Fluidos de corte são utilizados pela indústria metal-mecânica no processo industrial de usinagem, aplicados sempre sobre a interface ferramenta de corte e material da peça. Os principais tipos de fluidos de corte utilizados nos processos de usinagem são os óleos integrais, constituídos basicamente de óleos graxos e óleos minerais, e as emulsões, que são misturas de água com óleos de base vegetal, mineral ou sintética. Para manter a estabilidade de uma emulsão, são utilizados emulgadores que solubilizam na água e, por diferença de polaridade, homogeneízam as gotículas de óleo na mistura. Desse modo, garante-se o aumento da lubricidade, pela presença de óleo, e a capacidade de refrigeração e limpeza de cavacos da região de corte, pela presença de água. O desafio atual é estabelecer os critérios de avaliação de emulsões considerando estabilidades físicas, químicas e bacteriológicas. Em uma primeira análise, considerando apenas o aspecto tecnológico do processo de usinagem, uma emulsão de melhor desempenho pode ser definida como aquela que provoca uma vida útil mais longa da ferramenta de corte sem a respectiva degradação do fluido. Este trabalho teve o objetivo de avaliar o desempenho de fluidos de corte emulsionáveis no processo de fresamento de ligas de alumínio 7050-T7451 a altas velocidades de corte. Os critérios de avaliação foram subdivididos em rendimentos quanto à usinabilidade e características dos fluidos emulsionáveis. Três fluidos foram submetidos a uma bateria de testes de usinagem e laboratórios. Os resultados de usinabilidade demonstraram a significativa influência que o fluido exerce principalmente na vida de ferramenta e no acabamento de superfície usinada e os resultados laboratoriais revelaram o desafio ainda não solucionado de se obter um fluido com alta resistência à degradação e que ao mesmo tempo propiciem a isenção de névoa, espuma e corrosão.

Um dos grandes desafios do processo de usinagem é a necessidade de abordar expectativas de desempenho, saúde operacional e meio ambiente durante a escolha do fluido de corte. Um agravante ambiental do fluido é sua má administração (uso incorreto, armazenamento e direcionamento). Para a redução dos riscos ambientais o uso de fluido de corte de base vegetal é uma alternativa biodegradável. Cada vez mais utilizados pela indústria, o óleo vegetal comparado com o óleo mineral possui vantagens não só ambientais, mas também podem aumentar o desempenho de corte, aumentar a vida útil da ferramenta e a qualidade de acabamento da peça usinada. O objetivo do trabalho é identificar os requisitos básicos do óleo vegetal para produção do fluido de corte para melhor selecionar dentre a biodiversidade de oleaginosas existentes no mercado. Neste trabalho utilizou-se a ferramenta Mapas Cognitivos do método SODA - Strategic Options Development and Analysis da Pesquisa Operacional Soft, para identificação dos critérios que viabilizam o óleo vegetal para produção, com a colaboração dos especialistas que trabalham na concepção, produção e descarte de fluidos. O mapeamento do problema possibilitou identificar as principais bases de vulnerabilidade técnica, econômica e ambiental na produção do fluido de corte biodegradável. As conclusões da avaliação coletiva abordam as variáveis que incluem o campo de viabilidade produtiva, suporte tecnológico e contribuição aos aspectos de sustentabilidade do produto.

