8 CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICACusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

ANLISE E SELEO DE FLUIDOS DE CORTE PARA A FURAO DE FERRO FUNDIDO VERMICULARAlves, S.M *, Bossardi, J. C. S.1, Deminicis, F. 2 e Pimentel, R.2 * Sociedade Educacional de Santa Catarina (SOCIESC), Rua Albano Schmidt, 3333 cep 89201-972 Joinville SC Brasil, 1TUPY Fundio, Rua Albano Schmidt, 3.400 cep 89277-901 Joinville - SC Brasil, 2 Sociedade Educacional de Santa Catarina (SOCIESC), Rua Albano Schmidt, 3333 cep 89201-972 Joinville SC Brasil.

RESUMO Atualmente o ferro fundido vermicular tem sido utilizado na fabricao de blocos de motores de veculos movidos a diesel. Este material possui uma resistncia mecnica maior que o ferro fundido cinzento e possibilita a utilizao de maiores presses na cmara de combusto destes motores. Com isto, h uma queima mais eficiente do combustvel e, conseqentemente, menor quantidade de poluentes lanados atmosfera. Porm, devido sua maior resistncia mecnica o ferro fundido vermicular tambm apresenta uma maior dificuldade na usinagem. Devido utilizao relativamente recente deste material, ainda no se dispem de informaes suficientes sobre as condies mais adequadas na sua usinagem. Considerando que a lubrificao exerce um papel importante nos processos de usinagem, um estudo e a correta seleo dos fluidos de corte essencial para melhor o desempenho mecnico. Assim, o objetivo deste trabalho avaliar e selecionar o fluido de corte mais adequado furao do ferro fundido vermicular. Os parmetros de sadas analisados foram desgaste da ferramenta, potncia consumida pelo motor, rugosidade e tolerncia dimensional dos furos. Os resultados mostraram que um fluido de corte semi-sinttico que contm aditivos EP, formulado a base de leo mineral e ster, apresentou o melhor desempenho. Palavras-chave: CGI, fluidos de corte, aditivos.

INTRODUO O ferro fundido vermicular, tambm conhecido como Compacted Graphite Iron (CGI), foi descoberto por acaso durante a fabricao do ferro fundido nodular, devido a erros de composio qumica . O CGI tem sido produzido em componentes de geometria relativamente simples h mais de trinta anos; no entanto apenas nos ltimos anos as fundies tm empregado essa tecnologia em componentes mais complexos [Dawson, 2000]. O ferro fundido vermicular possui boas caractersticas de resistncia mecnica, resistncia a choques trmicos, condutividade trmica, amortecimento, tenacidade e ductilidade. A juno de caractersticas to importantes, tanto do ferro fundido cinzento quanto do ferro fundido nodular, atribui ao ferro fundido vermicular uma grande importncia para aplicao industrial [Marquard et al, 1998; Wertheim et al, 2004]. O ferro fundido vermicular nos ltimos anos vem sendo matria-prima na fabricao de prottipos e blocos de motores de carros de corrida. Recentemente, o CGI tem sido usado na fabricao de motores a diesel substituindo o ferro fundido cinzento que at ento era tradicionalmente utilizado. Segundo Guesser e Guedes (1997) as propriedades mecnicas do vermicular so superiores e possibilitam a fabricao de motores mais potentes do mesmo tamanho ou mais compactos e que atingem a mesma potncia. Outro fator que contribui para o desenvolvimento do CGI so as rgidas normas europias de controle da poluio atmosfrica. A combusto mais eficiente uma caracterstica dos blocos de motor fabricados com este material. Para cumprir as exigncias destas normas e usando o alumnio ou ferro fundido cinzento, seria necessrio aumentar a espessura das paredes dos blocos de motor, o que acarretaria em problemas com o sistema de resfriamento, alm de aumentar o volume do bloco. De acordo com Guesser e Guedes (1997), a composio do ferro fundido vermicular muito similar do cinzento. A grande diferena est na presena de magnsio. No tradicional, o cinzento, no h magnsio, ou h quantidade muito pequena. No vermicular, o elemento qumico tem de ser mantido em uma faixa bastante estreita, entre 0,010% e 0,012%. Se houver mais do que isso, o ferro deixa de ser vermicular e perde suas caractersticas. O ferro fundido nodular, que tem outras propriedades, utilizado na fabricao de virabrequins, por exemplo pode ter entre 0,035% e 0,060% de magnsio em sua composio. A presena de magnsio na quantidade exata faz com que se formem, no ferro fundido, estrias grossas, ou 'vermes' de grafita da o nome vermicular. No ferro fundido cinzento, a grafita aparece em forma de veios finos e, no nodular, como bolinhas ou ndulos. E esta microestrutura que determina a resistncia do material. No cinzento, o limite de resistncia de 250 MPa; no vermicular, de 450 MPa; e no nodular, de 700 Mpa. A diferena entre os trs tipos de ferro fundido Cinzento, Vermicular e Nodular consiste na forma da grafita. Ferro cinzento caracterizado pela grafita na forma lamelar, enquanto no nodular a mesma ocorre em forma de ndulos [Dawson, 2000]. As partculas em grafita de CGI, por sua vez, aparecem individualmente em forma de vermes, ou partculas vermiculares. As partculas so alongadas e orientadas aleatoriamente como no ferro cinzento. Entretanto, elas so menores e mais espessas e contm pontos arredondados. Enquanto as partculas de CGI aparecem em forma de vermes, vistas em duas dimenses, uma anlise mais profunda mostra que os vermes individuais so conectados entre si em uma clula euttica [Dawson, 1999; Sintercast, 2001]. As principais propriedades e caractersticas que diferenciam o ferro fundido cinzento, ferro fundido vermicular e ferro fundido nodular esto ilustradas na Tabela 1. Por apresentar maior resistncia trao (75%) e maior tenacidade (30 40%) em relao ao ferro fundido cinzento, o ferro fundido vermicular mais difcil de ser usinado . Na usinagem em alta velocidade (cerca de 1000 m/min), o quadro se agrava ainda mais; somente na regio de baixa velocidade de corte (aproximadamente 300 m/min) possvel obter um acabamento similar ao ferro fundido cinzento [Luempic e Henkel,2000]. Tabela 1. Propriedades da Grafita: Ferro Fundido Cinzento; Ferro Fundido Vermicular; Ferro Fundido Nodular [David, 2001; Queiroz et al, 1999]. Propriedade Resistncia Trao (MPa) Mdulo de Elasticidade (GPa) Elongao (%) Condutividade Trmica (W/mK) Dureza (BHN 10/3000) Resistncia Fadiga (MPa) Cinzento 250 105 0 48 179 202 110 CGI 450 145 1,5 37 217 - 241 200 Nodular 750 160 5 28 217 255 250

