“Preparo de Superfície”

DESENGRAXANTE ALCALINO

Diferente dos solventes que dissolvem a sujeira, os desengraxantes alcalinos deslocam e emulsificam a sujeira na solução, reagindo com as mesmas para formar sabões solúveis em água.

A função do banho de desengraxante é remover todos os óleos e graxas das peças, oriundos da estampagem e da própria proteção da chapa.

Um teste prático para se ter certeza da qualidade do desengraxe de um metal é pela umectação da superfície pela água.

Se o metal for bem desengraxado, a água deve formar um filme contínuo e uniforme e se o desengraxe não for perfeito, aparecerão gotas ou lugares secos.

Pode-se também manter o controle da concentração do banho, onde são utilizadas quantidades suficientes de amostra com um indicador, geralmente fenoftaleína. A solução adquire coloração rosa intenso devido a forte alcalinidade do desengraxante, pH aproximado de 12. A amostra é titulada com um ácido até o desaparecimento da coloração rosa, indicando o ponto de viragem, onde todos os íons hidroxila foram neutralizados pelos íons de hidrogênio do ácido. Esta é, portanto, uma titulação de neutralização.

O sódio presente no desengraxante, na forma de hidróxido, tem a função de elevar o pH.

O controle do processo de desengraxe é muito importante porque, se não retiramos todos os óleos e graxas da superfície da peça, não obteremos um produto final de qualidade. Por estes motivos a concentração não deve sair dos padrões estabelecidos e a temperatura do banho deve estar entre 70 e 80ºC.

A alta temperatura ajuda a dissolver algumas sujidades e aumenta a energia cinética das moléculas aumentado a capacidade de reação.

DECAPANTE

Uma superfície metálica que irá receber um tratamento de acabamento, necessita apresentar-se livre de laminação, óxidos e outros compostos, geralmente produtos de corrosão; sem isto, as características de aderência e aspecto visual ficarão seriamente comprometidas. Utilizam-se, assim banhos ácidos, para a dissolução dessas camadas de produtos de corrosão, deixando o metal base em condições de sofrer os tratamentos posteriores.

A concentração do decapante é verificada através de uma titulação de neutralização. O ponto de viragem é alcançado quando todos os íons de hidrogênio(ácido) forem neutralizados pelos íons hidroxila (base). Colocando-se algumas gotas em excesso de hidróxido de sódio, observa-se a formação de precipitado verde, que é o sulfato de sódio.

O volume de titulante utilizado (em mL) fornece a concentração do banho em porcentagem e, se a análise indicar concentração abaixo do padrão, para proceder o reforço, utilizam-se 5 litros de ácido para cada 1% faltante na concentração. O banho decapante deve ser renovado constantemente devido à grande liberação de ferro das chapas metálicas que se torna um contaminante.

 NEUTRALIZADOR

O neutralizador é utilizado no processo de decapagem para neutralizar a ação provocada pelo decapante. A análise mede a concentração de óxido de sódio no banho. Há necessidade de se fazer um controle rígido na concentração e na temperatura pois, abaixo de 40ºC o óxido não possui ação rápida podendo haver início de oxidação ali mesmo e, acima de 60ºC, formam-se cristais do sal, que se depositam sobre a peça formando grânulos e propiciando o escorrimento.

FOSFATIZAÇÃO

A fosfatização é um processo químico a partir da qual uma camada de fosfato de zinco de pequena espessura é cristalizada sobre a superfície metálica com o objetivo de aumentar a ancoragem da tinta ao substrato e oferecer proteção contra a corrosão durante o tempo de vida do produto. Geralmente, uma linha de fosfatização é composta por banhos de desengraxante alcalino, de refinador e de fosfato de zinco, alternados por tanques de enxágüe contínuo de peças, além do secador.

Processo de Usinagem

O processo de usinagem é um dos mais antigos processos utilizados pelo homem para produção em série. A história da usinagem acompanha o desenvolvimento da indústria, desenvolvimento de novos materiais, necessidade de aumento de produção e produtividade.

É um processo que depende de vários fatores, mas pode-se considerar como mais importantes a máquina ferramenta, o material a ser usinado, a ferramenta de corte e os fluidos de corte, incluindo método de aplicação.

A máquina ferramenta evoluiu em vários aspectos, não apenas em termos estruturais, como o aumento de rigidez e com isto diminuindo vibrações mecânicas e melhorando o processo, mas também com relação à precisão de movimentos. Além disso os recursos de comando numérico tem evoluído muito ultimamente. Com relação ao processo de usinagem, a última palavra em evolução em máquinas ferramentas é sem dúvida o que chamamos hoje de Usinagem a Altíssimas Velocidades de Corte. Esta tecnologia ainda é muito pouco aplicada no país e também com poucos institutos ou universidades pesquisando esta nova possibilidade de aplicação na indústria.

