ANÁLISE COMPARATIVA DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE NA USINAGEM DO AÇO ABNT 1045 EM OPERAÇÃO DE DESBASTE Elias Samuel Cristo Espindola,
[email protected] André Luiz Klafke,
[email protected] 1
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Rua Sarmento Leite nº425, Porto Alegre, RS, 90050-170 Universidade de Santa Cruz do Sul, Avenida Independência nº 2293, Santa Cruz do Sul, RS, 96815-900
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Resumo: A usinagem é um dos processos de manufatura mais importantes e mais utilizados mundialmente pela indústria mecânica. O avanço tecnológico das ferramentas de usinagem e o crescente aumento na utilização de máquinas CNC proporcionaram um grande aumento na velocidade de usinagem e, por consequência, no calor gerado na aresta de corte. Fluidos de corte, com função de refrigeração e lubrificação, garantem o controle da temperatura e a produtividade do processo.Como alternativa aos fluidos hoje existentes no mercado, que são em sua maioria de base não renovável, este trabalho pesquisa a utilização de fluidos a base de óleos vegetais, oriundos de fontes renováveis e capazes de minimizar os riscos que apresentam ao meio ambiente e a saúde dos operadores, além de garantir um aumento na demanda por esses óleos, forçando um aumento na sua extração e consequentemente uma maior atividade rural no plantio das plantas oleaginosas. Esta pesquisa apresenta uma análise comparativa na utilização de fluidos comerciais, de base petrolífera, com fluidos de origem vegetal, obtidos a partir de óleos vegetais modificados pelos processos de transesterificação (biodiesel) e epoxidação (óleo epoxidado), aplicados na usinagem por torneamento do aço ABNT 1045. Foi avaliada a potência consumida durante o processo de usinagem e a análise dimensional das peças usinadas, considerando que esses aspectos são capazes de avaliar as duas propriedades básicas dos fluidos de corte: a lubrificação e a refrigeração. Os dados obtidos por essa pesquisa demostram que o desenvolvimento de fluidos de corte produzidos a partir de óleos vegetais modificados é viável, podendo ser usado com êxito nas operações de usinagem. Entre os fluidos avaliados neste trabalho, o com óleo epoxidado apresentou o melhor desempenho. Palavras-chave: usinagem, fluido de corte, óleos vegetais, biodiesel, óleo epoxidado.
1. INTRODUÇÃO Conforme Machado et al. (2009) a usinagem é um dos processos de manufatura mais importantes e mais utilizados mundialmente pela indústria mecânica e o crescente consumo mundial têm contribuído para a expansão dos processos de usinagem, cada vez mais utilizados e mais presentes no cotidiano. É, reconhecidamente, o processo de fabricação mais popular do mundo transformando em cavaco algo em torno de 10% de toda a produção de metais e empregando dezenas de milhões de pessoas. O avanço tecnológico no campo das máquinas-ferramentas, o desenvolvimento de máquinas automáticas e as máquinas comandadas numericamente (CN) contribuíram significativamente na redução dos tempos de usinagem e na qualidade do acabamento e tolerâncias estreitas (Machado et al., 2009). Igualmente o avanço tecnológico obtido em materiais com usinabilidade melhorada ou características especiais e o desenvolvimento de novos materiais para ferramentas, cada vez apresentando maior resistência ao desgaste em altas temperaturas, possibilitaram o uso de maiores velocidades de corte nas operações de usinagem. Este incremento nas velocidades de corte empregadas causou um acréscimo nas temperaturas de usinagem. O atrito gerado na interface ferramenta-peça-cavaco, juntamente com o processo de deformação do material, gera uma grande quantidade de calor que pode interferir no acabamento e nas dimensões da peça usinada. Ruffino (1995) demonstrou que o fluido de corte age sobre a superfície usinada retirando parte do calor gerado durante a operação, com a finalidade de aumentar a vida útil da ferramenta e reduzir as distorções térmicas geradas na peça, garantindo uma maior precisão dimensional. A pesquisa de novos compostos e aditivos mais eficazes contribui para a melhora na qualidade dos fluidos utilizados. Com isso os fluidos de corte hoje utilizados apresentam melhores propriedades refrigerantes e lubrificantes e tem vida útil maior, além de apresentar menos problemas de armazenagem que os fluidos de corte de gerações passadas. Outro fator que contribuiu para o aumento na qualidade dos fluidos de corte é a pressão de Agências de Proteção Ambiental e de Saúde para que os produtos sejam comercializados com segurança e sejam menos nocivos ao meio
