Está cansado de lidar com a sujeira e o custo dos fluidos de corte na usinagem? Descubra os benefícios da usinagem a seco - um processo que elimina o uso de fluidos de corte, reduzindo os custos e o impacto ambiental. Este artigo explora como a usinagem a seco mantém alta eficiência e qualidade nas operações de torneamento, fresamento, furação e mandrilamento. Conheça as mais recentes ferramentas e técnicas que tornam isso possível e entenda por que as nações industrializadas estão adotando cada vez mais esse método de fabricação ecológico. Mergulhe de cabeça para ver como a usinagem a seco pode revolucionar seus processos de usinagem.
Atualmente, a maior parte do processamento de peças de máquinas, especialmente em máquinas-ferramenta CNC altamente automatizadas, centros de usinagem e linhas de produção, envolve o uso de fluidos de corte. As principais funções dos fluidos de corte são a remoção de cavacos, 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 muito de fluidos de corte estão enfrentando várias restrições.
A poluição de fluidos de corte podem prejudicar o ambiente ao redor e os operadores. A limpeza dos resíduos que os fluidos de corte deixam nas peças e nas superfícies de corte não só causa "poluição secundária", mas também aumenta os custos de produção.
Pesquisa da VDMA alemã e da Japan Society for Precision Engenharia mostrou que o custo dos fluidos de corte é responsável por aproximadamente 13% a 17% dos custos totais de fabricação, enquanto os custos de ferramentas geralmente representam apenas 2% a 4%, conforme ilustrado na figura abaixo.
A usinagem a seco, em termos simples, é um processo de usinagem que não usa nenhum fluido de corte. Desde o início da corte de metais Na tecnologia de usinagem a seco, foram empregados métodos de corte a seco e a úmido. Assim, o princípio da usinagem a seco não é novo e vem sendo aplicado na produção há bastante tempo (como o fresamento a seco de ferro fundido).
No entanto, o contexto mudou significativamente porque a usinagem a seco não está mais limitada ao processamento de materiais de ferro fundido e métodos naturais convencionais. Em vez disso, ela se esforça para aplicar a usinagem a seco no processamento de todos os materiais e métodos por meio do estabelecimento de novas teorias e técnicas.
A usinagem a seco não se trata apenas de interromper o uso de fluidos de corte. Trata-se de manter a alta eficiência, a qualidade do produto, a vida útil da ferramenta e a confiabilidade na processo de corte minimizando ou eliminando o uso de fluidos de corte. Isso requer o uso de ferramentas de usinagem a seco de alto desempenho, máquinas-ferramentas e instalações auxiliares para substituir a função dos fluidos de corte no corte tradicional e obter a verdadeira usinagem a seco.
A usinagem a seco envolve vários aspectos, como materiais de ferramentasA tecnologia de manufatura é uma das mais importantes do mundo, com revestimentos de ferramentas, geometria de ferramentas, máquinas de usinagem, parâmetros de corte e métodos de processamento. Ela representa uma interseção e integração da tecnologia de fabricação com a ciência dos materiais, a tecnologia da informação, a eletrônica e as disciplinas de gerenciamento.
A usinagem a seco visa a eliminar os efeitos adversos dos fluidos de corte no torneamento e no fresamento, perfuraçãoe processos de perfuração, reduzindo significativamente os custos de processamento e protegendo o ambiente ecológico.
Atualmente, os países industrializados, como os da Europa e do Japão, estão dando grande atenção ao desenvolvimento e à aplicação da tecnologia de usinagem a seco. As estatísticas mostram que cerca de 10% a 15% de usinagem no setor industrial europeu adotaram processos de usinagem a seco.
No século 21, a demanda do setor de manufatura por processos ecológicos e ecologicamente corretos é cada vez maior. A tecnologia de usinagem a seco, como um processo de fabricação ecológico, é importante para a conservação de recursos, a proteção ambiental e a redução de custos.
Com o avanço da tecnologia de máquinas-ferramenta, ferramenta de corte e pesquisas de processos relacionados, a usinagem a seco está pronta para se tornar o principal meio de corte de metal e ganhar ampla aplicação.
No momento, o escopo do processamento de usinagem a seco ainda é relativamente limitado, mas sua pesquisa aprofundada e aplicação extensiva se tornaram um tópico importante no campo da usinagem. Os especialistas israelenses acreditam que a usinagem a seco "continua sendo um campo complexo até hoje. Não é apenas uma questão de desligar o líquido de arrefecimento e pedir uma nova ferramenta".
Nos últimos anos, juntamente com o desenvolvimento da tecnologia de corte de alta velocidade, o setor de manufatura mecânica nos países industrializados vem explorando novos processos de usinagem a seco usando os materiais de ferramentas existentes.
A usinagem a seco significativa e economicamente viável deve ser baseada em uma análise cuidadosa das condições de contorno específicas e em uma compreensão completa dos fatores complexos que influenciam a usinagem a seco. Essa análise fornece os dados e materiais necessários para o projeto de sistemas de processo de usinagem a seco.