Fluidos de corte são compostos utilizados na indústria por sua capacidade de lubrificação e refrigeração nos processos de usinagem. Por serem ricos em compostos orgânicos sofrem ataques constantes de microorganismos que danificam peças, máquina-ferramenta e a saúde humana. Este trabalho se propôs a estudar o ciclo de vida dos fluidos de corte, considerando aspectos mecânicos, químicos e biológicos que, juntos, contribuem para uma análise holística dos aspectos de sustentabilidade industrial. Para atingir esta meta foi necessário estabelecer os requisitos e restrições para decisão do uso de óleos de base mineral, vegetal e sintética, para controlar as alterações das características mecânicas (condições de lubrificação e de refrigeração), químicas e biológicas. Como um dos resultados deste trabalho, foram definidos os requisitos e restrições para o uso da água resultante dos tratamentos de efluentes originários de fluidos de corte usados, pois, a partir destes dados, poder-se-á reutilizar esta água em máquina-ferramenta. Além disto, o estudo do ciclo de vida de fluidos de corte possibilitou o desenvolvimento de um novo fluido de corte vegetal de base óleo de pinhão manso. Este fluido serviu como protótipo para aplicação e demonstração do método de qualificação de fluidos de corte solúveis para processos de usinagem em liga de alumínio e ferro fundido cinzento. Finalmente, como resultado principal do estudo do ciclo de vida dos produtos observou-se que o fluido de corte solúvel dependendo da sua composição e destinação de seus efluentes, podem ter um ciclo de manufatura sustentável.

Os impactos ambientais e na saúde ocupacional provenientes das atividades desenvolvidas no setor metal-mecânico têm forçado esta área a reduzir o uso de fluidos de corte e de lubrificantes a base de óleos minerais. Uma alternativa ambientalmente favorável é a substituição dos óleos minerais por óleos vegetais e seus derivados, pois estes são provenientes de fontes renováveis e apresentam excelente poder lubrificante. Neste trabalho, foram caracterizados, do ponto de vista físico-químico e tribológico, os óleos de amendoim e pinhão-manso e seus respectivos derivados transesterificados. Como os ensaios físico-químicos comumente aplicados a óleos vegetais são regulamentados pelo setor alimentício, a seleção dos principais ensaios físico-químicos necessários para caracterizar o desempenho lubrificante de um óleo vegetal foi conduzida a partir de técnicas de análise estatística multivariada e de reconhecimento de padrões, as quais possibilitaram a seleção dos principais parâmetros físico-químicos e tribológicos relacionados com a capacidade lubrificante. Os ensaios tribológicos indicaram que os óleos de amendoim e o de pinhão produzem um menor desgaste em substrato de alumínio que seus derivados transesterificados. Os resultados das análises multivariadas utilizando métodos hierárquicos e não hierárquicos indicaram a existência de três grupos, sendo que os óleos vegetais apresentaram um desempenho lubrificante melhor que os derivados. A adição de 10% do derivado no óleo vegetal diminuiu o coeficiente médio de atrito, podendo ser empregado como aditivo anti-desgaste. Apesar dos resultados positivos, os ensaios fisico-quimicos comprovam a necessidade de adição de compostos antioxidantes para garantir maior tempo de vida ao lubrificante de base vegetal.

Na usinagem, visando a processos produtivos com menor geração de resíduos, maior eficiência e mais sustentáveis, são desenvolvidas novas técnicas, como a usinagem com mínima quantidade de lubrificantes (MQL) ou mesmo a seco. A inserção de novas tecnologias também implica investimento financeiro e alterações no consumo de energia. O presente trabalho tem por objetivo avaliar as dimensões técnico-econômica, social e ambiental do fresamento de Ferro Fundido Vermicular (CGI - Cast Grey Iron) utilizando as técnicas de Lubri-refrigeração a seco, MQL e inundação. O ambiente de estudo foi eleito conforme seu nível de criticidade, pois o CGI possui alta taxa de grafita e o fluido de corte de base vegetal de Pinhão-manso (Jatropha curcas) contém alta taxa de matéria orgânica em sua composição. Como critério técnico-econômico estudou-se o consumo energético da máquina-ferramenta e de equipamentos auxiliares específicos, além da quantificação do volume de fluido de corte gasto e seu gerenciamento. Na dimensão ambiental, estudou-se a qualidade do ar (fungos ambientais) e os resíduos gerados. Por fim, na dimensão social, foram estudados indicadores relacionados à saúde do operador. Avaliando a quantidade de óleo presente em suspensão (névoa) no ambiente de trabalho e a poluição sonora gerada com a aplicação de cada técnica. Levando em consideração os aspectos técnico-econômicos, ambientais e sociais analisados, concluiu-se que a técnica de Lubri-refrigeração a seco é a mais indicada para o fresamento de CGI. Os custos envolvidos provaram ser menores para essa condição, que produz resíduos de tratamento mais facilitado. Os resultados também indicam menores problemas de saúde ocupacional. Adicionalmente, conclui-se que o ambiente de trabalho estudado não está apto a trabalhar com o processo de Lubri-refrigeração por MQL, pois ainda faltam projetos de máquinas a serem melhorados.

