PROCESSOS DE USINAGEM E RESPONSABILIDADE AMBIENTAL ATRAVÉS DA REDUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE

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PROCESSOS DE USINAGEM E RESPONSABILIDADE AMBIENTAL 
ATRAVÉS DA REDUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE 
 
Rodrigo P. Zeilmann, Tiago Vacaro, Fernando M. Bordin e Vania Sonda 
 
Universidade de Caxias do Sul 
 
E-mails: rpzeilma@ucs.br, tvacaro@ucs.br, fmbordin@ucs.br, vsonda1@ucs.br 
 
 
 
RESUMO 
 
A indústria de manufatura vem realizando grandes esforços com o objetivo de reduzir a 
utilização de fluidos de corte nos processos de usinagem. Aspectos econômicos, ambientais e 
relativos à saúde dos trabalhadores justificam essa preocupação. Os processos de usinagem de 
fresamento e furação, largamente empregados na cadeia automotiva, apresentam 
peculiaridades em relação à utilização de fluidos de corte: enquanto boa parte das operações 
de fresamento pode ser realizada sem a utilização de fluidos de corte, essa condição em geral 
representa maior severidade quando aplicada às operações de furação. Uma alternativa 
importante à ausência total de fluidos de corte (usinagem a seco) é a utilização de mínimas 
quantidades de lubrificante (MQL), técnica que vem apresentando resultados satisfatórios em 
diversas aplicações. Este trabalho apresenta um estudo das tendências da utilização de fluidos 
de corte nos processos de usinagem, bem como alguns resultados de ensaios experimentais da 
aplicação dessas tendências em operações de fresamento e furação. 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Para sobreviver dentro da economia com concorrência global, as empresas fabricantes de 
peças automotivas precisam ter capacidade para reagir a curto prazo e com preços 
competitivos aos desejos dos clientes. O desenvolvimento dos produtos e os processos de 
manufatura, equipamentos e capacidades produtivas precisam estar adaptados para cumprir 
estas exigências. É obrigatório saber fabricar diversos produtos e utilizar de maneira 
otimizada os meios de capacidade instalados [1]. E um dos principais aspectos de gestão 
estratégica da indústria automotiva atual é sua relação com o meio ambiente. 
 
A preocupação formal com o meio ambiente é recente na história da humanidade, tendo se 
manifestado mais a partir dos anos 1960. Alguns encontros mundiais foram realizados desde 
então, indicando o interesse pelo tema. Em 1972, foi realizada uma conferência mundial sobre 
meio ambiente, em Estocolmo. Em 1992, foi realizada a ECO-92, no Rio de Janeiro, 
promovida pela UNCED (United Nations Conference on Environment and Development). 
Nesta reunião, foi elaborada a Agenda 21, que passou a ser opção de referência na 
implantação de programas e políticas de preservação do meio ambiente e desenvolvimento 
sustentável. Outros dois encontros de importância ocorreram em Kioto, em 1998, no qual se 
discutiu o impacto das emissões gasosas ao meio ambiente, e em Johannesburgo (Rio mais 
dez), em 2002, a conferência das Nações Unidas sobre ambiente e desenvolvimento 
sustentável [2]. 
A indústria automotiva sofre hoje grande pressão ambiental, uma vez que os automóveis são 
responsáveis por grande parte da poluição gerada nas cidades. Mas a preocupação ambiental 
não se restringe aos produtos da cadeia automotiva e se estende aos processos de manufatura 
empregados pelas mesmas, os resíduos gerados por esses processos e os riscos à saúde dos 
trabalhadores. Uma das principais questões ambientais nos processos de manufatura da cadeia 
automotiva se refere à utilização de fluidos de corte na usinagem, pois esses fluidos são 
altamente prejudiciais ao meio ambiente e oferecem sérios riscos à saúde dos operadores. 
 
Este trabalho apresenta um estudo das tendências da utilização de fluidos de corte na 
usinagem, em especial nos processos de furação e fresamento, os quais são amplamente 
empregados na manufatura de produtos na cadeia automotiva. 
 
1. REDUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDOS DE CORTE 
 
Diante das preocupações ambientais provocadas pela utilização de fluidos de corte nos 
processos de usinagem, forte ênfase hoje é dada a tecnologias ambientalmente corretas que 
visem à preservação do meio ambiente e em conformidade com normas ambientais, como 
ISO 14000, TRGS, EPA (EUA), Diretivas EC (União Européia), GefStoffV (Alemanha), 
entre outras. Os custos referentes aos fluidos de corte, o perigo à saúde do operador e a 
crescente severidade da legislação quanto aos descartes industriais, têm pressionado as 
indústrias a reverem suas produções, compatibilizando-as com as exigências da sociedade. 
Enquadram-se nesse neste contexto a usinagem sem utilização de fluidos de corte, ou 
usinagem a seco, e a técnica de mínimas quantidades de lubrificante (MQL), que combina as 
funcionalidades de refrigeração com um baixo consumo de lubrificante [3,4]. 
 
A não utilização de fluidos de corte retira da usinagem os seus benefícios, que são: a 
lubrificação, a refrigeração e a remoção dos cavacos gerados. Isto significa que há mais atrito 
e adesão entre a ferramenta e a peça, que são submetidas a uma maior carga térmica, o que 
pode resultar em níveis mais altos de desgaste da ferramenta e prejudicar a qualidade 
superficial e geométrica das peças [5, 6, 7]. Porém, em processos de corte interrompido, como 
o fresamento, o gume é aquecido durante o corte, e resfriado quando deixa a zona de corte. A 
variação periódica da temperatura pode causar expansão e contração das ferramentas levando 
à formação de trincas térmicas. O uso do fluido aumenta a variação térmica e, portanto, 
aumenta a probabilidade de ocorrência desse tipo de trincas, as quais podem provocar o 
lascamento do gume da ferramenta [8, 9, 10]. 
 
Dessa forma, no processo de fresamento, que é caracterizado pelo corte interrompido, pode 
ser recomendada, para a maioria dos casos, a usinagem a seco, pelo fato de que, com fluidos 
de corte, os gradientes de temperatura são mais elevados, induzindo a ocorrência de choques 
térmicos que comprometem a durabilidade da ferramenta [11]. Entretanto, há casos como o 
fresamento de ligas de alumínio, em que não é possível a utilização da usinagem a seco, 
devido à elevada tendência de adesão desses materiais às arestas das ferramentas, quando da 
ausência de fluido lubri-refrigerante. Nesses casos, a utilização da técnica de MQL pode ser 
avaliada [5]. 
 
A redução da utilização de fluidos de corte é especialmente crítica para as operações de 
furação, pois este processo apresenta algumas particularidades [12]: 
• a velocidade efetiva de corte se reduz em direção ao centro da broca, atingindo o valor da 
velocidade de avanço no eixo da ferramenta; 
• dificuldade no transporte do cavaco para fora do furo; 
• distribuição de calor inadequada na região de corte; 
• elevado desgaste na quina com canto vivo; e 
• atrito das guias na parede dos furos. 
Essas particularidades fazem da furação um dos mais exigentes processos de usinagem, pois a 
geometria e a superfície são geradas em uma única operação, e as demandas em relação à 
precisão do diâmetro, retilinidade e qualidade superficial são muito elevadas [13]. 
 
Na furação com ausência de fluido lubri-refrigerante existe a tendência de maiores 
temperaturas na região de corte e maior dificuldade no transporte dos cavacos para fora do 
furo [14]. As temperaturas elevadas têm muita influência na formação dos cavacos, podendo 
resultar na formação de cavacos em forma de tiras (fitas) ou emaranhados. As altas 
temperaturas no cavaco podem obstruir a sua remoção do furo e, em casos extremos, resultar 
no bloqueio dos canais da broca e na consequente quebra da mesma. Onde a usinagem sem 
fluido de corte não é possível de ser realizada por razões técnicas, o uso de MQL pode ser 
uma boa alternativa. Este é o caso típico da usinagem do alumínio e suas ligas, onde o 
material apresenta elevada tendência de adesão à ferramenta, a furação e o rosqueamento de 
ferro fundido, e a furação de furos profundos [15]. 
 