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ambiente e a saúde (Machado et al., 2009). Mas mesmo com todo esse avanço e melhorias na qualidade dos fluidos, os riscos ambientais e os danos à saúde continuam altos, pois os fluidos, na sua maioria eles possuem baixa biodegradabilidade, alta toxicidade e elevado custo de reciclagem. Conforme Diniz et al. (2006), no ano de 1992, na Alemanha, o volume de descarte de óleo utilizados em processos de transformação metal-mecânica, representou aproximadamente 60% do consumo total de lubrificantes, o equivalente 1.151.312 t/ano. Isto representa um custo que varia de 7,5% a 17% dos custos de fabricação por peça, superior até mesmo aos custos relativos ao ferramental. Ávila et al. (2004) afirma que utilização de fluidos de corte, embora questionada sob diversos aspectos, é de grande importância nos processos de usinagem, principalmente dos aços. Ferraresi (1995) explica que o principal objetivo é introduzir melhorias, que podem ser tanto de caráter funcional, aquelas que facilitam o processo de usinagem melhorando o seu desempenho, quanto de caráter econômico, aquelas que induzem a um processo mais econômico com redução e otimização dos custos de usinagem. Os fluidos de corte estão presentes nas peças e nos cavacos, após a usinagem. Nas peças atuam principalmente como anticorrosivos. Nos cavacos podem ser um problema ambiental, por gerar risco de contaminação, e financeiro, pelo alto custo de reposição dos fluidos que ficam impregnados no cavaco. Além disso, como Teixeira Filho (2006) cita, as perdas de fluidos de corte ocorrem nos componentes das máquinas, dispositivos de fixação/manuseio, sistema de pressurização do ar e na formação de gotas e vazamentos. As perdas de fluidos podem chegar a 30% do volume total utilizado. A aplicação de novas técnicas, como a usinagem a seco ou a usinagem pelo método de atomização, visam eliminar ou reduzir o uso de fluidos refrigerantes, respectivamente. Mas o emprego dessas técnicas em alguns casos resulta no aumento dos custos de produção e redução no volume da produção, tornando-os inviáveis. Conforme Zeilmann et al. (2009) a redução na utilização dos fluidos permite ganhos de preservação do meio ambiente, redução de custos e melhores condições de trabalho no ambiente fabril. Os fluidos de corte possuem vida útil limitada, no fim da qual devem ser substituídos. A manutenção e o tratamento durante o período de utilização são fundamentais para manter suas propriedades e características adequadas por mais tempo. Como cita Ávila et al. (2004) pelas leis brasileiras, o descarte de fluidos de corte solúveis não pode ser feito em esgotos ou cursos de água. Este descarte, após o termino da vida útil do fluido de corte, terá custos elevados e as alternativas mais viáveis tecnicamente são a reciclagem e/ou regeneração, depósito em aterro sanitário e incineração. Machado et al. (2009) comenta que a operação de reciclagem dos fluidos de corte na maioria das vezes possui um custo elevado, por esse motivo o descarte dos fluidos é mais frequente do que a reciclagem. Uma das alternativas em pesquisa é o uso de óleos de origem vegetal na composição dos fluidos de corte, substituindo os produtos de origem mineral e os compostos químicos. Por serem biodegradáveis, eliminam o passivo ambiental gerado. Além disso, os riscos a saúde gerados por esses fluidos são bem inferiores. Conforme Machado et al. (2009) o uso de óleos vegetais apresenta algumas vantagens sobre os óleos minerais tais como, melhores propriedades lubrificantes, pois criam um filme lubrificante capaz de suportar elevadas tensões prolongando a vida da ferramenta de corte, eles possuem um ponto de fulgor superior reduzindo os riscos de incêndio e os cuidados com armazenagem. Possuem uma menor tendência a formação de vapor e névoa, reduzindo os riscos ambientais e de saúde. Estudos apontam para o uso de óleos vegetais modificados quimicamente, tais como o biodiesel e o óleo vegetal epoxidado, como base para a formulação de fluidos miscíveis, criando assim um fluido que possuirá as capacidades de refrigeração da água com as excelentes propriedades lubrificantes dos óleos vegetais, além de reduzirem grandemente os riscos ambientais e a saúde provocados pelos fluidos de base mineral e sintética (Almeida et al, 2011; Klafke, 2011). A utilização de óleos vegetais geraria um aumento na demanda por esses óleos, forçando um aumento na sua extração e consequentemente uma maior atividade rural no plantio das plantas oleaginosas. