Como manter o fluido de corte CNC de alumínio para maior vida útil da ferramenta e aparas mais limpas

 PFT, Shenzhen

A manutenção das condições ideais do fluido de corte CNC para alumínio impacta diretamente o desgaste da ferramenta e a qualidade das cavacos. Este estudo avalia protocolos de gerenciamento de fluidos por meio de ensaios controlados de usinagem e análise de fluidos. Os resultados demonstram que o monitoramento consistente do pH (faixa-alvo de 8,5 a 9,2), a manutenção da concentração entre 7 e 9% por refratometria e a implementação de filtragem em dois estágios (40 µm seguidos por 10 µm) prolongam a vida útil da ferramenta em uma média de 28% e reduzem a pegajosidade das cavacos em 73% em comparação com o fluido não gerenciado. A desnatagem regular do óleo residual (remoção semanal de mais de 95%) previne o crescimento bacteriano e a instabilidade da emulsão. O gerenciamento eficaz dos fluidos reduz os custos com ferramentas e o tempo de inatividade da máquina.

1. Introdução

A usinagem CNC de alumínio exige precisão e eficiência. Os fluidos de corte são essenciais para resfriamento, lubrificação e evacuação de cavacos. No entanto, a degradação do fluido – causada por contaminação, crescimento bacteriano, desvio de concentração e acúmulo de óleo residual – acelera o desgaste da ferramenta e compromete a remoção de cavacos, levando a custos e paradas mais longos. Até 2025, otimizar a manutenção dos fluidos continua sendo um desafio operacional fundamental. Este estudo quantifica o impacto de protocolos de manutenção específicos na longevidade das ferramentas e nas características dos cavacos na produção CNC de alumínio em larga escala.

2. Métodos

2.1. Desenho Experimental e Fonte de Dados
Testes de usinagem controlados foram conduzidos ao longo de 12 semanas em 5 fresadoras CNC idênticas (Haas VF-2) processando alumínio 6061-T6. Um fluido de corte semissintético (Marca X) foi utilizado em todas as máquinas. Uma máquina serviu como controle com manutenção padrão reativa (trocas de fluido apenas quando visivelmente degradada). As outras quatro implementaram um protocolo estruturado:

• Concentração:Medido diariamente usando um refratômetro digital (Atago PAL-1), ajustado para 8% ±1% com concentrado ou água DI.

• pH:Monitorado diariamente usando um medidor de pH calibrado (Hanna HI98103), mantido entre 8,5-9,2 usando aditivos aprovados pelo fabricante.

• Filtração:Filtragem de dois estágios: filtro de manga de 40 µm seguido por um filtro de cartucho de 10 µm. Os filtros são trocados com base no diferencial de pressão (aumento ≥ 5 psi).

• Remoção de óleo residual:O skimmer de correia é operado continuamente; a superfície do fluido é verificada diariamente, a eficiência do skimmer é verificada semanalmente (meta de remoção >95%).

• Fluido de maquiagem:Somente fluido pré-misturado (na concentração de 8%) usado para recargas.

2.2. Coleta de dados e ferramentas

• Desgaste da ferramenta:Desgaste de flanco (VBmáx.) medido nas arestas de corte primárias de fresas de topo de metal duro com 3 canais (Ø12 mm) usando um microscópio de ferramenteiro (Mitutoyo TM-505) a cada 25 peças. Ferramentas substituídas com VBmáx. = 0,3 mm.

• Análise de limalhas:Aparas coletadas após cada lote. A "aderência" foi avaliada em uma escala de 1 (fluido, seco) a 5 (aglomerado, oleoso) por 3 operadores independentes. Pontuação média registrada. A distribuição do tamanho dos cavacos foi analisada periodicamente.

• Condição do fluido:Amostras semanais de fluidos analisadas por um laboratório independente para contagem bacteriana (UFC/mL), teor de óleo residual (%) e verificação de concentração/pH.

• Tempo de inatividade da máquina:Registrado para trocas de ferramentas, atolamentos relacionados a cavacos e atividades de manutenção de fluidos.

3. Resultados e Análise

3.1. Extensão da vida útil da ferramenta
As ferramentas operadas sob o protocolo de manutenção estruturada atingiram consistentemente contagens de peças mais altas antes de precisarem ser substituídas. A vida útil média da ferramenta aumentou 28% (de 175 peças/ferramenta no controle para 224 peças/ferramenta sob o protocolo). A Figura 1 ilustra a comparação do desgaste progressivo do flanco.

