Artigo Fluido de Corte Torneamento

Prévia do material em texto

6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 
6th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING 
11 a 15 de abril de 2011 – Caxias do Sul – RS - Brasil 
April 11th to 15th, 2011 – Caxias do Sul – RS – Brazil 
 
©
 Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2011 
AVALIAÇÃO DO EMPREGO DE DIFERENTES MÉTODOS DE 
APLICAÇÃO DE FLUIDO DE CORTE NO TORNEAMENTO DE UM AÇO 
DE DIFÍCIL USINAGEM 
Luiz Eduardo de Angelo Sanchez, sanchez@feb.unesp.br1 
Luis Jacinto Nalon, lnalon@feb.unesp.br2 
Geraldo Luiz Palma, glpalma@feb.unesp.br3 
 
1,2,3 Faculdade de Engenharia de Bauru, Univ Estadual Paulista-Unesp, Av. Eng. Luiz E. C. Coube, 14-01, 17033-360, 
Bauru-SP, Brasil 
 
Resumo: Neste trabalho é estudado o comportamento da usinagem de um aço de baixa usinabilidade (ISO 683-XV-8) 
quando o fluido de corte é aplicado em diferentes métodos. Inicialmente, foram empregados os métodos abundante, 
original da máquina-ferramenta, mínima quantidade de fluido de corte (MQFC) e pulverizado, utilizando em todos 
eles um fluido de corte semi-sintético. Pelo método de mínima quantidade também foi usado um óleo vegetal (MQL). 
Depois, partiu-se para a aplicação do fluido de corte em forma de jato em três direções, separadamente: na interface 
cavaco-ferramenta, entre o cavaco e a peça (nas costas do cavaco), e entre a ferramenta e a peça (na superfície de 
folga da ferramenta). Além disso, mais dois métodos foram utilizados: a combinação do método abundante com o jato 
cavaco-ferramenta e, por último, os três jatos aplicados simultaneamente. Para a execução dos ensaios foi necessária 
a montagem de um sistema de alta pressão(2,94 MPa), composto por uma bomba de êmbolos, para a produção do jato 
de fluido de corte, e um venturi para a aplicação do método de mínima quantidade, além de um bico para a 
pulverização. As variáveis de saída analisadas no trabalho foram o desgaste da ferramenta de corte, a rugosidade das 
peças usinadas, a temperatura na ferramenta, as componentes da força de usinagem e as formas de cavacos geradas. 
Dentre os principais resultados destaca-se o aumento da vida da ferramenta e a diminuição da força de corte nas 
aplicações com jato de fluido de corte, principalmente entre o cavaco e a ferramenta. Excetuando-se a aplicação com 
jato, o método abundante se mostra mais eficiente do que as técnicas de mínima quantidade e pulverização do fluido 
de corte. 
 