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Este estudo visou realizar uma análise comparativa entre fluidos de corte na usinagem do aço ABNT 1045, buscando uma alternativa ao uso de fluidos comerciais de base mineral. Para esta comparação foram utilizados fluidos obtidos a partir de óleos vegetais, uma alternativa ecologicamente sustentável, produzidos por emulsões com óleo de soja epoxidado (éster metílico epoxidado) e biodiesel (éster metílico), este obtido através do processo de transesterificação do óleo de girassol, acrescidas de aditivos anticorrosivos e emulsionantes. Também foi produzida uma solução com óleo comercial (conforme dados do fabricante). Com o intuito de ampliar os parâmetros analisados foram realizados os mesmos testes e medições com um grupo de peças usinadas a seco, sem fluido de corte. 2.1. Equipamentos, Materiais e Parâmetros Para a operação de torneamento foi utilizado um inserto para desbaste, fabricado em metal duro pela Taegutec, modelo TNMG 160404 R-FS TT8125 e um suporte de ferramentas fabricado pela Mitsubishi Carbide, tipo MTJNR 2020K16N, com ângulo de corte de 91º. O material utilizado no experimento foi aço ABNT 1045 com 2” de diâmetro, o material foi previamente preparado. Foi estabelecido a usinagem de dois grupos de corpos de prova, um utilizando uma profundidade de corte de 1,0mm e outro com uma profundidade de 0,5mm, abaixo da recomendada pelo
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fabricante. O avanço foi definido dentro do intervalo recomendado pelo fabricante do inserto e dentro das possibilidades de regulagem do torno. Desta forma se definiu um avanço de 0,187mm⁄rev. Antes da usinagem de cada peça foi realizado um desbaste prévio de 0,5mm, a fim de padronizar a superfície do material e eliminar algum possível desbalanceamento que poderia interferir nas medições da potência de corte e no diâmetro final das peças. Através do diâmetro externo dos corpos de prova, 50,3mm, e utilizando-se a menor velocidade de corte recomendada pelo fabricante, 230m/min, pela aplicação da Eq. (1) determinamos a rotação necessária (Ferraresi, 1995). (1) Onde: Vc: Velocidade de corte em m/min; d: diâmetro do material em mm; n: rotação. Como a máquina pode ser ajustada em valores de rotação de 50, 80, 125, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 1000, 1600 e 2500rpm, o valor mais próximo que pode ser ajustado no torno foi de 1600rpm. Aplicando-se novamente a Eq. (1), para a rotação de 1600rpm e substituindo o diâmetro externo do material pelo diâmetro médio de usinagem, para o grupo com profundidade de corte de 0,5mm é de 49,8mm e para o grupo com profundidade de corte de 1,0mm é de 49,3mm, foi possível determinar as velocidades de corte reais obtidas durante o processo de torneamento. Para o grupo com profundidade de corte de 0,5mm encontrou-se 250,3m/min para o grupo com 1,0mm foi de 247,8m/min. Estes parâmetros foram previamente testados, garantindo-se a validade do experimento e a ausência de aresta postiça de corte, fenômeno que poderia interferir nos resultados obtidos. Para garantir que o desgaste da ferramenta de corte não interferisse no experimento, em todos os processos foi utilizada uma nova aresta do inserto. Para cada etapa do experimento as peças foram usinadas em duplicata 2.2. Fluidos de Corte Para os testes de torneamento foram preparados 3 diferentes tipos de fluidos de corte, além da usinagem a seco. Os fluidos utilizados foram os seguintes: - fluido comercial: óleo de base semissintético (Klintex Tecnoil, Usitex SS 21) diluído em água a 4%, conforme orientação do fabricante. - fluido a base de biodiesel: óleo de base vegetal diluído em água a 5%, com adição de elemento emulsionante e elementos anticorrosivos. - fluido a base de óleo epoxidado: óleo de base vegetal diluído em água a 5%, com a adição de elemento emulsionante e elementos anticorrosivos. A concentração dos fluidos vegetais seguiu o indicado em Klafke (2011), que demonstrou a maior eficiência da concentração de 5% de óleos vegetais modificados e emulsionados em água, para aplicações no processo de torneamento. 2.3. Preparação do Experimento A posição do suporte porta ferramenta foi pré-determinada e mantida fixa durante todo o experimento. Foi construído um suporte de fixação do bocal da mangueira flexível de aspersão do fluido de corte, com o intuito de garantir o posicionamento fixo do bocal e aplicação do fluido sempre na mesma posição, conforme Fig.1.