A técnica de MQL consiste na atomização de uma quantidade mínima de fluido na região de 
corte com o objetivo de lubrificar e reduzir o atrito entre a ferramenta e a peça [4]. A adoção 
desta técnica exigeuma criteriosa análise e adequação de todos os fatores influentes no 
processo, como mostra a Figura 1. 
 
 
 
Figura 1: Fatores de influência nos processos de manufatura com MQL [1]. 
 
Existem três tipos principais de sistemas MQL. No primeiro tipo estão os sistemas de 
atomização de baixa pressão, em que o refrigerante é aspirado por uma corrente de ar e levado 
à superfície ativa como uma mistura. Esses sistemas se distinguem por um fluxo volumétrico 
de refrigerante de aproximadamente 0,5 a 10 litros por hora, produzem uma atomização 
notável e somente podem ser dosados grosseiramente. O segundo tipo de sistema usa bombas 
dosadoras com alimentação pulsatória de uma quantidade definida de lubrificante para a 
superfície ativa, sem ar. As taxas de fluxo são ajustáveis numa faixa entre 0,1 e 1 ml por ciclo, 
 
 
 
Módulos de manufatura 
adaptados para 
usinagem com MQL 
 
Fluxo de material/ 
manuseio de material 
Arranjo das máquinas 
Disposição das 
ferramentas 
Disposição da peça 
Processo de manufatura 
(sequência) 
Transporte de cavacos/ 
limpeza da máquina/ 
proteção 
Qualificação dos 
colaboradores e outras 
influências 
Influências térmicas 
MQL: sistema e 
padronização de 
interfaces 
Arranjo dos dispositivos 
Meio MQL/fluido 
refrigerante (em caso de 
sistema misto) 
Preparação das 
ferramentas 
com até 260 ciclos por minuto. Estes sistemas são utilizados principalmente em processos 
intermitentes. O terceiro e mais usado tipo de sistema MQL é o de pressão, em que o 
lubrificante é bombeado para o bocal através de uma tubulação de suprimento em separado. 
Ali ele é misturado com o ar comprimido fornecido separadamente, de forma que as 
quantidades de ar e lubrificante podem ser ajustadas independentemente. Este tipo de sistema 
possibilita um consumo de lubrificante baixo, na faixa de 10 a 100 ml/h [4]. 
 
Os sistemas de MQL comercialmente disponíveis podem ser divididos em dois grupos 
principais: injeção do lubrificante externamente, por meio de jatos separados, e internamente, 
através de orifícios na ferramenta. Os sistemas de aplicação interna recebem ainda distinção 
quanto ao número de canais. Nos sistemas de um único canal, a mistura aerossol é formada 
fora do fuso e o canal funciona como rota de alimentação da mistura. No caso dos sistemas de 
dois canais, óleo e ar são alimentados separadamente e a mistura ar-óleo é produzida no 
interior do fuso [14]. A Figura 2 mostra os grupos de sistemas MQL disponíveis 
comercialmente. 
 
 
 
Figura 2: Grupos de sistemas MQL [14, 16]. 
 
Os sistemas externos apresentam como vantagem a possibilidade de utilização em máquinas 
existentes, com baixo custo e esforço. Nesses sistemas, o número, a posição e a geometria dos 
bicos desempenham um papel importante na qualidade do resultado. Este tipo de aplicação é 
geralmente utilizado em operações de retífica, serramento, fresamento e torneamento. No caso 
de operações de furação, alargamento e rosqueamento, o abastecimento externo é apropriado 
apenas para relações de comprimento/diâmetro (l/d) menores ou iguais a 3. Quando essa 
proporção é maior, a ferramenta pode ter de ser recuada várias vezes para que possa ser 
lubrificada novamente, resultando em um aumento considerável no tempo global de 
usinagem. A aplicação externa também pode apresentar problemas no caso de operações que 
exijam a utilização de várias ferramentas com diversos comprimentos e diâmetros, o que 
dificulta o posicionamento dos bicos, exigindo seu constante reposicionamento. Esse 
problema é eliminado com os sistemas de aplicação interna, que são também os adequados 
para operações de furação, alargamento e rosqueamento com relações de l/d maiores que 3, 
uma vez que o abastecimento do fluido é disponibilizado sempre próximo da região de corte, 
independentemente da posição da ferramenta. A principal limitação da aplicação desses 
Aplicação externa Aplicação interna 
1 canal 
2 canais 
1 canal 
2 canais 
sistemas consiste na compatibilidade das máquinas-ferramentas, em muitos casos não 
preparadas para esse tipo de aplicação [14]. 
 