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Co-orientador: Vicente Luiz Scalon / Banca: Dayse Iara dos Santos / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Banca: Olivio Novaski / Banca: Jaime Gilberto Duduch / O Programa de pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: A retificação é um processo de acabamento, sendo normalmente o último processo da sequência de fabricação. Assim, qualquer benefício obtido na retificação é de grande valor para todo o processo de fabricação. Danos térmicos são uma das principais limitações do processo de retificação, por isso, é importante compreender os fatores que afetam a temperatura de retificação. o desempenho da técnica de lubri-refrigeração otimizada foi investigada e comparada com a técnica de lubri-refrigeração convencional para estimar o fluxo do calor dissipado para a peça de trabalho e assim verificar o máximo aumento da temperatura superficial da zona de contato entre o rebolo convencional de Al2O3 e a peça de aço ABNT 1020, levando-se em conta variáveis tais como a distribuição total de fluxo de calor e como ele é modelado (retangular ou triangular), as características térmicas da peça de trabalho e assim por diante. O problema direto foi solucionado a partir da equação de difusão de calor associado ao problema de condução de calor bidimensional em regime transiente utilizando-se do Método de Volumes Finitos para a sua discretização. Para a solução do problema inverso em transferência de calor fez-se o uso das temperaturas medidas experimentalmente para estimar o fluxo de calor na interface entre o rebolo e a superfície da peça (função objetivo). Foi aplicada a técnica inversa da Seção Áurea para a estimativa do fluxo de calor. Quando comparada à técnica do método convencional de aplicação de fluido, o fluxo de calor conduzido para a peça de trabalho foi reduzido em 84,0% nos ensaios realizados com profundidade de corte de 30um, em 74% nos ensaios com 45um e em 62,2% nos ensaios mais severos de 60um, demonstrando de forma clara e aplicabilidade do método otimizado de aplicação de fluido. O método otimizado foi efetivo na redução das temperaturas superficiais das regiões afastadas da região... / Abstract: Grinding is a finishing process, usually being the last sequence of the manufacturing process. Thus, any benefit obtained in the grinding is of great value to the entire manufacturing process. Thermal damage is one of the main limitations of the grinding process, so it is important to understand the factors that affect the temperature rectification. The technial performance of optimized lubrification and cooling was investigated and compared with the conventional lubrification and cooling technique to estimate the flow of heat dissipated into the workpiece and thus to check the increase in the maximum surface temperature in the contact zone between the conventional grinding wheel Al2O3 and the piece of AISI 1020, taking into account variables such as the total distribution of heat flow and how it is modeled (rectangular or triangular), the thermal characteristics of the workpiece, the geometry of the grinding wheel/workpiece interface and so on. The direct problem was solved from the heat diffusion equation associated with the problem of two-dimensional heat conduction in transient regime utilizing the finite volume method for its discretization. For the solution of the inverse problem of theat transfer the experimentally measured temperatures was used to estimate the heat flux at the interface between the grinding wheel and workpiece surface (objective function). The inverse technique of Golden Section was applied to estimate heat flow. When compared to the conventional technique of method of application fluid, the heat flow conducted to the workpiece was reduced by 84,0% in the tests performed with cutting depth of 30um, at 74,0%in the tests with 45 um and 62,2% in the tests practices of 60 um, clearly demonstrating the applicability of the optimized method of fluid application. The optimized method was effective in reducing the surface temperature of the remotest regions in the cutting region indicating that the front and back cooling... / Doutor