Figura 1. Suporte de fixação do bocal de aspersão de fluido.
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O bocal da mangueira flexível ficou posicionado a uma distância de 50mm da superfície de saída de cavaco da ferramenta, em um ângulo de 90°, o que permitiu que o fluxo do fluido atingisse diretamente a superfície de saída da ferramenta. Para cada experimento o reservatório foi limpo e seco, as mangueiras de circulação do fluido foram drenadas e limpas e as partes do torno que tem contato com o fluido foram limpas e secas. Todo o procedimento de limpeza foi realizado com etanol a 96%. A vazão do fluido foi controlada através da ajustagem da válvula do sistema de refrigeração, feita antes de cada experimento e ajustada uma vazão de 12,33l⁄h, mantendo um fluxo uniforme durante o experimento. Esta vazão permitiu o uso do fluido com um fluxo constante sem a formação de respingos ou sprays. 2.4. Técnica de Medição de Potência Para medida de potência durante o processo de torneamento foi utilizado um alicate Wattímetro marca Minipa, modelo ET-4090 com faixa de utilização de 0 a 600kW, com resolução de 1W e precisão de 2%, com interface de comunicação com um computador, que foi utilizado como um sistema de aquisição de dados. A taxa de atualização dos dados na função potência é de 1 segundo, possibilitando a aquisição de 7 leituras para cada peça, durante o processo de torneamento. O aparelho foi conectado a rede elétrica de alimentação do torno mecânico, conforme Fig. 2.
Figura 2. Sistema de aquisição de dados. Os dados obtidos durante o processo se encontram na Tab. 1. Tabela 1. Dados de potência
Peças
1 Seco Peça 1 Peça 2
Desbaste 0,5mm 2 Biodiesel 3 Epóxido Peça 1 Peça 2 Peça 1 Peça 2
4 Comercial Peça 1 Peça 2
1,492 1,466 1,478 1,486 1,498 1,498 1,498
1,396 1,406 1,408 1,416 1,422 1,440 1,415
1,334 1,316 1,304 1,556 1,552 1,552 1,558
Leituras
1ª(kW) 2º(kW) 3ª(kW) 4ª(kW) 5º(kW) 6º(kW) 7ª(kW) Media(kW)
Peças
1,358 1,528 1,338 1,338 1,318 1,312 1,316 1,423
1,526 1,502 1,514 1,524 1,514 1,530 1,518
1,342 1,342 1,514 1,520 1,526 1,360 1,342
1,376 1,332 1,336 1,340 1,342 1,350 1,356
1,418 1,278 1,278 1,288 1,298 1,516 1,476
1 Seco Peça 1 Peça 2
1,467 1,384 Desbaste 1,0mm 2 Biodisel 3 Epóxido Peça 1 Peça 2 Peça 1 Peça 2
1,409 4 Comercial Peça 1 Peça 2
2,658 2,882 2,880 2,926 2,940 2,926 2,928
2,938 2,944 2,952 2,956 2,968 2,950 2,944
2,794 2,978 2,988 2,982 2,996 2,998 2,810
Leituras
1ª(kW) 2º(kW) 3ª(kW) 4ª(kW) 5º(kW) 6º(kW) 7ª(kW) Media(kW)
2,556 2,554 2,536 2,544 2,546 2,544 2,550 2,712
2,890 2,952 3,042 2,856 2,740 2,826 2,872 2,916
2,982 2,974 2,990 2,996 3,004 2,994 2,876
2,684 2,622 2,620 2,630 2,634 2,642 2,652 2,807
2,876 2,874 2,784 2,814 2,930 2,884 2,884 2,899
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A média das leituras foi comparada com o valor de potência de corte teórico, determinado através de cálculos conforme as Eq. (2), Eq. (3), Eq. (4), Eq. (5) e Eq. (6) (Ferraresi, 1995). (2) (3) (4) (5)
