ARTIGO LUBRIFICAÇÃO

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IFES

Guilherme Grillo

09/02/2023

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ISSN 2359-4799
Volume 6 / Número 1 / Ano 2020 – p. XX-YY
DOI:YYYYYY

A IMPORTÂNCIA DA LUBRIFICAÇÃO PARA A DIMINUIÇÃO DO
ATRITO NOS PROCESSOS USINAGEM

THE IMPORTANCE OF LUBRIFICATION FOR DECREASE OF ATTRITION
ON MACHINING PROCESSES

1Guilherme de Freitas Costa Grillo.

1Instituto Federal do Espírito Santo. E-mail: guilhermedefreitascostagrillo@gmail.com.

Resumo: Os processos de usinagem são marcados por diversos fatores que influenciam da produção
de peças. Entre esses fatores, há fenômenos complicam o processo e afetam não só a vida útil das
ferramentas envolvidas, mas também dificultam o processo em si. Como forma de diminuir a
ocorrência de tais fenômenos, a utilização de lubrificantes se mostra de grande influência para tornar o
processo mais eficiente, protegendo e prolongando a vida dos equipamentos.
Palavras-chave: Lubrificação; atrito; usinagem; desgaste

Abstract: The machining processes are well-marked for several factors that influence the production
of mechanical parts. Among these factors, there are phenomena that complicate the process and affect
not only the life cycle of the tools involved, but also interfere the process itself. As a solution to
decrease the occurrence of such phenomena, the use of lubricants shows considerable influence to
make the process more efficient, protecting and prolonging the life cycle of the equipments.
Keywords: Lubrification; attrition; machining; wear

1 INTRODUÇÃO
Quando das superfícies se
encontram em contato e movimento
relativo, aparecem forças que
dificultam/impedem tal movimento, as
quais são chamadas de forças de atrito.
Devido a estas forças de atrito, grande
parte da energia empregada na
movimentação dos componentes de
sistemas mecânicos é dissipada,
principalmente na forma de calor.
Juntamente com o atrito, há também o
desgaste destes componentes, fazendo com
que estes tenham uma vida útil reduzida
(OLIVEIRA JÚNIOR, 2013).

Com o intuito de diminuir o atrito e
o desgaste nos pares tribológicos, faz-se a
inserção de lubrificantes no contato entre
as superfícies separando-as por um filme
lubrificante (OLIVEIRA JÚNIOR, 2013).
No caso dos processos de usinagem, a
lubrificação ocorre por meio do fluido de
corte.

Na maioria das aplicações
tribológicas, lubrificantes líquidos ou graxa
são utilizados para combater o atrito e o
desgaste, mas quando as condições se
tornam muito severas (ou seja,
temperaturas muito elevadas ou muito

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baixas, ambiente em vácuo, radiação,
pressões de contato extremas, limpeza e
higiene, alimentos e farmacêutico etc.), os
lubrificantes sólidos podem ser a única
opção para controlar o atrito e o desgaste
(ERDEMIR, 2001).

Neste trabalho, irá se destacar o
atrito e o desgaste como sua consequência
no processo de usinagem, quando se trata
da interação entre a peça e a ferramenta,
trazendo os fatores que influenciam e as
consequências de ambas as incidências.
Por fim, trazer as informações acerca o
fluido de corte e como ele pode atuar como
método de diminuição do atrito,
solucionando o problema causado
consequentemente pelo desgaste no
processo.

2 REFERENCIAL TEÓRICO
A usinagem é um processo que
confere à peça diversos fatores, como
forma, dimensão, acabamento superficial
ou até todos esses fatores combinados, por
meio da remoção de material sob a forma
de cavaco, utilizando uma ferramenta de
corte. Essa interação acontece na chamada
interface ferramenta/cavaco e gera um
fator que influencia no processo de
usinagem: o atrito.

2.1 INTERFACE
FERRAMENTA/CAVACO

A formação do cavaco é um
processo periódico, com cada ciclo
dividido em quatro eventos distintos, sendo
o último o movimento do cavaco sobre a
superfície de saída da ferramenta. As
condições nas quais esse escorregamento
acontece têm influências marcantes em
todo processo, particularmente no
mecanismo de formação do cavaco, na
força de usinagem, no calor gerado durante
o corte e, consequentemente, na
temperatura de corte e nos mecanismos e
taxa de desgaste das ferramentas, afetando
assim seu tempo de vida (MACHADO,
2009).

O conceito clássico de atrito,
baseado nas leis de Amonton e Coulomb,
não é apropriado para aplicação em
usinagem dos metais, pois, nesse caso, a
força de atrito é proporcional à força
normal, sendo a constante de
proporcionalidade chamada "coeficiente de
atrito". Em condições usuais de corte, a
pressão normal à superfície de saída da
ferramenta é, geralmente, bastante elevada,
chegando a 3,5 GN/m2 na usinagem de
certos aços (TRENT, 1963).