3.2. Melhoria da qualidade das aparas
As classificações de pegajosidade das cavacos apresentaram uma redução drástica no protocolo gerenciado, com média de 1,8, em comparação com 4,1 no controle (redução de 73%). O fluido gerenciado produziu cavacos mais secos e granulares (Figura 2), melhorando significativamente a evacuação e reduzindo os congestionamentos da máquina. O tempo de inatividade relacionado a problemas com cavacos diminuiu 65%.

3.3. Estabilidade de Fluidos
Análises laboratoriais confirmaram a eficácia do protocolo:

• As contagens bacterianas permaneceram abaixo de 10³ UFC/mL nos sistemas gerenciados, enquanto o controle excedeu 10⁶ UFC/mL na semana 6.

• O teor médio de óleo residual foi <0,5% no fluido gerenciado vs. >3% no controle.

• A concentração e o pH permaneceram estáveis dentro das faixas-alvo para o fluido gerenciado, enquanto o controle apresentou desvio significativo (concentração caindo para 5%, pH caindo para 7,8).

*Tabela 1: Indicadores-chave de desempenho – Fluido gerenciado vs. fluido de controle*

4. Discussão

4.1. Mecanismos que impulsionam os resultados
As melhorias decorrem diretamente das ações de manutenção:

• Concentração e pH estáveis:Garantiu lubrificação consistente e inibição de corrosão, reduzindo diretamente o desgaste abrasivo e químico nas ferramentas. O pH estável impediu a degradação dos emulsificantes, mantendo a integridade do fluido e prevenindo a "acidificação" que aumenta a aderência das aparas.

• Filtração eficaz:A remoção de partículas finas de metal (limalhas finas) reduziu o desgaste abrasivo em ferramentas e peças de trabalho. O fluido de limpeza também fluiu com mais eficiência para resfriamento e lavagem de cavacos.

• Controle de óleo residual:O óleo residual (de lubrificantes de vias e fluidos hidráulicos) rompe emulsões, reduz a eficiência do resfriamento e fornece alimento para bactérias. Sua remoção foi crucial para prevenir a rancidez e manter a estabilidade do fluido, contribuindo significativamente para a obtenção de cavacos mais limpos.

• Supressão bacteriana:Manter a concentração, o pH e remover bactérias famintas por óleo residual, prevenindo os ácidos e a lama que elas produzem, que degradam o desempenho do fluido, corroem ferramentas e causam odores desagradáveis/resíduos pegajosos.

4.2. Limitações e implicações práticas
Este estudo concentrou-se em um fluido específico (semissintético) e em uma liga de alumínio (6061-T6) sob condições de produção controladas, porém realistas. Os resultados podem variar ligeiramente com diferentes fluidos, ligas ou parâmetros de usinagem (por exemplo, usinagem em altíssima velocidade). No entanto, os princípios básicos de controle de concentração, monitoramento de pH, filtragem e remoção de óleo residual são universalmente aplicáveis.

• Custo de implementação:Requer investimento em ferramentas de monitoramento (refratômetro, medidor de pH), sistemas de filtragem e skimmers.

• Trabalho:Requer verificações e ajustes diários disciplinados pelos operadores.

• Retorno sobre o investimento:O aumento de 28% na vida útil da ferramenta e a redução de 65% no tempo de inatividade devido a cavacos demonstram um retorno claro sobre o investimento, compensando os custos do programa de manutenção e do equipamento de gerenciamento de fluidos. A redução na frequência de descarte de fluidos (devido à maior vida útil do cárter) representa uma economia adicional.

5. Conclusão

A manutenção do fluido de corte CNC para alumínio não é opcional para um desempenho ideal; é uma prática operacional crítica. Este estudo demonstra que um protocolo estruturado com foco no monitoramento diário de concentração e pH (metas: 7-9%, pH 8,5-9,2), filtragem em dois estágios (40 µm + 10 µm) e remoção agressiva de óleo residual (> 95%) proporciona benefícios significativos e mensuráveis:

1. Vida útil prolongada da ferramenta:Aumento médio de 28%, reduzindo diretamente os custos de ferramental.

2. Resíduos de limpeza:Redução de 73% na viscosidade, melhorando drasticamente a evacuação de cavacos e reduzindo atolamentos/tempo de inatividade da máquina (redução de 65%).

3. Fluido Estável:Suprimiu o crescimento bacteriano e manteve a integridade da emulsão.

As fábricas devem priorizar a implementação de programas disciplinados de gerenciamento de fluidos. Pesquisas futuras podem explorar o impacto de pacotes de aditivos específicos sob este protocolo ou a integração de sistemas automatizados de monitoramento de fluidos em tempo real.