(6) Onde: ap: profundidade de corte em mm; f: avanço da ferramenta de corte em mm/ver; b: largura de corte em mm; h: espessura de corte em mm; xr: ângulo de corte da ferramenta; ks1: parâmetro da pressão especifica de corte, para aço ABNT 1040 é 2220 N/mm2 (Diniz et al. 2006) 1-Z: parâmetro da pressão especifica de corte, para aço ABNT 1040 é 0,86 (Diniz et al. 2006) Fc: força de corte exercida durante a usinagem em N; Pc: potência de corte exercida durante a usinagem em kW; Pm: potência mecânica gerada pelo motor durante a usinagem em kW; : rendimento da máquina ferramenta, considerando um torno mecânico foi adotado 80% (Ferraresi, 1995). Para o primeiro grupo de peças, utilizando-se uma profundidade de corte de 0,5mm, a potência mecânica necessária para o funcionamento do processo foi de 1,368 kW. Para o segundo grupo de peças, utilizando-se uma profundidade de corte de 1,0mm, a potência mecânica necessária para o funcionamento do processo foi de 2,710 kW. 2.5. Desvio Dimensional A precisão dimensional é um dos parâmetros que definem a eficiência, a eficácia e a economia de um processo de usinagem, indiferente do material que se esteja usinando. A medida do diâmetro das peças usinadas foi realizada com um paquímetro digital marca Tesa, modelo IP67, com medição de 0 até 150mm e resolução de 0,01mm. As medições dos diâmetros após a usinagem foram efetuadas em triplicata, todas feitas pelo mesmo operador. Os valores obtidos nas medições estão na Tab. 2. Tabela 2. Medida das peças usinadas
Peças
1 Seco Peça 1 Peça 2
Desbaste 0,5mm 2 Biodiesel 3 Epóxido Peça 1 Peça 2 Peça 1 Peça 2
4 Comercial Peça 1 Peça 2
Leituras
1ª(mm) 2º(mm) 3ª(mm) Média(mm)
Peças
49,50 49,52 49,53 49,52
49,41 49,43 49,44 49,43
1 Seco Peça 1 Peça 2
49,58 49,46 49,60 49,47 49,60 49,48 49,59 49,47 Desbaste 1,0mm 2 Biodisel Peça 1 Peça 2
49,22 49,26 49,27 49,25
49,36 49,39 49,39 49,38
49,67 49,69 49,69 49,68
49,68 49,69 49,69 49,69
3 Epóxido Peça 1 Peça 2
4 Comercial Peça 1 Peça 2
48,23 48,23 48,24 48,23
48,48 48,49 48,49 48,49
48,37 48,37 48,37 48,37
48,52 48,53 48,53 48,53
Leituras
1ª(mm) 2º(mm) 3ª(mm) Média(mm)
48,15 48,15 48,16 48,15
48,28 48,28 48,28 48,28
48,25 48,25 48,27 48,26
48,58 48,59 48,59 48,59
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2.6. Experimento de Referência Foi realizado um último experimento idêntico ao primeiro, realizando-se a usinagem a seco das peças. Buscou se a reprodução do primeiro experimento, garantindo desta forma eliminar variáveis não avaliadas no experimento. 3. RESULTADO E DISCUSSÃO Para a usinagem foi definido a utilização do processo de torneamento, pois o uso de ferramenta monocortantes permite a aplicação do fluido refrigerante sobre a superfície de saída da ferramenta. Outro fator decisivo é o fato do processo de torneamento ser um dos mais usados industrialmente. A usinagem foi realizada com dois grupos diferentes de peças, mantendo se fixa as variáveis ajustáveis do torno. A variação da velocidade de corte foi de 1% (250,3m/min e 247,8m/min respectivamente), o que podemos considerar desprezível na avaliação dos resultados. A utilização de uma das maiores rotações da máquina-ferramenta propõe um modelo de processo baseado na produtividade que visa à aplicação de altas velocidades de corte para garantir uma utilização otimizada da máquinaferramenta, vem a corroborar com este fato o uso de uma velocidade de avanço condicionada a operações de desbaste. O uso de velocidades de corte mais elevadas evita a formação de aresta postiça no inserto, que poderia prejudicar o experimento.
