorado com o ajuste dos materiais de superfície ativa e do 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. A modificação das condições de fluxo, como o aumento da velocidade e do volume do fluxo, pode melhorar efetivamente o efeito de resfriamento do fluido de corte.

Esse método é particularmente benéfico para fluidos de corte à base de óleo com efeitos de resfriamento inferiores. Em perfurações profundas com pistola e em alta velocidade usinagem de engrenagensCom o aumento da pressão e do volume do suprimento de fluido, foram observadas melhorias.

O resfriamento por spray, que facilita a vaporização do líquido, também aumenta consideravelmente o efeito de resfriamento.

A eficácia de resfriamento de um fluido de corte é influenciada por sua permeabilidade. Os fluidos com boa permeabilidade resfriam a aresta de corte mais rapidamente. A permeabilidade dos fluidos de corte está relacionada à 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 permeabilidade melhor do que os fluidos à base de água, mas os fluidos de corte à base de água que contêm surfactantes apresentam uma permeabilidade significativamente maior.

A molhabilidade de um fluido de corte está relacionada à sua tensão superficial. Quando o líquido tem uma 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, com o ângulo de contato sólido-líquido-gás sendo mínimo ou até mesmo nulo. Isso resulta em excelente permeabilidade, permitindo que o líquido flua rapidamente para os espaços em que a ferramenta entra em contato com a peça de trabalho 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 tem baixa condutividade térmica, os fluidos de corte com excesso de espuma apresentam desempenho de resfriamento reduzido.

É por isso que os fluidos de corte sintéticos que contêm surfactantes geralmente incluem uma pequena quantidade de óleo de silicone emulsionado para servir como agente antiespumante.

Estudos recentes demonstraram que os fluidos de corte iônicos à base de água podem neutralizar rapidamente a carga estática gerada durante o corte e a retificação devido ao atrito intenso, evitando o superaquecimento da peça e oferecendo efeitos de resfriamento excepcionais.

Atualmente, esses fluidos de corte iônicos são amplamente utilizados como lubrificantes de resfriamento para processos de retificação de alta velocidade e agressivos.

II. Função da lubrificação

Durante a usinagem, ocorre atrito entre as ferramenta de corte e os cavacos, e entre a ferramenta e a superfície da peça de trabalho. Os fluidos de corte atuam como lubrificantes para reduzir esse atrito.

Para a ferramenta de corte, dado o seu ângulo de alívio durante a usinagem, ela entra em contato com o material a ser usinado menos do que a face de corte primária, resultando em pressão de contato reduzida.

A condição de lubrificação por atrito na face de alívio se aproxima de um estado de lubrificação de limite. Substâncias fortemente adsorventes, como agentes oleosos e agentes de extrema pressão (EP) com resistência reduzida ao cisalhamento, reduzem efetivamente esse atrito.

A situação na face primária de corte é diferente; à medida que o cavaco deformado é forçado a sair 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 primária de corte e a área de contato do metal entre o cavaco e a ferramenta.

Isso também reduz a tensão média de cisalhamento, 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. Essa camada de lubrificação reduz o atrito, evita o desgaste da borda abrasiva e melhora o acabamento da superfície.

Em geral, os fluidos de corte à base de óleo superam os fluidos à base de água, com os melhores resultados dos fluidos à base de óleo que contêm aditivos oleosos e EP. Esses aditivos oleosos geralmente são 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 de trabalho e os cavacos, com o objetivo de diminuir a resistência ao corte, aumentar a vida útil da ferramenta e melhorar o acabamento da superfície.

Os aditivos oleosos funcionam melhor em temperaturas mais baixas; acima de 200°C, sua camada de adsorção fica comprometida, perdendo suas propriedades lubrificantes. Portanto, os fluidos de corte contendo óleo são usados para cortes precisos e de baixa velocidade, enquanto os cortes pesados e de alta velocidade exigem 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 de trabalho e os cavacos, facilitando o processo de corte. Os fluidos de corte contendo EP também evitam o acúmulo de cavacos 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. Em comparação com o sulfeto de ferro, ele tem um 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 termos de propriedades. O sulfeto de ferro resiste a 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 o corte de metais não ferrosos, os aditivos EP reativos devem ser evitados para impedir a corrosão da peça de trabalho.

O efeito lubrificante dos fluidos de corte também está ligado às suas propriedades de penetração; aqueles com boa penetração permitem que os lubrificantes acessem rapidamente as interfaces entre cavacos, ferramentas e peças de trabalho, formando filmes lubrificantes que reduzem os coeficientes de atrito e a resistência ao corte.

Estudos recentes sugerem que, além dos efeitos de lubrificação mencionados acima, os fluidos de corte podem penetrar em rachaduras mínimas nas superfícies metálicas, alterando as propriedades físicas do material que está sendo 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, resíduos de esmerilhamento e resíduos de óleo podem aderir facilmente à superfície da peça de trabalho, às ferramentas de corte e aos rebolos de esmerilhamento. Isso afeta o desempenho do corte e suja a peça de trabalho e a máquina-ferramenta.

Portanto, os fluidos de corte devem ter excelentes propriedades de limpeza. Para fluidos de corte à base de óleo, quanto menor a viscosidade, maior a capacidade de limpeza. Os fluidos de corte que contêm componentes leves, como diesel e querosene, oferecem penetração e desempenho de limpeza superiores.

Os fluidos de corte à base de água que contêm surfactantes produzem melhores resultados de limpeza.

Por um lado, os surfactantes podem adsorver várias partículas e lama oleosa, formando um filme de adsorção na superfície da peça de trabalho, evitando a adesão na peça de trabalho, nas ferramentas e nos rebolos.

Por outro lado, eles 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 assentamento eficazes de detritos, partículas de moagem, pós metálicos e resíduos de óleo.

Os fluidos de corte reciclados devem depositar rapidamente partículas como cavacos de metal, pós, detritos de moagem e micropartículas no fundo do recipiente após o retorno ao tanque de resfriamento, enquanto os resíduos de óleo flutuam na superfície.

Isso garante que o fluido de corte permaneça limpo mesmo após o uso repetido, garantindo a qualidade do processamento e prolongando sua vida útil.

IV. Prevenção contra ferrugem

Durante todo o processo de usinagem, se a peça entrar em contato com substâncias corrosivas produzidas pela decomposição ou oxidação da água e dos fluidos de corte, como enxofre, dióxido de enxofre, íons de cloreto, ácidos, sulfeto de hidrogênio e álcalis, ela se tornará suscetível à corrosão.

As peças da máquina em contato com os fluidos de corte também podem sofrer corrosão. Se o fluido de corte não tiver recursos de prevenção contra ferrugem, a peça de trabalho poderá sofrer corrosão química e eletroquímica devido à umidade e às substâncias corrosivas no ar durante o armazenamento pós-processamento ou entre as operações, levando à oxidação.

Portanto, os fluidos de corte devem ter propriedades superiores de prevenção de ferrugem, que é uma de suas características fundamentais.

Os óleos de corte geralmente possuem alguma capacidade de prevenção de ferrugem. Se o período de armazenamento entre as operações não for longo, não há necessidade de adicionar inibidores de ferrugem. A adição de inibidores de ferrugem, como sulfonatos de bário e petróleo, ao óleo de corte pode diminuir suas propriedades antidesgaste.