Palavras-chave: jato de fluido de corte; mínima quatidade de fluido; pulverização, vida de ferramenta; força de corte 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Diversos autores, como Seah et al (1995), Li (1996) e Ezugwu e Bonney (2004), relatam que a vazão e a direção da 
aplicação do fluido de corte podem determinar a eficiência das funções de refrigeração e redução de atrito. A maneira 
mais comum de aplicação do fluido de corte é a abundante (convencional) que atua nas costas do cavaco, de onde o 
calor é extraído. Entretanto, sob altas velocidades de corte constata-se que os fluidos de corte têm sua eficiência 
diminuída. Este fato pode ser atribuído à maior taxa de geração de calor, a incapacidade do fluido alcançar as regiões a 
serem refrigeradas e a tendência do cavaco em movimento expulsar o fluido para fora da região de corte. 
Com o intuito de aumentar o desempenho das condições de refrigeração na usinagem, Pigott e Colwell (1952), 
foram pioneiros na aplicação do fluido de corte sob altas pressões, de aproximadamente 2,5 MPa, na direção da 
interface cavaco-ferramenta. Como resultado, constataram um aumento da vida da ferramenta de 7 a 8 vezes, além da 
melhora do acabamento superficial e eliminação da formação da aresta postiça de corte. 
Tanto nos trabalhos de Pigott e Colwell (1952) e Mazurkiewicz et al (1989), que posicionaram o bico de aplicação 
do jato de fluido distante da ferramenta de corte, quanto nos trabalhos de Machado e Wallbank (1994) e Lindek (1991), 
que aplicaram o fluido através de um orifício na ferramenta em posição mais próxima à região de corte, observa-se um 
significativo aumento da vida da ferramenta quando comparado ao método convencional de refrigeração. 
De maneira análoga Seah et al. (1995) usaram fluido de corte em forma de jato dirigido especificamente entre o 
cavaco e a peça, nas costas do cavaco, a fim de remover o calor gerado no plano de cisalhamento primário, mas neste 
caso não se obteve resultados claramente vantajosos em relação ao método convencional, levando os autores a 
sugerirem estudos adicionais. 
Quanto à terceira direção possível de aplicação de fluido, entre a peça e a superfície de folga da ferramenta, Shaw 
(1986) fez comentários acerca dessa região no qual pondera que o comportamento do fluxo de calor estabelecido entre a 
peça e a ferramenta durante a usinagem deve ser distinto no caso em que o desgaste de flanco é pequeno e no caso em 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
que é acentuado. No início da usinagem, com a geometria da ferramenta ainda preservada, a área de contato entre a peça 
e a ferramenta é pequena dificultando o estabelecimento do fluxo de calor entre eles, ao passo que a ferramenta 
desgastada apresenta maior área de contato e transferência de calor mais intensa. Neste último caso, pode-se admitir que 
o fluido de corte incidindo especificamente na região desgastada da ferramenta entre a superfície de folga e a peça 
consiga minimizar o desgaste da ferramenta. Recentemente, Diniz e Micaroni (2007), aplicaram fluido de corte nesta 
direção obtendo melhores resultados do que na interface cavaco-ferramenta, embora a pressão do jato tenha sido de 1,2 
MPa, cerca de um terço da pressão aplicada por Pigott & Colwell (1952) na interface cavaco-ferramenta. 
O aumento do rigor das legislações ambientais acabou motivando o estudo da aplicação de mínima quantidade de 
lubrificante (MQL) na usinagem. Esta técnica se dá pela atomização de gotículas de fluido, geralmente empregando um 
óleo de origem vegetal. No entanto, essas gotículas atomizadas podem ser tão pequenas e leves que não alcancem 
eficientemente as superfícies quentes da região de corte durante a usinagem. Como alternativa tem-se a opção de 
produzir gotas maiores aplicadas sob pressão sem a utilização de ar, ou seja, pela pulverização hidráulica do fluido de 
corte com um bico apropriado. Neste último caso, ressente-se da completa falta de informações deste tipo de aplicação 
de fluido de corte em trabalhos de usinagem. 
Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento do torneamento de um aço de difícil usinagem sob a 
aplicação do fluido de corte em diferentes maneiras e posições. Para isso é produzido um jato de fluido de corte de alta 
pressão aplicado nas seguintes maneiras: entre a peça e o cavaco; na interface cavaco-ferramenta; no contato da peça e 
ferramenta; nas três posições simultaneamente; e com o método abundante junto com o jato na interface cavaco-
ferramenta. O fluido também é aplicado sob a forma pulverizada, atomizada com ar usando lubrificante, atomizada com 
ar utilizando fluido de corte e, por último, de modo convencional (abundante) usando o sistema original da máquina-
ferramenta. Para analisar o comportamento de cada tipo de aplicação de fluido corte foram avaliados: a vida da 
ferramenta; rugosidade; força de corte; temperatura da ferramenta; e morfológica dos cavacos produzidos. 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Os experimentos foram conduzidos em um torno convencional com 7,5 kW de potência instalada usando uma 
ferramenta de corte de metal duro revestida (TiCN, Al2O3 e TiN), sem quebra cavaco, especificação ISO TNMA 
160408 (classe IC 9015), triangular, da Iscar. Em todas os métodos de aplicação de fluido manteve-se constantes a 
profundidade de usinagem (ap) de 0,5 mm, a velocidade de corte (Vc) em 172m/min e o avanço (f) com 0,1 mm/volta. 
Esses valores foram definidos em ensaios preliminares e correspondeu a uma vida da ferramenta maior que dois passes, 
possibilitando uma avaliação progressiva do desgaste da ferramenta, o que não ocorreu em condições mais severas. A 
pastilha quando montada no porta ferramentas forneceu os ângulos apresentados na Tab. (1). 
 
Tabela 1. Ângulos da ferramenta na usinagem. 
 