O processo de usinagem pode ser definido com um processo que utiliza como ferramenta um material mais duro que o da peça. Baseado no princípio da dureza relativa, o surgimento de novos materiais e ligas estruturais com excelentes propriedades de resistência mecânica e elevada dureza contribuiu para o aparecimento de novos materiais de ferramentas, mais resistentes, para as operações de usinagem. A necessidade de novos materiais, principalmente na indústria aeronáutica, exigiu o desenvolvimento de materiais de ferramentas mais resistentes, novas geometrias e métodos de aplicação do fluido de corte.

Dentre os vários materiais metálicos utilizados na indústria, pode-se destacar as ligas de níquel e as ligas de titânio como materiais de difícil usinabilidade. Isto se deve principalmente a propriedade destes materiais, resistência a altas temperaturas.

Por outro lado, a usinagem de materiais frágeis e/ou operações de cortes interrompidos (como o caso do fresamento, por exemplo) requerem materiais de ferramentas com suficiente tenacidade para suportarem os choques mecânicos ou térmicos e os impactos inerentes a tais processos.

Usinagem com e sem refrigeração: verdades e mitos

A função específica do fluido de corte solúvel no processo de usinagem é a de proporcionar lubrificação e refrigeração que minimizem o calor produzido entre a superfície da peça e a ferramenta, prolongando e auxiliando na eliminação dos cavacos. Ao se abrir mão do uso destes fluidos, a sua influência positiva na usinagem também perde o efeito. A sua redução drástica ou até a completa eliminação, certamente poderão ocasionar aumento de temperatura nos processos, queda de rendimento da ferramenta de corte, perda de precisão dimensional e geometria das peças, aumento do teor de particulados na atmosfera, cavacos aquecidos com maior dificuldade de adquirir formato adequado, maior risco de soldagem e variações no comportamento térmico da máquina. Casos mais extremos podem prever o entupimento de canais internos de ferramentas e dificuldade no auxilio do transporte dos cavacos em sistemas fechados de difícil acesso.

A usinagem sem refrigeração começou a ser discutida no momento em que as empresas notaram que os custos de parada para troca e descarte podem representar de 2 até 17 % do custo total de produção de uma peça. Além deste fator, o crescente rigor das legislações ambientais e a maior consciência ecológica dos usuários e empresas são apontados como outros motivos para a discussão deste tema. Além disso, muitos estudos de usinagem sem refrigeração vem sendo realizados pelos fabricantes de ferramentas visando aperfeiçoar seus produtos, embora o objetivo principal neste caso seja apenas eliminar a influência do fluido solúvel na usinagem e concentrar-se apenas no efeito da ferramenta sobre o material.

A realidade é que alguns princípios são necessários para que a usinagem sem refrigeração seja viável, tais como: desenvolvimento de ferramentas com coberturas especiais, mais resistentes ao calor gerado na usinagem sem refrigeração; emprego mais freqüente de materiais de fácil usinabilidade e menor geração de calor, como o ferro fundido; desenvolvimento de novos materiais, com composição diferenciada, que melhorem a usinabilidade sem causar alterações dimensionais na peça final; construção de máquinas com materiais de sensíveis alterações nas características térmicas que auxiliem na eliminação mais rápida das fontes de calor; alteração nos parâmetros de corte, como nas operações HSM (High Speed Machining).
Estes princípios indicam que ainda não dispomos, hoje, de uma combinação de processos de usinagem que atenda a todos os seus requisitos para operar sem fluido solúvel. É possível prever que a constante evolução da Engenharia de Materiais, bem como o desenvolvimento constante de ferramentas de corte mais modernas, permitam, no futuro, uma redução do uso dos fluidos de corte. No entanto é pouco provável que seja possível alcançar esta prática em operações mais severas, ou de baixíssimas tolerâncias, em materiais como aços e alumínio, onde a presença do fluido de corte solúvel exerce papel importante.

Outro limitante para a usinagem sem refrigeração é a tendência de se trabalhar com peças acabadas usando materiais temperados e com menor volume de sobremetal, cujo processo gera considerável quantidade de calor.

