Está cansado de lidar com a confusão e o custo dos fluidos de corte na maquinagem? Descubra as vantagens da maquinagem a seco - um processo que elimina a utilização de fluidos de corte, reduzindo os custos e o impacto ambiental. Este artigo explora a forma como a maquinagem a seco mantém uma elevada eficiência e qualidade nas operações de torneamento, fresagem, perfuração e mandrilagem. Saiba mais sobre as ferramentas e técnicas mais recentes que tornam isto possível e compreenda por que razão as nações industrializadas estão a adotar cada vez mais este método de fabrico ecológico. Mergulhe para ver como a maquinação a seco pode revolucionar os seus processos de maquinação.
Atualmente, a maior parte do processamento de peças de máquinas, particularmente em máquinas-ferramentas CNC altamente automatizadas, centros de maquinação e linhas de produção, envolve a utilização de fluidos de corte. As principais funções dos fluidos de corte são a remoção de aparas, a redução das temperaturas de corte e o fornecimento de lubrificação.
No entanto, com a crescente ênfase na proteção ambiental e no desenvolvimento sustentável, os métodos de processamento que dependem fortemente de fluidos de corte estão a enfrentar várias restrições.
A poluição de fluidos de corte podem prejudicar o ambiente circundante e os operadores. A limpeza dos resíduos que os fluidos de corte deixam nas peças e superfícies de corte não só causa "poluição secundária" como também aumenta os custos de produção.
Investigação da VDMA alemã e da Sociedade Japonesa de Precisão Engenharia demonstrou que o custo dos fluidos de corte representa aproximadamente 13% a 17% dos custos totais de fabrico, enquanto os custos das ferramentas representam normalmente apenas 2% a 4%, como ilustrado na figura abaixo.
A maquinagem a seco, em termos simples, é um processo de maquinagem que não utiliza quaisquer fluidos de corte. Desde o início da corte de metais Na tecnologia de maquinagem, têm sido utilizados métodos de corte a seco e a húmido. Assim, o princípio da maquinagem a seco não é novo e tem sido aplicado na produção há bastante tempo (como a fresagem a seco de ferro fundido).
No entanto, o contexto mudou significativamente porque a maquinação a seco já não se limita ao processamento de materiais de ferro fundido e aos métodos naturais convencionais. Em vez disso, procura-se aplicar a maquinação a seco no processamento de todos os materiais e métodos através do estabelecimento de novas teorias e técnicas.
A maquinação a seco não se trata apenas de deixar de utilizar fluidos de corte. Trata-se de manter uma elevada eficiência, qualidade do produto, vida útil da ferramenta e fiabilidade na processo de corte minimizando ou eliminando a utilização de fluidos de corte. Isto requer a utilização de ferramentas de maquinagem a seco de alto desempenho, máquinas-ferramentas e instalações auxiliares para substituir o papel dos fluidos de corte no corte tradicional e conseguir uma verdadeira maquinagem a seco.
A maquinagem a seco envolve vários aspectos, tais como materiais para ferramentasA tecnologia de fabrico é uma tecnologia de ponta, com revestimentos de ferramentas, geometria de ferramentas, máquinas de maquinagem, parâmetros de corte e métodos de processamento. Representa uma intersecção e integração da tecnologia de fabrico com a ciência dos materiais, a tecnologia da informação, a eletrónica e as disciplinas de gestão.
A maquinagem a seco tem como objetivo eliminar os efeitos adversos dos fluidos de corte no torneamento, fresagem, perfuraçãoe processos de perfuração, reduzindo significativamente os custos de processamento e protegendo o ambiente ecológico.
Atualmente, as nações industrializadas como a Europa e o Japão estão a prestar grande atenção ao desenvolvimento e aplicação da tecnologia de maquinação a seco. As estatísticas mostram que cerca de 10% a 15% de maquinação no sector industrial europeu adoptaram processos de maquinação a seco.
No século XXI, a procura de processos ecológicos e amigos do ambiente por parte da indústria transformadora é cada vez maior. A tecnologia de maquinagem a seco, enquanto processo de fabrico ecológico, é importante para a conservação dos recursos, a proteção do ambiente e a redução dos custos.
Com o avanço da tecnologia das máquinas-ferramentas, ferramenta de corte e investigação de processos relacionados, a maquinagem a seco está destinada a tornar-se um meio primário de corte de metais e a ganhar uma aplicação generalizada.
Atualmente, o âmbito do processamento de maquinagem a seco é ainda relativamente limitado, mas a sua investigação aprofundada e aplicação extensiva tornaram-se um tema quente no campo da maquinagem. Os especialistas israelitas acreditam que a maquinação a seco "continua a ser um campo complexo até aos dias de hoje. Não é apenas uma questão de desligar o líquido de refrigeração e encomendar uma nova ferramenta".
Nos últimos anos, a par do desenvolvimento da tecnologia de corte de alta velocidade, a indústria de fabrico mecânico nos países industrializados tem vindo a explorar novos processos de maquinagem a seco utilizando os materiais de ferramentas existentes.