Ângulo de posição (χr) Ângulo de saída (γo) Ângulo de folga (αo) Ângulo de inclinação (λs) 
93 º - 6º +6º - 6º 
 
As aplicações de fluido foram feitas pelos métodos: abundante; mínima quantidade de fluido de corte (MQFC); 
pulverização; e mínima quantidade de lubrificante (MQL). Uma das características comum a esses métodos é a baixa 
pressão necessária para a aplicação do fluido. De outro lado, foi empregada alta pressão para a formação do jato de 
fluido dirigido individualmente para: interface cavaco-ferramenta (jato C/F); as costas do cavaco, entre a peça e o 
cavaco (jato P/C); e no contato entre a ferramenta e a peça (jato F/P), na região do flanco da ferramenta. Depois foi 
empregado o método misto, que é composto pela aplicação abundante concomitante com o jato P/C e, por último, a 
aplicação dos três jatos simultaneamente, totalizando nove métodos diferentes. 
O fluido de corte utilizado nos ensaios foi do tipo semi-sintético com uma concentração de 2,5%, com exceção do 
método MQL que empregou um lubrificante a base de óleo vegetal especialmente indicado para está técnica. No 
método abundante (convencional), o fluido foi dirigido para a região das costas do cavaco e a vazão ajustada para o 
mesmo valor das aplicações por jato. 
 Para a formação do jato sob alta pressão foi empregada uma bomba de êmbolos da marca Jacto, mod. MB-42A, e 
um bico metálico com um orifício de 1,0 mm de diâmetro instalado a uma distância de 25 mm das regiões de incidência 
do jato. No método por pulverização foi usado a mesma bomba de êmbolos, porém com um bico apropriado colocado a 
uma distância de 50 mm da ponta da ferramenta. Para os métodos de mínima quantidade (MQFC e MQL) foi usado um 
bico atomizador tipo Venturi instalado também a 50 mm da ponta da ferramenta. Ele foi responsável pela mistura de ar 
comprimido e fluido, que foi alimentado por gravidade. A criação de uma névoa uniforme foi possível com uma pressão 
de ar de 0,4 MPa para ambos, fluido de corte e óleo lubrificante vegetal. Tanto o Venturi quanto os bicos de 
pulverização e jato sólido são itens comerciais da marca Spraying Systems. Para auxiliar no controle e medição da 
vazão de fluido produzida pela bomba de êmbolos utilizou-se um medidor digital da marca Contech, modelo SVTL ½. 
 A representação esquemática e a nomenclatura de cada método de aplicação com os respectivos valores de vazões e 
pressões são resumidamente apresentadas na Fig. (1). 
 O material usinado trata-se de um aço resistente ao calor do tipo austenítico, 21%Cr-9%Mn-4%Ni, na condição 
normalizado (dureza de 38 HRc), designação SAE EV-8 (ISO 683-XV-8), sendo recomendado na fabricação de válvulas 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
para motores a combustão interna. Sua condutividade térmica (20oC) é de 15 W/mK e a composição química dada na 
Tabela (2). As dimensões dos corpos de prova utilizados são 75 mm de comprimento e diâmetro inicial de 50 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Representação esquemática dos métodos de aplicação com os respectivos valores de vazão e pressão do 
fluido de corte. 
 
 
Tabela 2. Composição química do aço SAE EV-8 (% em massa). 
C Si Mn Cr Ni N W Nb P S Fe 
0,56 0,15 9,0 21 4,0 0,42 1,15 2,15 0,05 0,030 - 
 
 Em cada aplicação de fluido de corte foram avaliados o desgaste do flanco da ferramenta, temperatura relativa na 
ferramenta de corte, morfologia dos cavacos, força de corte e rugosidade. 
 Para a avaliação do desgaste de flanco da ferramenta e morfologia dos cavacos foi usada uma câmera digital 
acoplada a um microscópio ótico. O critério estabelecido para fim da vida foi o desgaste de flanco médio (VBB) no 
valor de 0,3 mm. A temperatura relativa da ferramenta de corte foi colhida em usinagem específica, após cada aplicação 
do fluido de corte, em passe único, com uma pastilha de PCBN (CNMA 120408T-IB50, Iscar), implantada com 
termopar do tipo K (com diâmetro de 0,4 mm cada fio). A geometria da ferramenta de PCBN é a mesma da usada nos 
experimentos. A Fig. (2) mostra o furo feito por eletroerosão, onde foi inserido o termopar até sua ponta tocar no 
PCBN. Dada à resistência ao desgaste significativamente superior da pastilha de PCBN, se comparada ao metal duro, 
foi possível utilizá-la em todas as avaliações, minimizando a influência do desgaste do flanco. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Ilustração da ferramenta de corte com PCBN e furo para a inserção da ponta do termopar. 
 