2. RESULTADOS DE UTILIZAÇÃO DA TÉCNICA MQL 
 
No início de 2000, a montadora americana Ford decidiu estudar a implantação das tecnologias 
da usinagem a seco e de MQL em suas fábricas, por motivos ecológicos e econômicos. 
Resultados bem-sucedidos de projetos-piloto deram o sinal verde para a implantação de linhas 
de produção para grandes séries preparadas para a usinagem com MQL. Em maio de 2005, a 
fábrica da empresa em Livonia (EUA), iniciou a operação de uma linha de produção de caixas 
de câmbio em alumínio, operando com o conceito MQL. As máquinas foram devidamente 
preparadas para operar dentro deste conceito: os eixos-árvores foram equipados com sistemas 
MQL de canais duplos com elemento aquecedor integrado, de forma a garantir a viscosidade 
constante do fluido; foram instalados sistemas de aspiração de cavacos na parte posterior de 
cada máquina; um circuito de aspiração interligou as máquinas, para coleta de ar, poeira e 
névoa de óleo do interior das mesmas; todas as máquinas receberam encapsulamento para 
evitar a contaminação do ambiente fabril; e sensores foram instalados para monitorar a 
temperatura das peças, permitindo o controle das influências térmicas sobre o processo [1]. 
 
Aplicações bem-sucedidas como a adotada pela montadora americana são resultantes de 
intensas pesquisas realizadas por diversos pesquisadores ao redor do mundo sobre as 
possibilidades de redução da utilização de fluidos de corte na usinagem [16-23]. O Grupo de 
Usinagem (GUS), grupo de pesquisa vinculado à Universidade de Caxias do Sul, mantém 
uma linha de pesquisa dedicada a esta temática. O grupo já realizou diversos ensaios 
experimentais, nos quais foram encontrados resultados positivos da utilização da técnica 
MQL. A seguir são apresentados alguns desses resultados, que comprovam a viabilidade da 
responsabilidade ambiental nos processos de usinagem, através da redução da utilização de 
fluidos de corte. 
 
Ensaios de fresamento com ferramentas de aço-rápido (HSS) de 6 mm de diâmetro e 
revestimento de nitreto de titânio (TiN), aplicadas na usinagem de aço endurecido, 
apresentaram tempos de vida até 100% superiores na condição de MQL em relação à 
utilização de emulsão, conforme pode ser observado na Figura 3. 
 
 
 
Figura 3: Resultados de ensaio de fresamento. 
 
0
40 
80 
120 
160 
T
em
po
 d
e 
co
rt
e 
 t
c (
m
in
) 
MQL Emulsão 
vc = 30 m/min 
fz = 0,1 mm 
ap = 0,4 mm 
ae = 2 mm 
Fresamento 
HSS TiN 
MQL 
d = 6 mm 
O fresamento é um processo de usinagem caracterizado pelo corte interrompido, o que 
implica em uma variação cíclica das cargas térmicas e mecânicas sobre o gume de corte. A 
utilização de fluidos lubri-refrigerantes acentua o gradiente de temperatura no gume de corte, 
favorecendo a ocorrência de trincas térmicas, as quais aceleram o desgaste da ferramenta. 
Com a utilização de MQL, também ocorre um aumento do gradiente de temperatura, porém 
em menor grau em relação à emulsão. Esse comportamento já é bem conhecido em 
ferramentas de metal-duro [12], em geral mais sensíveis a variações bruscas de temperatura, 
enquanto que as ferramentas de aço-rápido costumam suportar melhor essas variações. Mas os 
resultados encontrados mostram que, também para ferramentas de aço-rápido, a redução da 
variação da temperatura aliada à microlubrificação oferecidas pela condição MQL podem 
possibilitar menor desgaste das ferramentas. 
 