Quem mais difundiu a teoria das
condições da interface ferramenta/cavaco,
nos meios científicos foi Trent, que desde
1963 identificou e definiu com muita
competência a "zona de aderência" (seizure
zone ou sticking zone) e a "zona de
escorregamento" (sliding zone). A zona de
aderência se estende da aresta de corte para
dentro da superfície de saída da
ferramenta, com uma zona de
escorregamento se desenvolvendo ao longo
de sua periferia, identificadas na figura 1,
pelas linhas BC sendo a zona de aderência
e CD a zona de escorregamento.

Figura 1: Áreas de aderência e
escorregamento

Fonte: (TRENT; WRIGHT, 2000)

Em determinadas condições, a zona
de aderência pode ser suprimida,
prevalecendo apenas a condição de
escorregamento ou zona de

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escorregamento, citada no parágrafo
anterior e abordada mais à frente. Outra
situação é a existência da APC, fenômeno
que pode ocorrer a baixas velocidades de
corte. A presença da APC altera a
geometria da cunha cortante, o que afeta
todo o processo de usinagem.

2.1.1 Atrito

Quando duas superfícies são
colocadas justapostas e em eminente
movimento relativo, a área de contato real
é muito menor que a área de contato
aparente, devido às micro irregularidades
presentes em qualquer superfície acabada,
como ilustrado na figura 2.

Figura 2: ilustração de área de contato com
carregamento.

Fonte: Machado (2009)

Aplicando-se uma força normal
(N), os pontos de contato são deformados
plasticamente, e a área de contato real (Ar)
aumenta para suportar essa nova carga. A
força tangencial (F) (ou força de atrito),
por conseguinte, aumenta
proporcionalmente, e o limite de
proporcionalidade é o coeficiente de atrito
µ, valendo, portanto, a Lei de Atrito de
Coulomb (MACHADO, 2009).

Se a força normal aplicada for
aumentada indefinidamente, pode-se
atingir uma situação em que todos os picos
das irregularidades se deformarão de tal
maneira que a área real se iguala à área
aparente. A força normal necessária para
que isso aconteça é definida como "força
normal limite" e, a partir desse valor, o
aumento da força normal não altera mais a
força tangencial (ou de atrito), isto é, a
força tangencial não é mais proporcional à
força normal, pois passa a ser constante e
assume valor suficiente para vencera
resistência ao cisalhamento do material
menos resistente. Nessas condições, a Lei
de Atrito de Coulomb não tem mais
validade (MACHADO, 2009).

2.1.2 Zona de aderência

Foi por meio da análise de
micrografias da raiz do cavaco (obtidas por
quick-stop) de vários materiais usinados
com aço rápido e metal duro que se pôde
obter evidências claras de "contato
absoluto" ao longo de uma grande porção
da interface ferramenta/cavaco (TRENT,
1963). Essa região foi denominada "zona
de aderência".

As "condições de aderência" devem
ser assumidas como inevitáveis para a
usinagem de, praticamente, todos os
materiais (exceto alguns de corte fácil), e
utilizando-se qualquer tipo de ferramenta
de corte. Altas tensões de compressão,
grandes quantidades e altas taxas de
deformação, que provocam altas
temperaturasna interface
ferramenta/cavaco, bem como a pureza do
material da peça em contato com a
ferramenta, promovem ligações atômicas
nessa interface, causando aderência
(TRENT, 1988a, 1988b, 1988c).

Em condições de aderência, a taxa
de desgaste da ferramenta vai depender dos
mecanismos de desgaste que prevalecem
na interface. As altas temperaturas
desenvolvidas podem exercer influências
marcantes nos mecanismos de desgaste
termicamente ativados.

Outro mecanismo que pode estar
presente nessas condições de aderência é a
deformação plástica, caso o material em
usinagem possua razoável rigidez. Nesse
caso, as elevadas temperaturas

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desenvolvidas na zona de fluxo e
acopladas às altas forças de usinagem
desenvolvidas por esse tipo de material
podem ser suficientes para vencer o limite
de escoamento do material da ferramenta e
provocar o seu colapso.

Alguns lubrificantes sólidos podem
atuar na interface ferramenta/cavaco e
minimizar, ou mesmo suprimir, a zona de
aderência, caracterizando as condições
especiais em que prevalece apenas a zona
de escorregamento.

2.1.2 Zona de escorregamento

Além de aderência, condições de
escorregamento também são observadas na
periferia da área de contato entre o cavaco
e a ferramenta (TRENT, 1988a). Nessas
condições, a área real (Ap) é muto menor
que a área aparente (A), bem como que a
zona de intenso fluxo de material está
ausente, porque as ligações que se formam
são mais fracas que as ligações internas
dos materiais da peça e da ferramenta. O
movimento relativo acontece justamente na
interface, por meio de um processo
conhecido como stick-slip, no qual há um
início de aderência seguido por
escorregamento na interface (SHAW et al.,
1960).