 As componentes da força de usinagem foram medidas com um dinamômetro piezelétrico Kistler, modelo 9257 BA 
de três componentes, montado no porta-ferramenta e acoplado a um sistema de aquisição de dados LabView 6.1. O 
parâmetro adotado para a rugosidade foi o da média aritmética (Ra), medido em rugosímetro Taylor Hobson, modelo 
surtronic 3+, com raio da ponta do apalpador de 0,2 µm, em um comprimento de amostragem de 0,8 mm. O valor 
empregado foi o resultado da média em três posições diametrais eqüidistantes na região central do corpo de prova. 
misto 
Jatos 
simultâneos 
pulverização 
MQFC-SS 
MQL 
abundante 
Jato P/C 
Jato C/F 
Jato F/P 
2,78x10-5 l/min 
(100 ml/h) 
0,4 MPa (ar) 0,4 MPa 
1,12 l/min 3,75 l/min 
0,05 MPa 2,94 MPa (cada bico) 
3,75 l/min (cada bico) 
φ 1,3 
0,7 
0,4 
PCBN metal duro 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
O gráfico da Figura (3) mostra os valores da vida da ferramenta de corte obtidos para cada tipo de aplicação de 
fluido. De modo geral, se observa dois grupos destacadamente diferentes onde cada um deles abrigam valores de vida 
próximos. Num dos grupos, denominado grupo I, fazem parte o método pulverizado, MQFC, MQL e abundante, que se 
caracterizam por apresentarem os menores valores tanto de vida da ferramenta quanto da pressão de aplicação de fluido. 
Também se pode notar que, à exceção do método abundante, eles apresentam as menores vazões. Em outro grupo estão 
os métodos que alcançaram as mais prolongadas vidas de ferramenta, que guardam como principal característica a 
aplicação do fluido de corte em forma de jato sob alta pressão. 
Nas aplicações do grupo I, a maior vida foi obtida com o método abundante em oposição ao MQFC, que apresentou 
o menor valor dentre todas as condições ensaiadas. Este resultado deixa evidente que a maior vazão de fluido de corte 
foi determinante na refrigeração da ferramenta e no seu menor desgaste. Entre os métodos de mínima quantidade, o 
efeito lubrificante do óleo vegetal na atenuação do atrito na interface cavaco-ferramenta sugere ser mais efetivo na 
minimização do desgaste da ferramenta do que a ação refrigerante do fluido de corte, o que implica na maior vida com 
o método MQL do que com MQFC. A vida no método por pulverização situa-se entre os métodos abundante e MQFC-
SS, da mesma forma que a sua vazão é intermediária entre esses dois métodos, ratificando a importância do volume de 
fluido de corte em aplicações sob baixas pressões.Figura 3. Vida de ferramenta para cada tipo de aplicação de fluido de corte. 
 
 A Figura (4) mostra a temperatura na ferramenta de corte em cada método de aplicação de fluido. Tomando os 
métodos de baixa pressão, nota-se que as temperaturas foram menores quanto maior a quantidade de fluido de corte 
aplicada. O método MQL apresenta a maior das temperaturas, embora sua vida não tenha sido a menor, sugerindo a 
relevância da lubrificação nas condições tribológicas de usinagem em aplicações de vazões reduzidas. 
 No grupo das aplicações de fluido sob alta pressão (grupo II), os jatos simultâneos foram o método que 
proporcionou a maior vida de ferramenta (Fig. 3). No entanto, ao lado da aplicação mista, são os dois métodos de maior 
consumo de fluido correspondendo, respectivamente, ao triplo e ao dobro do volume aplicado pelo jato C/F, que foi o 
método com o melhor desempenho dentre os que usam apenas um jato. O bom resultado do jato C/F pode ser atribuído 
à maior eficiência do fluido em alcançar a região da ferramenta com as temperaturas mais elevadas, que estão 
localizadas próximas a ponta da ferramenta e adjacentes ao plano de cisalhamento secundário. Aliado à maior 
penetração do fluido de corte, o cavaco sofre um conjugado afastando-o da superfície de saída da ferramenta. Como 
decorrência, ocorre a redução do comprimento de contato do cavaco, o que colabora na minimização do desgaste da 
ferramenta. A quarta aplicação, em ordem decrescente de vida, se dá com o jato F/P cujo resultado em termos de vida é 
menor do que o jato C/F em torno de 10%. Sua direção de aplicação permite que o jato de fluido atinja diretamente a 
região de contato entre a ferramenta e a peça, que se constitui numa das fontes geradoras de calor na usinagem e onde se 
desenvolve o desgaste de flanco. Apesar de não ser ali o local exato que se encontram as maiores temperaturas, esta 
posição é próxima delas. Ainda que a função do fluido de corte seja predominantemente refrigerante, a sua introdução 
entre a peça e a ferramenta parece criar condições tribológicas capazes de atenuar o crescimento de uma zona terciária 
de cisalhamento, que pode ganhar importância à medida que o desgaste de flanco progride e a área de contato aumenta. 
0 
100 
200 
300 
400 
500 
600 
700 
Método de aplicação de fluido 
V
id
a
 