A pesquisa e as aplicações de usinagem a seco têm recebido ampla atenção nacional e internacionalmente, com anos de pesquisa impulsionando a implementação da tecnologia de usinagem a seco.
No entanto, especialistas e acadêmicos têm descrições diferentes da terminologia e das definições relacionadas à usinagem a seco. A norma nacional proposta fornece regulamentos: A norma se aplica aos processos de usinagem de produtos mecânicos que envolvem usinagem a seco completa e usinagem a seco assistida (incluindo resfriamento a ar, resfriamento com nitrogênio líquido, assistida por laser, etc.).
Usinagem a seco (corte a seco): Um processo de usinagem que não usa nenhum fluido de corte durante o processo de corte.
Usinagem completa a seco: Um processo de usinagem que não usa nenhum fluido de corte ou auxiliar meio de resfriamento durante o processo de corte.
Usinagem a seco (corte a seco): Uma tecnologia de corte que envolve a injeção de uma quantidade adequada de lubrificante em um fluxo de ar a determinadas pressões e temperaturas, criando uma mistura de névoa, que então formulários uma quantidade mínima de meio lubrificante e é pulverizado na zona de corte para microlubrificação direcionada e resfriamento da área afetada pelo calor.
A usinagem sub-seca geralmente inclui: corte com lubrificação de quantidade mínima, corte com lubrificação de quantidade mínima em baixa temperatura (frio), corte com lubrificação de quantidade mínima (frio) e corte com lubrificação de quantidade mínima (frio). corte a ar), corte de lubrificação de quantidade mínima de gás de proteção, jato de refrigerante interno e tecnologias de pulverização mista.
Os termos e definições mencionados acima fornecem uma distinção e padronização básicas entre o corte a seco e o corte sub-seco. À medida que a pesquisa se aprofunda e a tecnologia avança, os padrões também passam por um processo contínuo de melhoria e refinamento. Por exemplo, na definição de corte sub-seco (usinagem sub-seca), "injetar uma quantidade adequada de lubrificante" deve ser revisado para "injetar uma quantidade adequada de meio de resfriamento e lubrificação" para formar uma mistura de névoa com ar em determinadas pressões e temperaturas, criando um meio de lubrificação micro-resfriado que é pulverizado na área de corte para micro-resfriamento e lubrificação direcionados da zona afetada pelo calor.
Efeito de resfriamento
O efeito de resfriamento remove o calor gerado durante o corte, reduz o desgaste da ferramenta e evita a oxidação da superfície da peça.
Efeito lubrificante
Ele reduz o atrito, diminui as forças de corte e garante operações de corte suaves.
Remoção de cavacos
O processo remove rapidamente os cavacos da superfície da peça de trabalho, impedindo-os de arranhar a superfície.
No entanto, do ponto de vista da proteção ambiental, os impactos negativos dos fluidos de corte são cada vez mais evidentes, conforme observado nos aspectos a seguir:
Além disso, uma extensa pesquisa sobre o processo de corte revelou que as funções tradicionais dos fluidos de corte no resfriamento, na lubrificação e na remoção de cavacos não são total e efetivamente utilizadas em muitos processos de usinagem, especialmente no corte de alta velocidade.
Como resultado, estão sendo feitos esforços para reduzir ou eliminar o uso de fluidos de corte, adaptando-se a processos de produção limpos e reduzindo os custos de produção.
A tecnologia de usinagem a seco surgiu nessas circunstâncias como um método de usinagem avançado. A adoção da tecnologia de usinagem a seco não apenas reduz a poluição ambiental causada pelos fluidos de corte e melhora as condições de trabalho dos operadores, mas também elimina as despesas relacionadas aos fluidos de corte e reduz o custo de reciclagem e descarte de cavacos.
A tecnologia de usinagem a seco impõe maiores exigências à tecnologia de máquinas-ferramenta e ferramentas de corte. Nos últimos anos, os países industrialmente avançados deram grande ênfase à pesquisa de usinagem a seco. A usinagem de corte a seco, como um novo método, representa uma das tendências futuras da tecnologia de corte de metal.
A usinagem a seco, uma técnica de ponta que elimina o uso de fluidos de corte, representa uma mudança de paradigma no processamento de metais. Esse método reduz efetivamente uma cascata de efeitos adversos tradicionalmente associados às operações de usinagem baseadas em fluidos.
Quando comparada ao corte úmido convencional, a usinagem a seco oferece várias vantagens significativas:
Essas características posicionaram a usinagem a seco na vanguarda da pesquisa de fabricação limpa, com implementações bem-sucedidas em várias operações, incluindo torneamento, fresamento, perfuração e mandrilamento.