Orientador: Marcos Valério Ribeiro / Banca: José Vitor Candido de Souza / Banca: Manoel Cleber de Sampaio Alves / Banca: Rosemar Batista da Silva / Banca: João Roberto Ferreira / Resumo: Reduzir o uso de fluidos de corte em operações de usinagem é uma meta que tem sido buscada na indústria devido aos problemas ecológicos e de saúde humana, causados pelos fluidos de corte. No entanto, os fluidos de corte ainda promovem uma vida de ferramenta mais longa para muitas operações de usinagem. Este é o caso da operação de fresamento de acabamento da liga de titânio Ti6Al4V usando pastilhas de metal duro recobertas. Portanto, o objetivo deste trabalho é estudar condições de corte mais adequadas para o uso da técnica de mínima quantidade de fluido, ou seja, condições que tornem a vida da ferramenta na técnica MQF, mais próximas ou superiores àquelas obtidas com corte sem lubri-refrigeração e corte com jorro de fluido, sem prejudicar a rugosidade da peça. Para alcançar estes objetivos vários experimentos de fresamento de acabamento foram realizados, variando-se a velocidade de corte e taxa de avanço com aplicação da técnica MQF com o uso de três diferentes fluidos comparados com o corte sem lubri-refrigeração e corte com jorro de fluido. A principal conclusão deste estudo foi que a aplicação da técnica MQF no processo de fresamento de acabamento do Ti-6Al-4V aumenta a vida da ferramenta, melhorando a produtividade e rugosidade, quando mantidas as mesmas condições de corte originalmente propostas / Abstract: To reduce cutting fluids use in machining operations is one goal that has been searched in industrial companies, due to ecological and human health problems caused by the cutting fluid. However, the cutting fluids still provide a longer tool life for many machining operations. This is the case of Ti6Al4V titanium alloy end milling operation using coated carbide inserts. Therefore, this work objective is to study cutting conditions more suitable for minimum quantity of fluid technique use, i.e., conditions which make tool life in MQF technique, closer or over to that obtained with dry cutting and cutting with fluid fload, without damaging the workpiece roughness. To reach these goals several end milling experiments were carried out, varying up cutting speed and feed rate with MQF technique application with three different fluids compared with dry cutting and cutting with fluid fload. The main study conclusion was that applying the MQF technique in Ti-6Al-4V end milling process increases tool life, improving productivity and roughness, when kept up the same cutting conditions proposed originally / Doutor

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Hamilton José de Mello / Banca: Carlos Elias da Silva Junior / Resumo: A retificação é um dos processos mais importantes quando deseja-se atribuir extrema precisão, acabamento e qualidade a superfície da peça, sendo amplamente utilizado na indústria, atribui-se suas características a um processo de usinagem que emprega um rebolo com grãos abrasivos girando em alta velocidade para remover material. Suas aplicações consistem especialmente no final da cadeia produtiva, onde a retificação normalmente representa o último processo por onde a peça irá passar. O rebolo é constituído de grãos abrasivos e poros, unidos por um material aglomerante (ligante), formando uma estrutura abrasiva. Todavia, os rebolos podem possuir diferentes propriedades, uma vez que a dureza dos grãos abrasivos, resistência à abrasão, estrutura cristalina, forma, tamanho e friabilidade podem afetar a durabilidade e o desempenho do abrasivo. Assim, se faz muito importante a escolha correta do rebolo, pois suas propriedades influenciarão diretamente na produtividade e na qualidade da peça que é possível se obter com a utilização deste, levando em consideração os parâmetros do processo e o material a ser retificado. A seleção do material do grão abrasivo mais apropriado para cada operação tem que ser embasada de acordo com o material a ser retificado, além de possuir uma relação custo-benefício aplicável industrialmente. Fluidos de corte lubrificam e refrigeram a zona de corte, porém são prejudiciais ao meio ambiente e aos seres humanos, adicionando custos à indústria. Atrelado a i... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Grinding is one of the most important processes when it is desired to assign extreme precision, finish and quality to the workpiece surface, being widely used in industry, its characteristics are attributed to a machining process that employs an abrasive grinding wheel spinning at high speed to remove material. Its applications consist especially at the end of the production chain, where grinding usually represents the last process through which the part will pass. The grinding wheel consists of abrasive grains and pores, joined by a binder material, forming an abrasive structure. However, the grinding wheels may have different properties, since abrasive grain hardness, abrasion resistance, crystalline structure, shape, size and friability can affect the durability and performance of the abrasive. Thus, it is very important to choose the correct grinding wheel because its properties will directly influence the productivity and quality of the part that can be obtained with the use of this one, taking into account the parameters of the process and the material to be grinding. The selection of the most suitable abrasive material for each operation has to be based on the material to be rectified, besides having an industrially applicable cost-benefit ratio. Cutting fluids lubricate and cool the cutting zone, however they are harmful to the environment and humans, adding costs to the industry. Linked to this, an effective and relatively inexpensive method of controlling corrosion ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Banca: Luiz Eduardo de Angelo Sanchez / Banca: Carlos Alberto Soufen / Banca: Alisson Rocha Machado / Banca: Carlos Elias da Silva Junior / Resumo: A busca por melhorias no processo de usinagem é cada vez maior, principalmente no que diz respeito aos procedimentos finais de corte, como a retificação. Isso porque tais técnicas é que irão garantir, na maioria das vezes, os parâmetros tão desejados no produto final, como tolerâncias dimensionais e geométricas, além da rugosidade. Especificamente no campo da retificação, muito já se avançou com o desenvolvimento de métodos de dressagem de rebolos, de lubrirrefrigeração e outros mais. Todavia, todos estes progressos foram conseguidos apenas no que diz respeito ao corte contínuo. Nesse sentido, torna-se necessário o estudo de todos estes parâmetros no processo de retificação por corte interrompido (peça com ranhuras), pois pouco, ou mesmo nenhum conhecimento e/ou estudo foi desenvolvido com este enfoque, visto que não é encontrado material algum na literatura formal, salvo aqueles em que o rebolo é o detentor das ranhuras. Na retificação, o calor gerado na zona de corte é extremamente elevado e o uso de fluidos de corte se faz indispensável para que seja possível refrigerar tanto a peça quanto o rebolo. O uso adequado dos fluidos implica em melhorias na operação de corte, propiciando uma maior produtividade, e, por isso, o mais comum é a utilização de fluido em abundância, tendo em vista que os agentes de arrefecimento e lubrificação são capazes de proporcionar uma retificação muito satisfatória, sem que haja quaisquer danos térmicos. Portanto, a presente tese teve o propósit... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The search for improvement in the process of machining is always increasing, especially in regards to the final cutting procedures, like grinding. That is because such techniques will guarantee, most of the time, the much desired parameters of the final product, such as dimensional and geometric tolerances, besides surface roughness. Specifically in the field of grinding, there has been much advancement with the development of grinding wheel dressing methods, lubrication and cooling and more. However, all this progress was obtained only when it comes to continuous cutting. In that sense, it becomes necessary to study all these parameters in the process of interrupted cutting in grinding (workpiece with grooves), since little to no knowledge and/or study was developed with that focus, seeing that no material is found in the formal literature, except for that in which the grinding wheel is the element with grooves. In grinding, the heat generated in the cutting zone is extremely high and the use of cutting fluids becomes indispensable to allow the cooling of both workpiece and grinding wheel. The adequate use of cutting fluids brings improvements in the cutting operation, providing higher productivity, and, because of that, the most usual technique is to use abundant cutting fluids, seeing that the cooling and lubrication agents are capable of providing a much more satisfactory grinding, without the occurrence of thermal damage. Therefore, the present thesis held the purpose of... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T07:04:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:12:01Z : No. of bitstreams: 1 142458.pdf: 3858480 bytes, checksum: d6726c54c5f5bde72d93233b0e9bfef4 (MD5)