de
 
Fe
rr
a
m
en
ta
 
[s]
 
grupo I 
grupo II 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
Dentre as aplicações de alta pressão, o jato P/C é o que produz a menor vida de ferramenta. Esse desempenho inferior 
pode ser creditado à incidência do jato nas costas do cavaco que, apesar de arrefecer a zona primária de cisalhamento e 
contribuir na minimização do fluxo de calor para a ferramenta, não põe o fluido de corte em contato com a ferramenta, 
onde estão concentradas as temperaturas mais relevantes. Por último, neste método, o jato de fluido tende a empurrar o 
cavaco contra a superfície de saída da ferramenta fazendo com que o comprimento de contato do cavaco e o desgaste da 
ferramenta cresçam. 
 Ainda com relação a Figura (3), observa-se que os métodos que usaram o jato de fluido (grupo II) produziram as 
menores temperaturas na ferramenta de corte. Tal como a ordem dos valores da vida de ferramenta nos tipos de 
aplicação de fluido, os valores da temperatura seguiram esta mesma disposição. Uma exceção é feita à aplicação jato 
F/P cuja temperatura posicionou-se como a segunda menor, não guardando a mesma correspondência com a vida. Esta 
dissimilaridade pode ser justificada pela influencia do local da inserção do termopar na ferramenta, próxima da 
superfície de folga, onde o fluido de corte atinge diretamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Temperatura da ferramenta de corte nos diferentes métodos de aplicação de fluido. 
 
A Figura (4) mostra as imagens da superfície de saída das ferramentas nas aplicações do grupo I quando o 
critério de fim de vida foi atingido. Nota-se, em todas as condições, que o desgaste se localiza na região da ponta da 
ferramenta. Esta é uma característica comum a certos aços de difícil usinabilidade, como o Inconel ®, Waspalloy ® e o 
aço válvula empregado no trabalho, que por possuírem alta resistência mecânica e baixa condutividade térmica tem a 
dissipação de calor da ferramenta dificultada. De modo geral, uma avaliação qualitativa do desgaste da ferramenta 
indica a presença preponderância do mecanismo abrasivo sem a observação de formação de aresta postiça de corte. 
Dentre as quatro aplicações, a abundante (convencional) mostra maior manutenção da geometria da ferramenta, 
sugerindo que a menor temperatura deste método tenha colaborado nesta direção. 
A Figura (5) mostra o desgaste da ferramenta nos métodos que envolvem o uso de jato de fluido de corte. Dentre as 
aplicações, nota-se que o jato F/C (Fig. 5a) é o que apresentou a maior área desgastada devido ao seu maior 
comprimento de contato com o cavaco e temperatura da ferramenta mais elevada. (Fig. 3). A maior manutenção da 
geometria da ferramenta se deu nos métodos em que o jato de fluido foi dirigido na interface cavaco-ferramenta (Fig. 
5c, 5c e 5e). 
Na Figura (6) pode-se observar a morfologia dos cavacos gerados nas diferentes condições de ensaio. De 
modo geral, os cavacos obtidos pelos métodos de aplicação do grupo I guardam semelhanças quanto à forma helicoidal 
e tamanho do raio de curvatura. Uma vez que todas as aplicações desse grupo têm o fluido dirigido nas costas do 
cavaco, a refrigeração em sua porção superior deve ter produzido contrações suficientes para gerar a forma helicoidal. 
No caso da aplicação MQL a ação refrigerante do óleo é pequena, fazendo com que os raios de curvatura fossem um 
pouco maiores. 
0
40
80
120
160
200
0 3 6 9 12 15 18 21
 Tempo de usinagem [s]
Te
m
pe
ra
tu
ra
 
