Laboratório da UFU produz fluido de corte para indústria metal mecânica

Quase 18% do custo final do processo de usinagem de peças utilizadas pelas indústrias aeroespacial, aeronáutica, química e de petróleo decorre do uso de fluidos de corte – materiais líquidos, gasosos ou compostos que permitem fazer o acabamento do metal sem que ele perca suas propriedades. Em geral, esses materiais são também poluentes e podem provocar danos à saúde dos operadores.

Diante desse cenário, pesquisadores da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia (Femec/UFU) desenvolveram um fluído de corte híbrido para reduzir danos térmicos em peças metálicas com alta resistência mecânica e a altas temperaturas. A inovação está no uso de grafeno que, aplicado em quantidades mínimas, torna o processo mais assertivo, sustentável e econômico.

No vídeo a seguir, o professor Rosemar Batista da Silva explica um pouco mais sobre essa inovação:

Confira mais informações na entrevista completa com o professor Rosemar:

Qual é a área de aplicação principal dessa tecnologia?

O fluido de corte híbrido serve para a redução de danos térmicos em superliga durante a retificação. Essa tecnologia se aplica na indústria metal mecânica, especificamente na fabricação de produtos em liga Inconel 718 para indústria aeroespacial. São situações em que os materiais precisam de uma elevada resistência mecânica e à corrosão em altas temperaturas. É o caso da indústria aeroespacial, motores aeronáuticos, eixos, palhetas e discos, motores de turbinas a gás e equipamentos para a indústria química e de petróleo.

Na usinagem desses materiais, principalmente no processo de retificação, essa tecnologia permite manter as propriedades dos materiais em temperaturas elevadas, mesmo em ambientes mais agressivos.

Como foi o processo de desenvolvimento da tecnologia? Quais foram os principais marcos alcançados durante esse processo?

Essa tecnologia foi elaborada na dissertação de mestrado da discente Déborah de Oliveira e envolveu ensaios em laboratório, utilizando máquinas-ferramentas, equipamentos, instrumentos de medição e acessórios.

As ferramentas, condições de usinagem, o fluido de corte necessário para arrefecer a zona de corte por causa das altas temperaturas geradas durante o processo foram de uso comercial. O grafeno utilizado (na forma de flocos na ordem de 1 a 20 micrometros de tamanho, espessura entre 1 nm e 30 nm) foi colocado no fluido de corte e preparado a partir de um processo de esfoliação de grafite no Laboratório de Filmes Finos e Processos de Plasma da Universidade Federal do Triângulo Mineiro pelo professor Rogério Valentim Gelamo. Ele também quem fez a mistura do fluido com grafeno. Várias concentrações em peso de grafeno para fluido de corte foram testadas.

Os principais marcos foram:

-  Determinou a concentração adequada de grafeno no fluido de corte;

- Observou-se que o grafeno no fluido potencializa a lubrificação do fluido-base;

- Conseguir realizar os ensaios experimentais em condições reais de utilização, semelhantes ao que ocorre em chãos de fábrica das indústrias;

- Foram determinadas propriedades dos fluidos com e sem grafeno: a condutividade térmica e viscosidade dos fluidos;

- Foi possível reduzir a quantidade de fluido de corte que normalmente é empregado nas empresas, grandes tanques nas máquinas são necessários para garantir que o fluido seja bombeado até a região entre o rebolo (ferramenta) e a peça sendo usinada;

- É possível utilizar um sistema com aplicação de fluido de corte em mínimas quantidades de fluido que elimina a necessidade de utilizar grandes tanques para armazenamento de fluido de corte, redução em gasto com energia elétrica e com tratamento e descarte adequado dos fluidos aplicados pela técnica convencional (grandes vazões acima de 9 l/min).

Quais problemas ou necessidades que a tecnologia busca solucionar?

A liga Inconel 718, à base de níquel, apresenta grandes desafios durante o seu processamento por usinagem, principalmente por retificação. Esse processo visa garantir menores desvios dimensionais e geométricos nos componentes, condições que são necessárias para montagem e funcionamento, principalmente em turbinas de aviões.

Durante  a retificação com ferramentas cerâmicas dessa liga, por causa da elevada geração de calor, a peça recebe a maior parcela de calor e sofre alterações em sua estrutura, queda na dureza, trincas na superfície, piora no acabamento e isso afeta a sua funcionalidade, o uso. 

A utilização do fluido de corte com o grafeno (fluido híbrido) permitiu reduzir e/ou eliminar esses problemas nessa liga durante o processo de fabricação em comparação com as condições que são utilizadas normalmente na indústria.

Em outras palavras, o fluido híbrido (fluido de corte com grafeno aplicado em mínimas quantidades) demonstrou ser uma alternativa à técnica convencional de aplicação de fluido de corte que emprega grandes vazões de fluidos.

Qual o aspecto inovador na abordagem adotada por esta tecnologia em comparação com as soluções convencionais?

Podemos destacar a metodologia, desde a preparação do grafeno, incluindo a concentração adequada adicionada ao fluido de corte, juntamente com parâmetros de corte corretamente selecionados, até os ensaios experimentais e monitoramento das características das peças que permitiram reduzir os danos gerados nas peças de Inconel 718.

Como a tecnologia pode impactar o mercado?

Considerando que grande parcela no custo final do processo de usinagem pelo uso de fluidos de corte pode chegar a 18%, os fluidos de corte representam problemas que vão desde a poluição do ambiente, contaminação de rios, até danos à saúde dos operadores. 

Esta patente oferece a possibilidade de empregar pequenas quantidades de fluido de corte pela adição de grafeno em fluido de corte, garantir produção com baixo consumo de fluido e que não seja nocivo à saúde dos operadores e nem ao ambiente, na retificação de peças em Inconel 718 que precisam do processo de retificação para gerar as características de projeto, principalmente em palhetas, pás, eixos. 

Além disso, há menor consumo de energia elétrica, que reduz o consumo de energia com bombeamento de fluido, máquinas mais compactas. Há outros benefícios: Reduz o custo do processo, mantém o ambiente mais limpo e menos agressivo ao meio ambiente e ao operador, há um menor gasto com produtos químicos para tratamento dos fluidos, bactericidas e fungicidas para garantir eficiência dos fluidos.

Qual é o estágio atual de desenvolvimento da tecnologia?

Ele está em fase de validação laboratorial.

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