MQL – Uma alternativa para a usinagem totalmente sem refrigeração é a técnica de mínima quantidade de lubrificação (MQL). Neste caso, quase a seco, uma quantidade mínima de fluido é dirigida por um jato de ar ao ponto onde está sendo executada a usinagem. O volume de fluido pode variar em função do volume de cavacos e do processo de usinagem. Os produtos lubrificantes usados devem ser ecologicamente corretos (isento de solventes e materiais fluorados) e com altíssima taxa de remoção de calor. A mínima quantidade de óleo deve ser suficiente para reduzir o atrito da ferramenta e ainda evitar a aderência dos materiais.
No entanto, estudos apontam que existem ainda muitas operações, como furações profundas, peças de geometria de cavidades complexas ou roscas etc., onde não é garantida a umidificação ótima da ferramenta. MQL necessita de investimentos em equipamentos de dosagem, estação misturadora e sistema de alimentação por bicos ejetores. Estudos por parte de fabricantes de máquinas continuam em andamento buscando a viabilidade econômica desta tecnologia.

Tendências – Por tudo isso, verificamos no mercado (brasileiro e mundial), que as empresas de grande porte têm desenvolvido processos utilizando a combinação de centros de usinagem altamente dinâmicos com máquinas e ferramentas especiais, definindo sistemas de produção de alta confiabilidade e utilizando-se de grandes centrais de fluidos solúveis de alta tecnologia e rendimento.

Nestas centrais são exigidas alta qualidade do fluido solúvel, a fim de proporcionar melhores condições de trabalho na questão ocupacional, máquinas limpas, alto desempenho e performance operacional e, acima de tudo, a longa vida útil do fluido solúvel visando minimizar os custos de descarte.

Por esta razão, acreditamos que o fluido de corte solúvel deve ser melhor gerenciado. Terminou a época em que era considerado como um item barato do processo e sua escolha não deve ser feita unicamente com base em seu custo inicial por litro. São necessários estudos de custo-benefício do processo para justificar a melhor escolha, em função das tecnologias disponíveis. Em um processo não podemos esquecer que, na somatória do volume da emulsão, temos cerca de 90% de água (cuja qualidade é fundamental), em média mais 10% do óleo solúvel concentrado dependendo da operação, e óleos contaminantes (tramp oil) da ordem de 2% ou mais. Acrescente-se a isso os resíduos dos metais das ferramentas e peças usinadas, detergentes de limpeza da máquina e chão-de-fábrica, solventes e outros resíduos orgânicos da fábrica. Sendo assim, o fluido solúvel precisa ser constantemente monitorado em suas propriedades e possuir características que propiciem o melhor rendimento das ferramentas, melhor acabamento das peças e durabilidade das máquinas e equipamentos.

Logicamente os grandes fabricantes de lubrificantes têm se empenhado muito no esforço de melhorar a cada dia a qualidade de seus produtos e dos seus serviços de atendimento técnico em todo o Brasil, visando evitar trocas desnecessárias e custos de descarte das emulsões.

O compromisso com a ISO 14000 é a redução dos resíduos gerados por estas trocas. O uso de fluidos à base de polímeros sintéticos permite maior bioestabilidade e maior resistência a contaminantes (tecnologia limpa) tornando assim viável prolongar por vários anos seu uso em sistemas centralizados modernos (equipados com separadores de cavacos, centrífugas e outros mecanismos de manutenção).

Produtos à base de ésteres sintéticos propiciam superior lubrificação e são mais estáveis à oxidação e degradação biológica que os ésteres naturais de base vegetal como, por exemplo, a mamona. Mesmo os óleos de base mineral de petróleo, tão combatidos no Brasil por restrições legais, de saúde e segurança, ainda encontram largo emprego em diversos países do mundo, inclusive Europa e EUA. Evidentemente, existe um rigor cada vez maior na seleção do tipo de óleo mineral empregado e dos níveis de carbonos poliaromáticos presentes. Atualmente, procura-se combinar os efeitos positivos na usinagem dos ésteres sintéticos com menores taxas de óleos minerais, visando obter fluidos semi-sintéticos de alta estabilidade, baixa toxidez e alto desempenho.

Portanto, opções tecnológicas é que não faltam. A escolha pela usinagem a seco, MQL ou com fluidos de bases polímeros, ésteres sintéticos, mineral ou combinação entre os mesmos, depende de vários fatores operacionais como: nível de acabamento, precisão dimensional, material da peça, taxa de remoção de calor, características da máquina, durabilidade da ferramenta, meio ambiente etc. Pela complexidade do tema, o uso de fluido solúvel ainda deverá perdurar como principal opção por bastante tempo. No futuro, é provável que coexistam harmonicamente todas estas tecnologias, pois é difícil imaginar uma única atendendo a todas as necessidades. Afinal, não existe tecnologia nova ou velha, o que existe é tecnologia que atenda as necessidades específicas do cliente.