Leçons tirées de la mise en œuvre du PND 2012-2015

O uso de fluidos de corte como meio de lubrirrefrigeração é parte integrante do processo de usinagem desde o seu surgimento (NAJIHA; RAHMAN; YUSOFF, 2016). O primeiro a relatar a aplicação de algum fluido no corte de metais foi Taylor (TAYLOR, 1906). Em seus estudos, Taylor conseguiu um aumento de até 40% na velocidade de corte na usinagem de aço com ferramentas de aço-rápido, utilizando água como fluido refrigerante. Apesar da boa capacidade de resfriamento, a água não possui propriedades lubrificantes interessantes para o corte, além de atuar como agente corrosivo na estrutura da máquina-ferramenta e na peça de trabalho. Os estudos pioneiros de Taylor deram início à busca por novos fluidos que apresentassem propriedades lubrirrefrigerantes e que pudessem ser utilizados no processo de usinagem.

Depois de mais de um século da publicação do trabalho de Taylor, os fluidos de corte são utilizados amplamente em operações industriais no corte de metais. De acordo com Stephenson e Agapiou (2016), eles melhoram o desempenho da

ferramenta, o acabamento da superfície usinada, conferem estabilidade dimensional à peça e ajudam a retirar os cavacos da zona de corte. Os fluidos de corte são, portanto, considerados um complemento muitas vezes essencial dentro do processo de usinagem, tendo como finalidade aumentar a taxa de produção, a qualidade do produto, além de reduzir os custos e aumentar o lucro da empresa (ASTAKHOV, 2006).

As vantagens apresentadas anteriormente são consequência da ação lubrificante e refrigerante dos fluidos. Ao diminuir o atrito existente na interface cavaco-ferramenta, é reduzida a adesão e a formação da aresta postiça de corte (APC), diminuindo a temperatura na zona de corte (MARKSBERRY; JAWAHIR, 2008). Segundo Trent e Wright (2000), outro efeito interessante é a capacidade que o fluido possui em dissipar o calor gerado na zona de corte ao entrar em contato com a peça e a ferramenta. Dessa forma, o fluido de corte mantém a integridade da aresta de corte, retardando os mecanismos de desgaste induzidos termicamente, como difusão e oxidação (SHARIF; PERVAIZ; DEIAB, 2017).

Existem diferentes formas de classificar os fluidos de corte, apesar de não haver nenhuma padronização. Embora seja encontrada na literatura a utilização de substâncias sólidas e gasosas como fluidos de corte, a grande maioria das aplicações utilizam fluidos de corte líquidos no processo, afirma Machado et al. (2011). Para o autor, os fluidos de corte convencionais líquidos podem ser agrupados nas seguintes categorias em função de suas composições características: óleos, emulsões e soluções.

Os óleos são produtos integrais onde não há adição de água. Os primeiros óleos utilizados na usinagem foram de origem vegetal e animal. Embora apresentem boas propriedades de lubrificação, alguns problemas como a sua baixa condutividade térmica, o elevado custo e a rápida deterioração, fizeram com esses fluidos fossem substituídos pelos óleos minerais, que são obtidos a partir do refino do petróleo (MACHADO et al., 2011). Geralmente, esse grupo de fluidos de corte é formado por óleo puro ou com aditivos. Os óleos integrais perderam espaço para os óleos emulsionáveis em razão do elevado custo, da baixa eficiência a altas velocidades de corte, do baixo ponto de fulgor, do baixo poder refrigerante e da formação de fumos, além dos riscos à saúde do operador.

As emulsões englobam os fluidos emulsionáveis e os semissintéticos. Os fluidos emulsionáveis são formados a partir da mistura bifásica de água e óleo mineral (proporção de 1:10 a 1:100), e adição de agentes emulsificantes ou surfactantes para garantir maior uniformidade do fluido. A presença de água em grande quantidade nas emulsões aumenta o poder refrigerante do fluido de duas a três vezes em relação ao óleo puro, sendo muito empregadas em usinagem a altas velocidades (TRENT; WRIGHT, 2000). De acordo com Astakhov (2006) os emulsionáveis são os fluidos de corte mais utilizados nos processos de usinagem atualmente devido à combinação de boa qualidade lubrificante presente no óleo, aliada às propriedades refrigerantes da água.

Quando o óleo é dissolvido por completo na água, sem que haja necessidade de agentes emulsificantes para formar um composto monofásico, têm- se uma solução, também chamada de fluido sintético. A composição formada por sais orgânicos e inorgânicos, livres de óleo mineral, acrescidas de aditivos de lubricidade, biocidas, entre outros, previnem a corrosão e diminuem a tensão superficial (SHOKRANI; DHOKIA; NEWMAN, 2012).

Embora a utilização dos fluidos de cortes convencionais apresente uma série de vantagens, o uso em grande quantidade acarreta em problemas econômicos, ambientais e na saúde do operador. O consumo total de óleo e emulsões utilizados em operações de corte em todo o mundo excede dois bilhões de litros (GLENN; VAN, 2004). Segundo Debnath, Reddy e Yi (2014), os fluidos de base mineral representam 85% do total de fluidos de corte usados mundialmente. Segundo Chetan, Ghosh e Rao (2015), o custo de armazenamento e descarte de fluido de corte é duas vezes maior do que o custo total de usinagem. Esse custo pode representar cerca de 17% do custo total de uma peça de automóvel.

De acordo com Goindi e Garkar (2017), por possuírem uma formulação, em alguns casos, suscetível ao crescimento de bactérias e fungos, e à contaminação por partículas e íons metálicos, os fluidos de corte convencionais devem ser tratados e descartados de maneira adequada após certo período de tempo. Caso o procedimento de descarte não seja feito da maneira correta, este pode oferecer sérios riscos ao meio ambiente (DEBNATH; REDDY; YI, 2014). Outra preocupação é a exposição do operador, uma vez que o contato do fluido com a pele ou a inalação

pode provocar doenças de pele ou respiratórias. Estudos realizados por Hannu et al. (2013) sugerem que os fluidos de corte são os principais responsáveis por doenças respiratórias e de pele nos operadores de máquinas. De acordo com Lawal, Choudhury e Nukman (2011), 80% das doenças ocupacionais são causadas pela exposição do trabalhador aos fluidos de corte.

Nesse contexto, um dos desafios do setor de manufatura é a substituição dos fluidos de corte convencionais por meios de lubrirrefrigeração sustentáveis. No próximo tópico serão apresentados alguns métodos alternativos de lubrirrefrigeração usados em usinagem e considerados ambientalmente corretos.