[°C
] 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
Já os cavacos do grupo II, que utilizam jato de fluido sob alta pressão, variam a forma segundo o tipo de aplicação. 
Uma das condições mais distintas é o jato P/C que apresenta o cavaco em forma de fita, tendo como principal causa a 
pressão do jato sobre suas costas e contra a ferramenta. De maneira oposta, a forma do cavaco mais fragmentada e com 
pequeno raio de curvatura do jato C/F, sugere que o fluido tenha atuado hidraulicamente debaixo do cavaco afastando-o 
da ferramenta e minimizando o comprimento de contato. Nos métodos que tiveram outra aplicação concomitante ao jato 
cavaco-ferramenta, como as aplicações mista e simultânea, observa-se a interferência do segundo método na formação 
do cavaco. Com a presença da aplicação abundante, o cavaco assume a forma helicoidal com raio de curvatura maior do 
que com o jato C/F sozinho. Na aplicação simultânea, com um dos jatos nas costas do cavaco, a forma helicoidal exibe 
grande curvatura parecendo tender para a forma de fita. Por último, o jato F/P também exibe um cavaco helicoidal, mas 
com forma bem definida e raio de curvatura grande, livre da influencia de qualquer jato de fluido apontado para o 
cavaco. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Desgaste da ferramenta de corte nos métodos MQFC (a), Pulverizado (b), MQL (c) e abundante 
(d). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Desgaste da ferramenta de corte nos métodos (a) jatoP/C, (b) jato F/P, (c) jato C/F, (d) misto e (e) 
jatos simultâneos . 
 (a) (b) 
 (c) (d) 
(a) 
(a) 
(c) 
 300 µm 
(e) 
(d) 
(b) (a) 
(c) 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
A Figura (7) apresenta o gráfico da força de corte nos primeiros 40 segundos de usinagem, período equivalente a 
um percurso de corte (passe) da ferramenta sobre a peça. Ao final deste tempo a ferramenta de corte ainda mostrava-se 
pouco, ou apenas moderadamente desgastada, dependendo do método de aplicação, sem significativa mudança de sua 
geometria. Portanto, pequena parcela do valor da força deve ter sido causada pelo desgaste da ferramenta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Aspecto dos cavacos gerados no torneamento sob diferentes métodos de aplicação de fluido. 
 