3.1. Avaliação da Potência de Corte Como descrito por Santos et al. (2007) a potência de corte, ou potência de usinagem, é resultante dos produtos das componentes de força e de velocidade. Em contrapartida a força de usinagem é definida com a resultante das forças exercidas pela ferramenta sobre a peça. A usinagem realizada sem o uso de fluidos de corte serve como medida comparativa com os demais valores encontrados, assim como a potência de corte teórica. Para as peças usinadas com profundidade de corte de 0,5mm, a Fig. 3 apresenta um comparativo da potência de corte necessária para a realização do processo.
Figura 3. Desempenho dos fluidos de corte na profundidade de 0,5mm Os valores encontrados se aproximam consideravelmente do valor teórico determinado para a potência de corte, com desvio máximo de 14%. Os menores valores de potência foram encontrados com uso de fluido de corte a base de óleo epoxidado. É possível observar essa redução na Fig. 3. O corte a seco, pela inexistência de fluido lubrificante apresenta tendência a forças de corte mais elevadas, o que foi confirmado pelo experimento; além disso, de maneira geral, a força de corte foi mais baixa quando empregado o fluido de corte. Para as peças usinadas com profundidade de corte de 1,0mm pode-se observar a redução na potência de corte com o uso do óleo epoxidado em detrimento dos outros fluidos, conforme demostra a Fig. 4.
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Figura 4. Desempenho dos fluidos de corte na profundidade de 1,0mm Aqui podemos observar esta tendência de redução mais acentuada quando usado o fluido a base de óleo epoxidado. Conforme Machado et al. (2009) o fluido de corte para ser efetivo na sua ação lubrificante tem que se fazer presente na interface peça-cavaco-ferramenta, além ter a capacidade de interagir com o material da peça para formar um filme lubrificante eficiente. Os dados demonstram que o fluido a base de óleo epoxidado apresenta um melhor poder de lubricidade em relação aos outros fluidos utilizados, gerando uma redução na potência de corte. O experimento demonstrou ser confiável, já que foi possível verificar variações nas medidas de potência a partir da variação dos parâmetros ajustados e os valores experimentais encontrados ficaram muito próximos dos calculados teoricamente. 3.2. Avaliação do Desvio Dimensional da Peça As medidas encontradas nas peças com profundidade de corte de 0,5mm aparecem na Tab. 2. Considerando-se um valor médio para cada peça é possível demonstrar graficamente na Fig. 5 a variação dimensional em relação à medida nominal de 49,3mm.
Figura 5. Diâmetros encontrados após passe com profundidade de corte de 0,5mm As peças usinadas com a emulsão a base de óleo epoxidado apresentaram um menor desvio dimensional, com variações inferiores a 0,1mm, valores estes inferiores aos obtidos com o uso do óleo comercial, cujos desvios foram superiores a 0,35mm. As peças usinadas com a emulsão a base de biodiesel apresentaram um desvio dimensional com variações entre 0,17mm e 0,29mm, enquanto que as peças usinadas sem o uso de fluidos de corte apresentaram um desvio dimensional com variações entre 0,22mm e 0,13mm
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Para as peças usinadas com profundidade de corte de 1,0mm, as mediadas do diâmetro estão demonstradas na Tab. 2. Considerando-se um valor médio para cada peça é possível demonstrar graficamente na Fig. 6 a variação dimensional em relação à medida nominal de 48,3mm.
