Aplicação da técnica híbrida de MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo para uma produção mais limpa e verde

Abstract

Soluções com maior ecoeficiência têm sido cada vez mais propostas por pesquisadores e pelo setor industrial em todo o mundo nos últimos anos, a fim de tornar os sistemas de fabricação mais verdes e limpos. Essa ação está relacionada ao alerta global sobre a geração de gases de efeito estufa, como o CO2, conforme informado pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change). Uma das questões de maior risco ambiental no processo de usinagem é a aplicação de fluidos de corte, especialmente no processo de retificação em que os fluidos de corte são fundamentais para controlar a alta geração de calor e evitar queimas superficiais da peça e alterações microestruturais. A técnica da mínima quantidade de lubrificação (MQL) foi amplamente relatada na literatura como uma técnica de lubrirrefrigeração potencialmente alternativa à técnica convencional abundante. No entanto, o principal limitante da técnica de MQL na retificação está relacionado à geração do fenômeno de empastamento produzido por cavacos que se alojam na superfície do rebolo devido ao baixo volume de óleo aplicado por essa técnica e consequentemente à sua menor ação lubrirrefrigerante. A fim de propor melhorias à técnica MQL, aumentar sua eficiência, viabilizar e desenvolver uma técnica de lubrirrefrigeração potencialmente mais verde, este trabalho propõe e avalia a aplicação da técnica híbrida de MQL com limpeza da superfície de corte do rebolo (HMQL + WCJ, “Wheel Cleaning Jet”) que combina a aplicação óleo e água na proporção 1:5 no processo de retificação com rebolo de Al2O3 do aço AISI 4340. Esta técnica foi comparada com as técnicas convencional abundante e com a técnica de MQL com óleo puro e limpeza da superfície de corte do rebolo (PMQL + WCJ). Ambas as técnicas de MQL (híbrida e pura) foram testadas as vazões de 30, 60 e 120 mL/h. A técnica PMQL + WCJ produziu os piores resultados independente da vazão. A técnica HMQL + WCJ a 120 mL/h a maior vazão (120 mL/h) apresentou desempenho próximo à técnica convencional em termos de rugosidade superficial, microdureza, comportamento do empastamento na superfície do rebolo, desvio de forma da peça, potência consumida, geração de CO2 durante o processo e emissão acústica e desempenho superior em termos de relação G. Isso indica o potencial ecoeficiente desta técnica para ser amplamente empregada na indústria de manufatura e mitigar o impacto ambiental e a pegada de carbono.

Eco-efficiency solutions have been more and more proposed by researcher and industry round the world in latest years in order to become the manufacturing systems cleaner and greener. This action is related to the global warning about the generation of greenhouse gases (GHGs), like CO2, as reported by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). One of the most hazardous issue related to environmental risk in machining process is the application of metalworking fluids (MWFs), especially in grinding process in which MWFs are pivotal to control high generation of heat and avoid workpiece surface burns and microstructural changes. The minimum quantity lubrication (MQL) was broadly reported in the literature as a potential alternative lubri-cooling technique to the conventional technique (flood - F). However, the main drawback of MQL grinding is related to high generation of clogging phenomenon produced by the chips lodged on the grinding wheel active surface (GWAS) due to the low oil volume and consequently the low lubricating and cooling action. In order to propose improvements on MQL technique, increase its efficiency and viability and develop a potential greener lubri-cooling technique, this work aims to propose and evaluate the application of hybrid HMQL + WCJ technique combined oil and water at 1:5 oil-water in the Al2O3 grinding process of AISI 4340 steel. This technique was compared to flood F and the pure PMQL + WCJ (pure oil) techniques. Both MQL techniques (hybrid and pure) employed at 30, 60 and 120 mL/h. The PMQL + WCJ technique produced the worst results irrespective of the flow rate. The HMQL + WCJ at 120 mL/h (highest flow rate) presented similar performance to the F technique in terms of surface roughness, microhardness, clogging behavior on GWAS, workpiece form deviation, grinding power, generation of CO2 during the process and acoustic emission (AE) and outperformance in terms of G ratio. This indicates the eco-efficient potential to be widely employed in manufacturing industry and mitigate the environmental impact and carbon footprint of hybrid MQL + WCJ technique.