De modo geral, observa-se que as aplicações envolvendo jato de fluido produziram as menores forças de corte, 
especialmente aquelas dirigidas à interface cavaco-ferramenta. A maioria desses métodos mostrou ligeiro crescimento 
da força, provavelmente devido ao incipiente desgaste da ferramenta combinado com modificações tribológicas na 
superfície da ferramenta, como a adesão de elementos químicos. No método misto nota-se uma tendência contrária, com 
valores mais elevados da força no início e abaixando para o nível das demais aplicações do grupo II. Considerando o 
bom desempenho do método misto em relação à vida e temperatura da ferramenta (Fig. 3), esses valores mais altos da 
força indicam uma exceção no seu comportamento. Por se tratar de um corpo de prova novo, pode ter ocorrido desvios 
geométricos em seu posicionamento que foram diminuindo na direção da fixação mais rígida próxima da placa da 
máquina e bastante minimizados nos passes seguintes. Dentre os métodos de baixa pressão, a aplicação MQL parece ter 
proporcionado as melhores condições tribológicas iniciais, uma vez que suas forças foram menores, mas que aos poucos 
indicam terem sido comprometidas pelo desgaste progressivo da ferramenta. 
Após o primeiro passe, mudanças mais profundas ocorreram nas ferramentas tendo influenciado as forças de corte, 
que cresceram significativamente, conforme se observa no gráfico da Fig. (8). Mesmo assim, as condições mais 
favoráveis de corte continuaram com as aplicações com jato de fluido, expressas pelos menores esforços de usinagem. 
Nota-se que a seqüência dos valores das forças no final das aplicações está disposta em ordem inversa da vida da 
ferramenta (Fig. 3). Deste modo, a aplicação MQFC apresentou a maior força de corte e a menor vida, enquanto a 
aplicação simultânea de jatos teve a menor força e a maior vida. Uma exceção ocorreu na ordem das forças entre o jato 
P/C e o jato F/P, embora nos instantes iniciais, quando as ferramentas ainda estavam preservadas, tivessem mostrado 
essas forças na mesma ordem das obtidas para a vida (Fig. 7). 
A Figura (9) apresenta o comportamento da rugosidade dos corpos de prova nos ensaios com os métodos de jato de 
fluido de corte. No mesmo gráfico, foi acrescentado o comportamento dos valores médios da rugosidade nas aplicações 
do grupo I. Analogamente aos demais resultados, as aplicações com jato se destacaram por seu desempenho superior, 
especialmente o jato C/F que produziu rugosidades baixas e duradouras vindo a se elevar apenas no final de vida da 
ferramenta. Para as rugosidades, a ordem dos valores finais também seguiu a mesma ordem dos valores da vida da 
ferramenta. A exceção se verificou com os jatos simultâneos que, apesar ter a maior capacidade de refrigeração, parece 
ter sofrido a influencia dos dois outros jatos que não atuam na redução do comprimento de contato, como faz de 
maneira eficiente o jato C/F. 
Conforme mostra a Figura (10), nas aplicações de fluido sob baixa pressão (grupo I), os métodos com vazão 
reduzida exibiram rugosidades mais elevadas no fim de vida do que o método abundante. Por outro lado, o método 
MQL produziu os valores mais baixos de rugosidade até o penúltimo passe. Depois, com o desgaste da ferramenta e 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
esforços de usinagem mais acentuados, este método não conseguiu manter as mesmas condições tribológicas gerando 
aumento abrupto da rugosidade ao final do último passe. Caso fosse adotado como critério de interrupção da operação o 
melhor acabamento superficial, o método MQL poderia ser considerado o melhor tipo de aplicação de fluido dentre 
aqueles do grupo I dado seu baixo consumo de fluido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Força de corte nos métodos de aplicação de fluido ao longo do primeiro passe. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8. Força de corte nos métodos de aplicação de fluido após o primeiro passe. 
 
150
165
180
195
210
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tempo de usinagem [s]
Fo
rç
a
 
de
 
co
rt
e 
[N
]
150
200
250
300
350
400
450
40 120 200 280 360 440 520 600
Tempo de usinagem [s]
Fo
rç
a
 
de
 
co
rt
e 
[N
]
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9. Rugosidade dos corpos de prova nas aplicações com jato de fluido de corte (grupo II). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. Rugosidade dos corpos de prova na aplicação de baixa pressão (grupoI). 
 
 
3. CONCLUSÕES 
 
Baseado nos resultados obtidos neste trabalho, pode-se resumidamente concluir que: 
- O desempenho do torneamento pode ser substancialmente modificado pelo método de aplicação do fluido de 
corte. 
- As maiores vidas e as menores rugosidades foram obtidas para as aplicações com jato de fluido sob alta pressão. 
- Os métodos jato misto (jato C/F e abundante) e simultâneos (jatos C/F, P/C e F/P) alcançaram as maiores vidas de 
ferramenta, porém com o dobro e o triplo da vazão empregadas nos jato individuais, respectivamente. 
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 40 80 120 160 200 240
Tempo de usinagem [s]
R
u
go
sid
a
de
 
R
a
 
[µ
m
]
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 80 160 240 320 400 480 560 640
Tempo de usinagem [s]
R
u
go
sid
a
de
, 
R
a
 
[ µ
m
] grupo I (média) 
6 º C O N G R E S S O B R A S IL E IR O D E E N G E N H A R I A D E F A B R I C A Ç Ã O 1 1 a 1 5 d e A b r i l d e 2 0 1 1 . C a x ia s d o S u l - R S 
 
- O jato C/F se destacou por seus resultados, situados entre os melhores, aliado a sua vazão de fluido similar a 
empregada no método convencional. Neste sentido, a pressão utilizada (2,95 MPa) demonstrou ser suficiente para 
atuar hidraulicamente no cavaco diminuindo seu contato com a ferramenta de corte. 
- O jato F/P, se mostrou mais eficiente do que o jato P/C, que teve o pior desempenho entre os jatos aplicados 
individualmente. 
- O método abundante produziu os melhores resultados dentre as aplicações sob baixa pressão, que incluem os 
métodos de vazão reduzida. O método MQL se distinguiu dentre os de vazãoreduzida pelos baixos níveis de 
rugosidade ao longo da maior parte da vida da ferramenta. 
- A força de corte, temperatura da ferramenta e rugosidade dos corpos de prova retrataram, em grande parte, o 
comportamento da vida da ferramenta obtida pelos diferentes métodos de aplicação de fluido. 
 