No entanto, quando comparada ao corte úmido em condições equivalentes, a usinagem a seco apresenta certos desafios:
Para enfrentar esses desafios, a pesquisa em andamento se concentra em materiais de ferramentas avançados, geometrias de corte otimizadas e técnicas de resfriamento inovadoras, como a MQL (Minimum Quantity Lubrication) e o resfriamento criogênico, com o objetivo de aproveitar todo o potencial da usinagem a seco e, ao mesmo tempo, atenuar suas limitações.
A viabilidade da implementação da usinagem a seco depende muito das propriedades do material da peça. O aprimoramento da usinabilidade do material e a redução da geração de calor durante o corte são as principais estratégias técnicas para o avanço dos processos de usinagem a seco.
Por exemplo, aços especializados facilmente usináveis e ferros fundidos foram desenvolvidos para facilitar a usinagem a seco. As propriedades térmicas dos materiais da peça desempenham um papel fundamental; os candidatos ideais para a usinagem a seco apresentam alta capacidade de aquecimento e baixa condutividade térmica. Consequentemente, os componentes de grande massa geralmente são mais adequados para a usinagem a seco em comparação com as peças de pequena massa devido às suas características superiores de dissipação de calor.
Altas forças de corte e temperaturas elevadas são características das operações de usinagem a seco. Para reduzir a adesão e a difusão de material entre a ferramenta e a peça de trabalho em altas temperaturas e garantir a vida útil ideal da ferramenta, é preciso considerar cuidadosamente a compatibilidade entre os materiais da ferramenta e as peças de trabalho. Revestimentos avançados de ferramentas, como TiAlN ou AlCrN, podem aumentar significativamente a resistência ao desgaste e a estabilidade térmica em condições de usinagem a seco.
Uma vez selecionado o ferramental adequado, a otimização dos parâmetros de corte torna-se crucial para o sucesso da usinagem a seco. Normalmente, recomendam-se altas velocidades de corte, pois elas promovem a rápida evacuação de cavacos e a melhor dissipação de calor, o que contribui para aumentar a vida útil da ferramenta. Entretanto, as taxas de avanço e a profundidade de corte devem ser cuidadosamente equilibradas para gerenciar as forças de corte e as cargas térmicas de forma eficaz.
As tecnologias contemporâneas de usinagem a seco abrangem uma série de abordagens inovadoras, incluindo:
A usinagem a seco gera temperaturas de corte significativamente mais altas em comparação com a usinagem a úmido. Somente materiais de ferramentas de corte com dureza térmica excepcional podem suportar com eficácia as temperaturas elevadas do processo de corte e, ao mesmo tempo, manter 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. Compostos cerâmicos avançados, diamante policristalino (PCD) e carbonetos revestidos de alto desempenho são frequentemente empregados por sua capacidade de manter a dureza em temperaturas extremas.
A redução do coeficiente de atrito entre a interface ferramenta-cavaco e a interface da superfície ferramenta-peça é fundamental na usinagem a seco. Essa redução compensa parcialmente a ausência do efeito lubrificante dos fluidos de corte e atenua o aumento da temperatura de corte. Os revestimentos avançados, como TiAlN ou carbono tipo diamante (DLC), podem reduzir significativamente o atrito, enquanto as geometrias otimizadas da ferramenta, como quebra-cavacos e pastilhas alisadoras, aumentam ainda mais esse efeito.
A usinagem a seco induz forças de corte maiores e condições mais desafiadoras em comparação com a usinagem úmida. Consequentemente, as ferramentas devem ter alta tenacidade em temperaturas elevadas para resistir a lascas e fraturas. Materiais como nitreto cúbico de boro (CBN) ou carbonetos cimentados de grão nanométrico oferecem um equilíbrio ideal entre dureza e resistência para aplicações exigentes de usinagem a seco.
Sob as altas temperaturas características da usinagem a seco, as ferramentas de corte devem manter uma estabilidade química excepcional para minimizar as reações catalíticas induzidas pelo calor, prolongando assim a vida útil da ferramenta. Essa estabilidade é especialmente importante na usinagem de materiais reativos, como as ligas de titânio. Revestimentos de várias camadas ou materiais de ferramenta quimicamente inertes, como cerâmica, podem aumentar significativamente a estabilidade termoquímica.
A geometria da ferramenta e os ângulos de corte adequadamente projetados são essenciais na usinagem a seco. Esses recursos não apenas reduzem as forças de corte, evitam a formação de arestas postiças e reduzem as temperaturas de corte, mas também controlam o fluxo e a quebra de cavacos. Os ângulos de inclinação positivos podem reduzir as forças de corte, enquanto os quebra-cavacos especialmente projetados garantem a evacuação eficiente dos cavacos. Além disso, as geometrias otimizadas das ferramentas facilitam a dissipação de calor, o que é crucial na ausência de fluidos de corte. A engenharia assistida por computador (CAE) e a análise de elementos finitos (FEA) são frequentemente empregadas para projetar e otimizar essas geometrias para aplicações específicas de usinagem a seco.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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