Uma maquinação a seco significativa e economicamente viável deve basear-se numa análise cuidadosa das condições de fronteira específicas e numa compreensão profunda dos factores complexos que influenciam a maquinação a seco. Esta análise fornece os dados e materiais necessários para a conceção de sistemas de processo de maquinagem a seco.
A investigação e as aplicações da maquinagem a seco têm recebido uma atenção generalizada tanto a nível nacional como internacional, com anos de investigação a impulsionar a implementação da tecnologia de maquinagem a seco.
No entanto, os peritos e os académicos têm descrições diferentes da terminologia e das definições relacionadas com a maquinagem a seco. A norma nacional proposta fornece regulamentos: A norma aplica-se aos processos de maquinagem de produtos mecânicos que envolvem a maquinagem completa a seco e a maquinagem assistida a seco (incluindo refrigeração por ar, refrigeração por azoto líquido, assistida por laser, etc.).
Maquinação a seco (corte a seco): Um processo de maquinagem que não utiliza qualquer fluido de corte durante o processo de corte.
Maquinação completa a seco: Um processo de maquinagem que não utiliza qualquer fluido de corte ou auxiliar meio de arrefecimento durante o processo de corte.
Maquinação sub-seca (corte sub-seco): Uma tecnologia de corte que envolve a injeção de uma quantidade adequada de lubrificante numa corrente de ar a determinadas pressões e temperaturas, criando uma mistura de névoa, que depois formas uma quantidade mínima de meio lubrificante e é pulverizado na zona de corte para micro-lubrificação direccionada e arrefecimento da área afetada pelo calor.
A maquinagem sub-seca inclui normalmente: corte com lubrificação de quantidade mínima, corte com lubrificação de quantidade mínima a baixa temperatura (frio corte a ar), corte com lubrificação de quantidade mínima de gás de proteção, jato de líquido de arrefecimento interno e tecnologias de pulverização mista.
Os termos e definições acima mencionados fornecem uma distinção básica e uma normalização entre o corte a seco e o corte sub-seco. À medida que a investigação se aprofunda e a tecnologia avança, as normas também são objeto de um processo contínuo de melhoria e aperfeiçoamento. Por exemplo, na definição de corte sub-seco (maquinagem sub-seca), "injeção de uma quantidade adequada de lubrificante" deve ser revista para "injeção de uma quantidade adequada de meio de arrefecimento e lubrificação" para formar uma mistura de névoa com ar a determinadas pressões e temperaturas, criando um meio de lubrificação micro-arrefecido que é pulverizado na área de corte para micro-arrefecimento e lubrificação direccionados da zona afetada pelo calor.
Efeito de arrefecimento
O efeito de arrefecimento remove o calor gerado durante o corte, reduz o desgaste da ferramenta e evita a oxidação da superfície da peça de trabalho.
Efeito lubrificante
Reduz o atrito, diminui as forças de corte e assegura operações de corte suaves.
Remoção de aparas
O processo remove rapidamente as aparas da superfície da peça de trabalho, impedindo-as de riscar a superfície.
No entanto, do ponto de vista da proteção do ambiente, os impactos negativos dos fluidos de corte são cada vez mais evidentes, como se pode ver nos aspectos seguintes:
Além disso, uma extensa investigação sobre o processo de corte revelou que os papéis tradicionais dos fluidos de corte no arrefecimento, lubrificação e remoção de aparas não são total e eficazmente utilizados em muitos processos de maquinagem, especialmente no corte a alta velocidade.
Consequentemente, estão a ser feitos esforços para reduzir ou eliminar a utilização de fluidos de corte, adaptando-se a processos de produção limpos e reduzindo os custos de produção.
A tecnologia de maquinação a seco surgiu nestas circunstâncias como um método de maquinação avançado. A adoção da tecnologia de maquinagem a seco não só reduz a poluição ambiental causada pelos fluidos de corte e melhora as condições de trabalho dos operadores, como também elimina as despesas relacionadas com os fluidos de corte e reduz o custo da reciclagem e eliminação das aparas.
A tecnologia de maquinagem a seco impõe maiores exigências à tecnologia das máquinas-ferramentas e das ferramentas de corte. Nos últimos anos, os países industrialmente avançados têm colocado grande ênfase na investigação da maquinagem a seco. A maquinagem por corte a seco, enquanto novo método, representa uma das tendências futuras da tecnologia de corte de metais.
A maquinagem a seco, uma técnica de ponta que elimina a utilização de fluidos de corte, representa uma mudança de paradigma no processamento de metais. Este método atenua eficazmente uma cascata de efeitos adversos tradicionalmente associados às operações de maquinagem baseadas em fluidos.
Quando comparada com o corte húmido convencional, a maquinação a seco oferece várias vantagens significativas:
Estas caraterísticas colocaram a maquinagem a seco na vanguarda da investigação sobre fabrico limpo, com implementações bem sucedidas em várias operações, incluindo torneamento, fresagem, perfuração e mandrilagem.