4. REFERÊNCIAS 
 
Diniz, A. E. and Micaroni, R., 2007, “Influence of the Direction and Flow Rate of the Cutting Fluid on the Tool 
Life in Turning Process of AISI 1045 Steel”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 47, pp. 
247-254. 
Ezugwu, E. O. and Bonney, J., 2004, “Effect of high-pressure coolant supply when machining nickel-base, 
Inconel 718, alloy with coated carbide tools”, Journal of Materials Processing Technology , Vol. 153-154 p. 1045-1050. 
Li, X., 1996, “Study of The Jet-Flow Rate of Cooling in Machining. Part 1. Theoretical Analysis”, Journal of 
Materials Processing Technology, Vol. 62, pp. 149-156. 
Lindeke, R. R.; Schoening, Jr. F. C.; Khan, A. K.; Haddad, J., 1991, “Machining of α - β titanium with ultra-high 
pressure through the insert lubrification/cooling”. transactions of NAMRI/SME, pp. 154-161. 
Machado, A. R.; Wallbank, 1994, J. “The effects of a high-pressure coolant jet on machining”, Imeche, vol. 208, 
pp. 29-38. 
Mazurkiewicz, M.; Kubala, Z.; Chow, J., 1989,“Metal machining with high-pressure water-jet cooling assistence - a 
new possiblity”, ASME Journal of engineering for industry, vol. III, p. 7-12. 
Pigott, R. J. S. and Colwell, A. T., 1952, “Hi-Jet System for Increasing Tool Life”, SAE Quarterly Transactions, 
Vol. 6, No. 3, p-p. 547-564. 
Seah, K. H. W.; Li, X. and Lee, K. S., 1995, “The Effect of Applying Coolant on Tool Wear in Metal Machining”, 
Journal of Materials Processing Technology , Vol. 48, p. 495-501. 
Shaw, M. “Metal cutting principles”, 1986, Ed. Oxford Press, New York, USA. 
 
5. DIREITOS AUTORAIS 
 
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído neste trabalho. 
 
 
EVALUATION ON APPLICATION DIFFERENT METHODS OF CUTTING 
FLUID IN TURNING OF A HARD TO MACHINING STEEL 
 
Luiz Eduardo de Angelo Sanchez, sanchez@feb.unesp.br1 
Luis Jacinto Nalon, lnalon@feb.unesp.br2 
Geraldo Luiz Palma, glpalma@feb.unesp.br3 
 
1 Faculdade de Engenharia de Bauru, Univ Estadual Paulista-Unesp, Av. Eng. Luiz E. C. Coube, 14-01, 17033-360, Bauru-SP, 
Brasil 
 
Abstract: In this work the behaviour on machining of a difficult material to machine (ISO 683-XV-8) is studied when cutting fluid 
is aplicated in different methods. First, it was used the following methods: flood, original of tool machine, minimum quantity of 
cutting fluid (MQFC) and pulverization, all of them using semi-sintetic cutting fluid. With minimum quantity method also it was 
aplicated a vegetal oil (MQL). After, the tests were carried out with cutting fluid jet appointed to three individual directions: chip-
tool interface; between chip and piece (on the back of chip); and between tool and piece (on the tool clearance face). Finally, the 
three jets were simultaneously aplicated. To perform the tests, it was necessary a set up system with high pressure (2,94 MPa) 
composed by a pump of pistons for production of cutting fluid jet, and a Venturi for aplication of minimumquantity method, besides 
a pulverization nozzle. The out puts analised were tool wear, roughness, cutting tool temperature, machining force and type of chips 
generated. Among the mainly results is highlighted the increase of tool life and the decrease of cutting force in fluid jet methods, 
specially chip-tool interface. Except the jet methods, the flood aplication is more efficient than minimum quantity techniques and 
pulverization. 
 
Keywords: cutting fuid jet, minimum quantity of fluid, pulverization, tool life, cutting force