2.1.3 ARESTA POSTIÇA DE CORTE
(APC)

Quando se usina a baixas
velocidades de corte, um fenômeno
conhecido como APC pode ocorrer na
interface ferramenta/cavaco. Existem
evidências de que a APC é contínua com o
material da peça e do cavaco, em vez de
ser um corpo separado de material
encruado sobre o qual o cavaco se escoa
(TRENT, 1963).

Na interface, a primeira camada do
material da peça que se une por meio de
ligações atômicas é endurecida a frio,
aumentando, assim, seu limite de
escoamento e, por conseguinte, a tensão de
cisalhamento torna-se insuficiente para
romper tais ligações. As deformações,
então, continuam nas camadas superiores
adjacentes, mais afastadas da interface, até
que estejam também encruadas o suficiente
(MACHADO, 2009). Esse processo ocorre
até que seu tamanho atinja um valor no
qual a tensão de cisalhamento é suficiente
para mudar a zona primária de
cisalhamento, ocorrendo uma ruptura, e
assim reiniciando o processo, como mostra
a sequência de 1 a 4 na figura 3.

Figura 3: processo de formação da APC até
sua ruptura

Fonte: Machado (2009)

A formação da APC é desfavorável
para o processo de usinagem, pois na
presença da APC, as forças de usinagem
são geralmente baixas, porque a APC age
como se fosse uma ferramenta com área de
contato restrito, reduzindo efetivamente o
comprimento de contato na aresta de corte
(TRENT & WRIGHT, 2000). Além disso,
APC aumenta bastante o ângulo de saída
efetivo, o que diminui as forças de
usinagem.

Na usinagem com APC, se esta for
estável, ela protege a superfície de saída da
ferramenta. O desgaste, nesse caso, é
provocado apenas por adesão e abrasão na
superfície de folga, causado por partes da
APC que se arrastam por entre a superfície
de folga da ferramenta e da peça. No caso

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de ser instável, isto é, existir uma
frequência na sua existência, um outro
importante mecanismo de desgaste, que
envolve a aderência e o arrastamento de
micropartículas estará presente e acelerará
o desenvolvimento do desgaste
(MACHADO, 2009).

Todos esses pontos corroboram
para o aumento do desgaste da ferramenta
no processo de usinagem, necessitando
assim de uma solução que facilite o
processo de usinagem.

2.2 DESGASTE

A Norma ISO 3685 (1993) define
desgaste em ferramentas como a "mudança
de sua forma original durante o corte,
resultante da perda gradual de material".
Em tribologia, define-se desgaste como
sendo a destruição de uma ou de ambas as
superfícies que compõem um sistema
tribológico, geralmente envolvendo perda
progressiva de material (HUTCHINGS,
1992).

À destruição relacionam-se
alterações geométricas, e ao desgaste em
usinagem, a mudança da geometria da
ferramenta de corte por perda de massa.
No desgaste essa perda acontece de
maneira contínua e progressiva, e em
proporções pequenas, às vezes no nível
atômico, às vezes no nível dos grãos do
material. O desgaste pode ocorrer segundo
vários mecanismos e a deformação plástica
pode fazer parte desses mecanismos.

Esse fenômeno pode ser diminuído
com uso de substâncias conhecidas como
fluidos de corte, cujo emprego veremos a
seguir.

2.2 FLUIDOS DE CORTE

Na usinagem, o uso de fluidos de
corte, quando escolhidos e aplicados
apropriadamente, traz benefícios. Para
Machado (2009), a seleção adequada de
um fluido de corte deve recair sobre aquele
que possuir composição química e
propriedades corretas para lidar com as
adversidades de um processo de corte
específico. Ele deve ser aplicado usando-se
um método que permita sua chegada o
mais próximo possível da aresta de corte
dentro da interface ferramenta/cavaco, a
fim de assegurar que suas funções sejam
exercidas adequadamente.

Segundo Machado (2009) as
principais funções dos fluidos de corte são:
lubrificação a baixas velocidades de corte;
refrigeração a altas velocidades de corte;
remoção dos cavacos na zona de corte e
proteção da máquina-ferramenta e da peça
contra oxidação.

Embora as primeiras duas funções
sejam normalmente consideradas
prioritárias, há situações em que a remoção
de cavacos se torna crítica, como na
furação profunda e no serramento,
processos nos quais a aplicação deficiente
de fluido de corte pode resultar no
engripamento dos cavacos, o que causa a
quebra prematura da ferramenta de corte
(MACHADO, 2009).