Figura 6. Diâmetros encontrados após passe com profundidade de corte de 1,0mm O desvio dimensional das peças usinadas com profundidade de corte de 1,0mm foi, de forma geral, inferior as peças com profundidade de 0,5mm. As peças usinadas com o fluido de corte a base de biodiesel apresentaram valores inferiores a 0,2mm, um desvio menor que o obtido na usinagem com profundidade de 0,5mm. As peças usinadas com o fluido a base de óleo epoxidado apresentaram uma variação inferior a 0,1mm, valores estes, assim como os encontrados com o uso do biodiesel, inferiores aos encontrados com o uso do fluido comercial. As peças usinadas a seco apresentaram uma variação inferior a 0,15mm. Os desvios dimensionais encontrados nos dois grupos de peça apresentam valores próximos para cada tipo de fluido aplicado. Esta tendência é demonstrada na Figura 7.
Figura 7. Comparação entre os desvios dimensionais encontrados As peças usinadas com o fluido a base de óleo epoxidado apresentaram os menores desvios dimensionais, para ambas as profundidades de corte testadas. Os valores obtidos com o uso do fluido comercial apresentaram os maiores desvios dimensionais, com valores até 5 vezes superior ao encontrado com o uso do óleo epoxidado.
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3.3. Avaliação do Experimento de Referência O último experimento realizado repetiu as mesmas condições do primeiro experimento, usinando as peças sem o uso de fluido de corte. Foram avaliadas a potência de corte e a variação dimensional, os dados comparativos entre os dois testes, realizados sem o uso de fluidos de corte são apresentados na Tab. 5 e Tab. 6. Tabela 5. Comparação entre testes a seco - Potência de corte 1 Seco Peças Leituras
1ª(kW) 2º(kW) 3ª(kW) 4ª(kW) 5º(kW) 6º(kW) 7ª(kW) Media(kW)
Peça 1
Peça 2
1,492 1,466 1,478 1,486 1,498 1,498 1,498
1,358 1,528 1,338 1,338 1,318 1,312 1,316
2 Referência Peça 1
Peça 2
1,363 1,590 1,343 1,343 1,323 1,315 1,396
1,423
1,416 1,428 1,444 1,454 1,448 1,454 1,441
1,411
Tabela 6. Comparação entre testes a seco - Medidas de diâmetro 1 Seco Peças Leituras
1ª(mm) 2º(mm) 3ª(mm) Média(mm)
6 Referência
Peça 1
Peça 2
Peça 1
Peça 2
49,50 49,52 49,53 49,52
49,41 49,43 49,44 49,43
49,36 49,37 49,37 49,37
49,56 49,56 49,57 49,56
A semelhança entre os dados coletados nos dois experimentos permite-nos inferir que não houve interferência de fatores externos no conjunto dos experimentos, garantindo a validade dos experimentos realizados. 4. CONCLUSÕES Como este trabalho está baseado em uma avaliação comparativa dos fluidos de corte, tomando como referência um fluido comercial, o pressuposto inicial é que os fluidos avaliados devem apresentar resultados semelhantes, ou melhores, que o fluido hoje existente no mercado. 4.1. Avaliação Comparativa das Propriedades Analisadas Em relação a potência consumida para a realização do processo, podemos concluir que: Considerando uma das propriedades básicas dos fluidos de corte, a capacidade de lubrificação, e a diminuição da potência de corte podemos concluir que: - fluidos de corte a base de biodiesel, podem ser usados como uma alternativa na usinagem dos metais, com resultados semelhantes a o fluido comercial de base mineral; - fluidos de corte a base de óleo epoxidado, podem ser usados como uma alternativa na usinagem dos metais, com resultados superiores que o fluido comercial de base mineral. Em relação ao desvio dimensional apresentado no produto, podemos concluir que: - fluidos de corte a base de biodiesel, apresentaram uma menor variação dimensional que o fluido comercial de base mineral; - fluidos de corte a base de óleo epoxidado, apresentaram uma grande redução no desvio dimensional, com resultados superiores que os obtidos com fluido comercial de base mineral. 4.2. Conclusão Final O desenvolvimento de fluidos de corte produzidos a partir de óleos vegetais modificados pelos processos de transesterificação e epoxidação mostra-se viável, podendo ser usado com êxito nas operações de usinagem por torneamento. Entre os fluidos avaliados neste trabalho, o com óleo epoxidado apresentou o melhor desempenho nos parâmetros avaliados.