Testes foram realizados com brocas de aço-rápido de 8 mm de diâmetro e sem revestimento, e 
os resultados encontrados apontaram tempos de vida maiores para a condição com MQL, 
como mostra a Figura 4. 
 
 
 
Figura 4: Resultados de ensaio de furação com brocas de aço-rápido. 
 
O bom resultado encontrado na condição de MQL é resultante do fato de que, embora ocorra 
a carência de refrigeração na zona de corte, o calor gerado também tem um efeito positivo, 
pois a elevação da temperatura dometal a ser usinado diminui a resistência ao cisalhamento 
do mesmo, reduzindo os esforços mecânicos necessários ao corte. Na condição de MQL, a 
mínima lubrificação foi suficiente para reduzir o atrito, diminuindo dessa forma a carga 
térmica sobre a ferramenta, ao mesmo tempo em que é aproveitado o efeito positivo do calor 
na região de corte. Efeito este que não ocorre na condição de emulsão, pois a utilização do 
fluido em abundância impede uma elevação significativa da temperatura da peça, mantendo a 
elevada resistência ao cisalhamento do material. 
 
 
 
CONCLUSÃO 
 
Um dos aspectos mais importantes para que a redução da utilização de fluidos tenha sucesso é 
a compreensão e o controle dos efeitos da temperatura sobre o processo e a peça. A 
temperatura tem grande influência sobre o desgaste da ferramenta e a qualidade superficial do 
componente usinado e, portanto, a compreensão dos fenômenos térmicos que ocorrem no 
processo é de grande importância para a eficiência do mesmo. Porém, o calor na região de 
Sistema MQL 
Furação 
HSS 
MQL 
d = 8 mm 
0 
10 
20 
30 
N
úm
er
o 
de
 f
ur
os
 
MQL Emulsão 
vc = 12m/min 
fz = 0,017 mm 
corte também tem ação positiva, pois reduz a resistência ao cisalhamento do material. O 
problema pode ocorrer a partir do momento em que, com a elevação da temperatura, o 
desgaste da ferramenta é acelerado, prejudicando a qualidade da peça. Portanto, o desafio é 
encontrar parâmetros e estratégias de corte de modo a atingir condições de temperatura que 
facilitem o cisalhamento do material sem potencializar os mecanismos de desgaste. 
 
A utilização da técnica MQL é ecologicamente adequada e oferece baixos riscos à saúde dos 
operadores, mas desde que os aspectos relativos à coleta de resíduos sejam considerados. As 
máquinas devem possuir vedação adequada e sistemas de aspiração e coleta de cavacos e, 
principalmente, da névoa de óleo atomizada. As gotículas de óleo suspensas no ar, se não 
coletadas, se espalham rapidamente, contaminando o ambiente fabril. Dessa forma, os danos 
ao ambiente e à saúde dos trabalhadores são ainda maiores que os gerados pela utilização dos 
fluidos emulsionáveis. A ausência do fluido abundante também dificulta o transporte do 
cavaco no interior da máquina, exigindo medidas de compensação para a realização da 
remoção dos cavacos. Portanto, especial atenção deve ser dedicada à coleta dos resíduos 
gerados pelo processo, para que os benefícios da técnica MQL sejam possibilitados em sua 
totalidade. A redução da utilização de fluidos de corte permite ganhos de preservação do meio 
ambiente, redução de custos e melhores condições de trabalho no ambiente fabril. E dessa 
forma pode representar um importante diferencial competitivo para as empresas da cadeia 
automotiva, inseridas em um mercado acirrado, onde pequenas ações podem constituir 
vantagens significativas. 
 
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