Fluidos de Usinagem (MWF): Superando Problemas de Estabilidade

Os fluidos de usinagem (MWFs) são uma família de líquidos industriais utilizados para reduzir a temperatura e/ou lubrificar peças metálicas durante processos de usinagem. Processos de corte e retificação geram quantidades significativas de calor e atrito, o que pode causar efeitos termomecânicos indesejados, como queima, deformação, fumaça, rugosidade superficial, empenamento térmico, entre outros. Se uma peça sofre queima, pode se tornar inadequada para aplicações posteriores, enquanto gases e fumaça representam riscos respiratórios para os operadores. As desvantagens termomecânicas da usinagem convencional podem se tornar questões logísticas de saúde e segurança se não forem devidamente controladas.

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Formulação de Diferentes Tipos de Fluidos de Usinagem (MWFs)

Os MWFs são formulações complexas que contêm óleos minerais (de petróleo) ou orgânicos e uma variedade de aditivos e estabilizantes, podendo ser emulsificados em até 50% de água. As três principais classes de MWFs são:

Óleos integrais: Também conhecidos como óleos puros, são compostos por óleos de petróleo, animais, marinhos ou vegetais, formulados sem diluição em água.
Óleos solúveis: 30–85% de óleos de petróleo severamente refinados — ou hidrotratados — com emulsificantes e diluição em água.
MWFs semissintéticos: 5–30% de óleos de petróleo em diluição de 30–50% de água.

As composições das diferentes classes de MWFs são nominais, e muitos componentes podem ser adicionados durante a formulação para melhorar a funcionalidade e estabilidade do produto. Estes incluem, mas não se limitam a, agentes antineblina, antiespumantes, biocidas, inibidores de corrosão, dispersantes, estabilizantes, entre outros. Até 20 ingredientes diferentes podem ser necessários para alcançar as propriedades desejadas de uso final do MWF, como lubrificação ideal. Em muitos casos, múltiplos aditivos da mesma categoria podem ser exigidos, o que pode gerar uma série de problemas de compatibilidade entre os fluidos-base e os aditivos, ou entre os próprios aditivos.

Problemas de Estabilidade em Fluidos de Usinagem

Convencionalmente, os MWFs emulsificados são preparados pela mistura de diferentes composições e pela avaliação individual dos efeitos de vários aditivos. Embora esse método seja útil para determinar o impacto de cada ingrediente na funcionalidade e estabilidade, ele é demorado e caro. Além disso, não oferece uma visão quantitativa real das interações multifatoriais entre ingredientes ou fases distintas do MWF durante o armazenamento ou uso. Problemas de instabilidade química e física em MWFs podem reduzir o desempenho e prejudicar a qualidade do produto, sendo que uma série de fenômenos desestabilizadores pode afetá-los: blooming, coalescência de gotículas de óleo, quebra de emulsão, formação de espuma, separação de fases, entre outros. Embora a composição da emulsão e a afinidade dos componentes sejam fatores fundamentais para a desestabilização, a força externa também desempenha um papel crucial na quebra coloidal. A força do bombeamento pode acelerar os mecanismos de instabilidade, fazendo com que os produtos se desestabilizem rapidamente nas condições reais de uso. Essa propriedade está diretamente relacionada à eficiência dos MWFs. Normalmente, os fluidos de usinagem são testados quanto à instabilidade química ou física deixando uma amostra em bancada por um período prolongado (dias, semanas, meses) e examinando-a quanto a alterações físico-químicas. Testar a instabilidade em condições reais de uso é mais desafiador. Centrifugação e agitação geral já foram utilizadas para prever instabilidade mecânica, como nas condições de bombeamento. Métodos alternativos de teste de instabilidade foram desenvolvidos para avaliar a estabilidade em repouso e atender às demandas do desenvolvimento e controle de qualidade dos MWFs.

Superando a Instabilidade de Fluidos de Usinagem

As tecnologias atuais usadas para testes de qualidade de MWF (fluidos metalúrgicos) (NMR - Ressonância Magnética Nuclear) dependem da medição da distribuição do tamanho das gotas, mas podem ser caras, não fornecem informações diretas sobre envelhecimento e podem ser limitadas pela faixa de tamanho das gotas. Alcançar uma medida verdadeira de estabilidade requer uma solução analítica que ofereça uma medida direta dos fenômenos ocorridos e não dependa de agitação mecânica.

A tecnologia Turbiscan é um grande avanço na medição direta da estabilidade e nos permite abandonar métodos de teste como titulação de sal ou condutividade iônica. É o analisador de estabilidade de referência, confiável em todo o mundo para determinar a estabilidade de emulsões e dispersões no estágio mais precoce possível, com uma ampla faixa de tamanhos de gotas disponível. Esta tecnologia baseada em SMLS monitora todos os fenômenos de instabilidade ao longo do tempo, fornecendo tamanho médio de gotículas e classificações de estabilidade globais com um método direto de medição, e já foi comprovada como uma solução útil para testes de estabilidade e análise de eficiência de fluidos metalúrgicos.

Analisadores Turbiscan para testes de MWF (fluidos metalúrgicos)

A Microtrac fornece uma linha abrangente de analisadores TURBISCAN para análise de estabilidade de dispersões concentradas, incluindo emulsões óleo-água para MWFs. Esses analisadores ajudam na otimização de novas formulações de produtos e na avaliação dos efeitos dos aditivos na estabilidade física da emulsão, fornecendo assim aos formuladores uma ferramenta de P&D econômica para melhoria do desempenho de fluidos metalúrgicos produtivos e sensíveis. O resultado: produtos mais seguros e eficientes que melhoram a eficiência da metalurgia, a segurança dos trabalhadores e a sustentabilidade.

Se precisar de mais informações sobre a realização de testes de estabilidade de MWF com produtos Turbiscan, basta entrar em contato com um membro da equipe hoje mesmo.

Para a linha de produtos "Múltiplo Espalhamento Estático de Luz (SMLS)"

Referências

Design of Experiment Reduces Development Time for High-Performing Metal-Cutting Fluids

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