VIII Congresso Nacional de E ngenharia Mecânica, 10 a 15 de a gosto de 2014, Uberlândia - Minas Gerais
5. REFERÊNCIAS Almeida, D. O. et al. 2011, “Influência da utilização de fluido de corte de base vegetal nas forças de usinagem no torneamento do aço ABNT 1050 e estudo do crescimento de microrganismos.” In: 6º Congresso Brasileiro De Engenharia De Fabricação, Caxias Do Sul. Ávila, R.F. et al. 2004, “Influência do fluido de corte sobre a força de usinagem e o acabamento do aço inoxidável austenítico ABNT 304.” In: Seminário Brasileiro Do Aço Inoxidável, 7. São Paulo. Diniz, A.E.; Marcondes, F.C.; Coppini, N.L. 2006, “Tecnologia da usinagem dos materias, 5ª ed.”, São Paulo: Artliber. Ferraresi, D. 1995, “Fundamentos da usinagem dos metais, 9ª ed.” São Paulo: Edgard Blücher. Klafke, A.L. 2011 “Avaliação do uso de ésteres de óleos vegetais em formulações de fluido de corte para operações de torneamento”. 2011. 132f. Dissertação (Programa de Pós Graduação em Tecnologia Ambiental)-Universidade de Santa Cruz do Sul, Santa Cruz do Sul. Machado, A.R. et al. 2009 “Teoria da usinagem dos materiais”, 1ª ed., São Paulo: Edgard Blücher. Ruffino, R.T. 1995, “Fluidos de corte”. In: FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Edgard Blücher, 1995. p. 512-565. Santos, S.C.; Sales, W.F. 2007, “Aspectos Tribológicos da Usinagem dos Materiais, 1ª Ed.”, São Paulo: Artliber. Teixeira Filho, F. 2006, “A utilização de fluido de corte no fresamento do aço inoxidável 15-5ph.”. 230 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica)- Universidade Estadual de Campinas, Campinas. Zeilmann, R.P. et al. 2009, “Processos de usinagem e responsabilidade ambiental através da redução da utilização de fluidos de corte”. 8 f. Universidade de Caxias do Sul. 6. RESPONSABILIDADE AUTORAL Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo deste trabalho .
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE USE OF CUTTING FLUIDS IN MACHINING STEEL ABNT 1045 IN OPERATION OF ROUGH
Abstract: Machining is one of the most important and most used worldwide for engineering industry manufacturing processes. The technological advancement of machining tools and the growing increase in the use of CNC machines provided a large increase in machining speed and, consequently, the heat generated at the cutting edge. Cutting fluids, with function of cooling and lubrication, provide temperature control and process productivity. As an alternative to fluid on the market today, which are mostly non- renewable basis, this paper research the use of fluids based on vegetable oils derived from renewable sources and able to minimize the risks posed to the environment and health of operators, and ensure an increase in demand for these oils, forcing an increase in their extraction and consequently greater activity in rural planting of oilseed plants. This study presents a comparative analysis of commercial use in the fluids of the oil base, vegetable fluids , obtained from modified processes by transesterification (biodiesel ), and epoxidation ( epoxidized oil ) , vegetable oils applied in machining of steel by turning ABNT 1045 . The power consumed during the machining process and dimensional analysis of the machined parts was evaluated, considering that these aspects are able to evaluate the two basic properties of cutting fluids: lubrication and cooling. Data obtained from this study demonstrate that the development of cutting fluids produced from modified vegetable oils is feasible and can be successfully used for machining operations. Among the fluids used in this work, with the epoxidized oil showed the best performance. Keywords: machining, cutting fluid, vegetable oils, biodiesel, epoxidized oil.