No entanto, quando comparada com o corte a húmido em condições equivalentes, a maquinação a seco apresenta alguns desafios:
Para enfrentar estes desafios, a investigação em curso centra-se em materiais de ferramentas avançados, geometrias de corte optimizadas e técnicas de arrefecimento inovadoras, tais como a Lubrificação de Quantidade Mínima (MQL) e o arrefecimento criogénico, com o objetivo de aproveitar todo o potencial da maquinagem a seco, atenuando simultaneamente as suas limitações.
A viabilidade da implementação da maquinagem a seco depende em grande medida das propriedades do material da peça de trabalho. A melhoria da maquinabilidade do material e a redução da geração de calor durante o corte são estratégias técnicas fundamentais para o avanço dos processos de maquinagem a seco.
Por exemplo, foram desenvolvidos aços especializados facilmente maquináveis e ferros fundidos para facilitar a maquinagem a seco. As propriedades térmicas dos materiais da peça desempenham um papel crucial; os candidatos ideais para a maquinagem a seco apresentam uma elevada capacidade térmica e uma baixa condutividade térmica. Consequentemente, os componentes de grande massa são geralmente mais adequados para a maquinagem a seco do que as peças de pequena massa, devido às suas caraterísticas superiores de dissipação de calor.
As forças de corte elevadas e as temperaturas elevadas são caraterísticas das operações de maquinagem a seco. Para mitigar a adesão e difusão de material entre a ferramenta e a peça de trabalho a altas temperaturas e garantir uma vida útil óptima da ferramenta, é necessário considerar cuidadosamente a compatibilidade entre os materiais da ferramenta e as peças de trabalho. Os revestimentos avançados de ferramentas, tais como TiAlN ou AlCrN, podem melhorar significativamente a resistência ao desgaste e a estabilidade térmica em condições de maquinagem a seco.
Uma vez selecionadas as ferramentas adequadas, a otimização dos parâmetros de corte torna-se crucial para uma maquinagem a seco bem sucedida. As velocidades de corte elevadas são normalmente recomendadas, uma vez que promovem uma rápida evacuação das aparas e uma melhor dissipação do calor, contribuindo ambas para aumentar a vida útil da ferramenta. No entanto, as taxas de avanço e a profundidade de corte devem ser cuidadosamente equilibradas para gerir eficazmente as forças de corte e as cargas térmicas.
As tecnologias contemporâneas de maquinagem a seco englobam uma gama de abordagens inovadoras, incluindo:
A maquinação a seco gera temperaturas de corte significativamente mais elevadas em comparação com a maquinação a húmido. Apenas os materiais das ferramentas de corte com uma dureza térmica excecional podem suportar eficazmente as temperaturas elevadas do processo de corte, mantendo uma resistência superior ao desgaste. A dureza do material da ferramenta deve exceder a do material da peça em pelo menos um fator de quatro. Os compósitos cerâmicos avançados, o diamante policristalino (PCD) e os carbonetos revestidos de alto desempenho são frequentemente utilizados devido à sua capacidade de manter a dureza a temperaturas extremas.
A redução do coeficiente de atrito entre a interface ferramenta-cavaco e a interface ferramenta-peça é crucial na maquinagem a seco. Esta redução compensa parcialmente a ausência do efeito lubrificante dos fluidos de corte e atenua o aumento da temperatura de corte. Os revestimentos avançados, como o TiAlN ou o carbono tipo diamante (DLC), podem reduzir significativamente o atrito, enquanto as geometrias optimizadas das ferramentas, como os quebra-cavacos e as pastilhas alisadoras, aumentam ainda mais este efeito.
A maquinação a seco induz maiores forças de corte e condições mais difíceis em comparação com a maquinação a húmido. Consequentemente, as ferramentas devem possuir uma elevada dureza a temperaturas elevadas para resistir à lascagem e à fratura. Materiais como o nitreto de boro cúbico (CBN) ou carbonetos cimentados de grão nano oferecem um equilíbrio ótimo entre dureza e tenacidade para aplicações exigentes de maquinagem a seco.
Sob as altas temperaturas caraterísticas da maquinação a seco, as ferramentas de corte devem manter uma estabilidade química excecional para minimizar as reacções catalíticas induzidas pelo calor, prolongando assim a vida útil da ferramenta. Esta estabilidade é particularmente crucial na maquinação de materiais reactivos como as ligas de titânio. Os revestimentos multicamadas ou os materiais de ferramentas quimicamente inertes, como a cerâmica, podem aumentar significativamente a estabilidade termoquímica.
A geometria da ferramenta e os ângulos de corte corretamente concebidos são essenciais na maquinagem a seco. Estas caraterísticas não só reduzem as forças de corte, evitam a formação de arestas postiças e baixam as temperaturas de corte, como também controlam o fluxo e a quebra de aparas. Os ângulos de inclinação positivos podem reduzir as forças de corte, enquanto os separadores de aparas especialmente concebidos asseguram uma evacuação eficiente das aparas. Além disso, as geometrias optimizadas das ferramentas facilitam a dissipação de calor, crucial na ausência de fluidos de corte. A engenharia assistida por computador (CAE) e a análise de elementos finitos (FEA) são frequentemente utilizadas para conceber e otimizar estas geometrias para aplicações específicas de maquinagem a seco.
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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