Sob baixas velocidades de corte,
caso em que as temperaturas são mais
baixas, a refrigeração é relativamente sem
importância, enquanto a lubrificação é
fundamental para reduzir o atrito. Sob altas
velocidades de corte, a temperatura de
usinagem é mais elevada; além disso, as
condições não são favoráveis para a
penetração do fluido de corte na interface
para que ele exerça suas funções
(MACHADO, 2009).

Agindo como lubrificante, o fluido
de corte contribui para reduzir o atrito e a
área de contato ferramenta/cavaco, e sua
eficiência vai depender da habilidade de
penetrar na interface ferramenta/cavaco no
curto período de tempo disponível e de
formar um filme (seja por ataque químico,
seja por absorção física) com resistência ao

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cisalhamento menor que a resistência do
material da peça (SHAW, 1951).

Ainda não está completamente
claro como o fluido de corte ganha acesso
à interface, nem até onde ele pode chegar.
Algumas experiências relatam que o
lubrificante não consegue acesso à zona de
aderência, mas que na zona de
escorregamento pode ser possível a
presença de fluido (TRENT, 1967 e 1991;
CHILDS & ROVV'E,1973).

Qualquer que seja o método de
penetração do fluido de corte, uma vez na
interface, ele deve formar um filme com
resistência ao cisalhamento menor que a
resistência do material da peça. Ele
também pode restringir o caldeamento
(união) do cavaco com a superfície de
saída da ferramenta se aditivos apropriados
forem acrescentados. A eficiência da
lubrificação dependerá das propriedades do
fluido, como característicasde
molhabilidade, viscosidade, oleosidade e
resistência do filme. Essas propriedades
podem ser conseguidas com uma mistura
adequada de aditivos (MACHADO, 2009).

3 PROCESSOS METODOLÓGICOS
Este artigo foi baseado em estudo
de artigos e livros acadêmicos para
formulação da análise proposta.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Visto o que foi trabalhado no
referencial teórico acerca das
consequências das forças que dificultam o
processo de usinagem, destacam-se alguns
pontos.

Diversos fatores são fundamentais
para a usinagem. Parâmetros como a
velocidade de corte são pontos chave para
o estudo do processo. Quando tratamos do
processo de usinagem em baixas
velocidades, há a acentuação de forças que
se opõem ao movimento (forças de atrito),
trazendo consequências que podem até
inviabilizar o processo.

A força de atrito acontece de forma
mais complexa nos processos de usinagem
devido as altas tensões que são submetidas
no processo. Há a formação das zonas de
aderência e de escorregamento, nas quais
ocorrem mecanismos que causam o
desgaste da ferramenta de corte, como
deformações plásticas e mecanismos de
desgaste térmicos, prejudicando a vida útil
da mesma e a eficiência do processo de
usinagem.

Além disso, sob baixas velocidades
pode ocorrer a formação da aresta postiça
de corte (APC). Esse fenômeno prejudica o
processo de usinagem, pois é constatado
uma diminuição na força de usinagem.

Os pontos destacados nos levam a
buscar soluções que facilitem o processo.

Uma delas é a utilização dos fluidos
de corte, que, com suas propriedades
lubrificantes, causam a diminuição dessas
forças que se opõem ao corte do material.

De acordo com Reis (2000) os
fluidos de corte com a finalidade de
lubrificar são aplicados em operações com
baixas velocidades de corte, pois se
acredita que nestas condições eles podem
penetrar na interface cavaco-ferramenta. E
nestas condições de corte a temperatura
não é um problema para uso de
refrigerante.

Como lubrificante, o fluido de corte
contribui para reduzir o atrito e a área de
contato ferramenta/cavaco e
ferramenta/peça, sua eficiência vai
depender da habilidade da penetração na
interface peça-ferramenta-cavaco
(MACHADO, 2009).

A seleção do fluido de corte para
cumprir as finalidades do local em que será
empregado, dependem, inicialmente, das

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características gerais de operação do
equipamento, bem como as propriedades
do lubrificante. Porém essa seleção é difícil
devido à grande variedade de produtos
disponíveis em um mercado altamente
competitivo. O custo é alto e a utilização
de um fluido de corte tem de ser justificada
economicamente, isto é, os benefícios
devem superar o investimento.

5 CONCLUSÕES
Pode-se concluir que os fluidos de
corte são uma solução eficiente como
grande facilitador para o processo de
usinagem, reduzindo as forças de atrito e
impedindo o surgindo da APC.

Os fluidos de corte quando
aplicados de maneira correta podem
contribuir para o aumento da produtividade
e reduzir os custos, tornando possível o uso
de altas velocidades de corte. A aplicação
eficaz de fluidos de corte pode também
prolongar a vida da ferramenta e diminuir a
quantidade de energia consumida, em
comparação com o corte a seco.

REFERÊNCIAS

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