Formas Ilustradas de Grafita

A seleo correta de um fluido de corte depender de uma srie de fatores, tais como aspectos econmicos, tipo de mquina-ferramenta, custos relacionados aos procedimentos de descarte, tipo de sistema de circulao, sade humana e contaminao, meios de controle, mtodo de aplicao, severidade da operao, tipos de operao, materiais usinados e compatibilidade do metal com o fluido, entre outros [Silva e Bianchi, 2000]. Os fluidos de corte podem ser classificados em quatro categorias: sinttico (solues qumicas constitudas por sais e isenta de leo), semi-sinttico (pequenas quantidades de leo), leo emulsionvel (emulses, leo disperso em gua) e leo de corte (leos bsicos aditivados ou no). Assim o objetivo deste trabalho avaliar e comparar diferentes fluidos de corte utilizados na furao do ferro fundido vermicular aplicado na fabricao de bloco de motores. Os principais aspectos que influenciam o desempenho do fluido de corte so apresentados neste artigo. Os parmetros de avaliao foram desgaste da ferramenta, rugosidade e potncia consumida pelo motor.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Os experimentos foram realizados no laboratrio de Sistema Flexvel de Manufatura, FMS, do Instituto Superior Tupy, IST, da Sociedade Educacional de Santa Catarina, SOCIESC. Foram realizados ensaios de furao em corpos de prova de ferro fundido vermicular (CGI). Durante os ensaios foram avaliadas quais caractersticas dos fluidos de corte so importantes para a furao do ferro fundido vermicular. As condies de corte aplicadas foram as mesmas para todos os fluidos testados e esto apresentadas na Tabela 2. Tabela 2. Condies de corte aplicadas nos testes de furao do ferro fundido vermicular. Descrio Corpos de prova Caracterstica Ferro fundido vermicular com 213 HB de dureza Dimenses dos corpos de prova: 400 mm x 300 mm x 45 mm Brocas de metal-duro, revestimento TiNAl. Broca com 10 mm de dimetro,

Ferramenta de corte Velocidade de corte (Vc) = 109,95 m/min Profundidade de corte (ap) = 20 mm Velocidade de avano (Vf) = 350 mm/min Desgaste de flanco (VBb), potncia consumida pelo motor e rugosidade mdia (Ra) final.

Condies de corte Parmetros de anlise

O material utilizado nos testes foi o ferro fundido vermicular usado na fabricao de blocos de motores. Este material foi fornecido pela Tupy Fundies. A composio qumica demonstrada na Tabela 3. Tabela 3: Composio Qumica (% peso) of CGI: Elemento % peso C 3,63 Si 2,06 Mn 0,51 P 0,04 S 0,01 Ti