É bem conhecido que os fluidos de refrigeração prolongam a vida e o desempenho da ferramenta para grandes comprimentos de corte usinados. Na usinagem a seco irá existir mais atrito e adesão entre a ferramenta e a peça, daí ambos estarão submetidos a altos gradientes de temperatura. Isto resultará em um aumento do desgaste da ferramenta e assim a redução do tempo de vida. Altas temperaturas irão afetar a forma e a precisão dimensional da superfície usinada (SREEJITH & NGOI, 2000).
Devido ao fato de nestes últimos anos as empresas se depararem com problemas ambientais relativos ao estoque e descarte de óleos na natureza, órgãos governamentais vêm impondo regras cada vez mais rígidas para a utilização de óleos sintéticos, não sintéticos e biodegradáveis com padrões normativos de qualidade ambiental. Paralelo a este fato, uma crescente conscientização em torno da defesa da natureza vêm promovendo uma forte cobrança das indústrias. Estas se vêem obrigadas a realizar uma industrialização adequada com os recursos naturais consumidos em seus processos de manufatura.
A indústria metal-mecânica, dentro do processo de corte de metais, tem uma vasta utilização de fluidos de corte que resulta em problemas de várias ordens, que vão desde a geração de efeitos nocivos no ambiente de trabalho até a agressão ao meio ambiente. Assim busca-se um processo menos nocivo ao meio ambiente, que gere menos problemas em relação à saúde do operador e que possa ser absorvido e reciclado pela natureza sem causar problemas ambientais. A usinagem a seco e sua compreensão volta a ser assunto de pauta para empresas que querem se enquadrar nas novas legislações ambientais dos atuais cenários aos quais estão inseridas. A Figura 2-14 mostra as possibilidades de mudança de um processo para o torneamento a seco, com a utilização de metal duro revestido com Al2O3 utilizando-se altas velocidades de corte ou altas
taxas de avanço.
Figura 2-14. Possibilidades de mudança de processo para o torneamento a seco (adaptado de MOMPER, 2000).
A usinagem do ferro fundido cinzento foi a primeira a ser realizada a seco entre os diversos materiais conhecidos, mas hoje também já se pode usinar a seco materiais endurecidos como os aços utilizados em moldes e matrizes. Porém a usinagem a seco exige um estudo mais detalhado antes do desenvolvimento de uma aresta e corte (MOMPER, 2000).
A tendência para o desenvolvimento da usinagem com alta velocidade geralmente é realizada em condições a seco, principalmente no fresamento de materiais endurecidos como os utilizados para moldes e matrizes. Um dos motivos para a usinagem a seco deve-se ao fato de que para alguns formatos côncavos de moldes e matrizes fica difícil retirar o fluido da região de corte, diminuindo a visualização do operador da máquina durante o processo e aumentando os custos relativos ao processo de retirada do fluido. Outro motivo é que, segundo Vieira et al. (2001), diversos estudos de fresamento já demonstraram a ineficiência da aplicação de fluidos refrigerantes, do ponto de vista da vida da ferramenta.
Dessa forma, pesquisadores têm empregado as mais diversas técnicas para resfriamento apenas da ferramenta procurando a eliminação dos fluidos refrigerantes preferindo a usinagem a seco. Apesar dos operadores preferirem a utilização do fluido como elemento de transporte do cavaco para fora da região de corte, para o processo de fresamento que é o mais comum na usinagem de moldes e matrizes. O uso de fluido tende a intensificar as variações térmicas que ocorrem no processo durante o corte interrompido, levando ao aparecimento de trincas devido ao choque térmico na aresta da corte (DUNLAP, 1997).
Para se eliminar totalmente os fluidos refrigerantes, as ferramentas para este processo de usinagem devem apresentar coberturas que melhorem seu desempenho, possuindo características que viabilizem ausência do fluido refrigerante, ou possuírem micro estruturas mais resistentes como no caso das ferramentas de diamante, cerâmicas ou cBN. Muitas combinações de coberturas têm sido utilizadas, além de testar diversas ferramentas especiais com o intuito de desenvolver e melhorar o desempenho do processo e das novas ferramentas que vem surgindo na atualidade.
Segundo Momper (2000), no torneamento do aço 20MnCr5 endurecido utilizado para a fabricação de um pinhão com dureza entre 60 e 62 HRc, os custos por aresta da ferramenta de cerâmica mista totalizaram aproximadamente 12% para uma ferramenta de PcBN, a velocidade de corte utilizada para este processo foi de 200 m/min e foi utilizado o acabamento superficial como critério de fim de vida.
Porém, para o caso de ferramentas cerâmicas, segundo Ávila & Abrão (2001), a baixa condutividade térmica e baixa resistência à fratura destas ferramentas provocará uma quebra prematura, devido a choques térmicos quando se utiliza fluido refrigerante na remoção de cavaco. Devido a isto, a escolha da usinagem a seco com ferramentas cerâmicas torna-se a melhor opção. Particularmente, os insertos de alumina pura (Al2O3 +ZrO2) são os mais sensíveis à variação abrupta da temperatura, para minimizar isto
uma adição de 25 a 40% da carbeto de titânio melhora muito a resistência ao choque térmico e a resistência mecânica destas ferramentas.
A utilização de ferramentas de PcBN com compostos de alumina se mostraram superior na usinagem a seco em relação à utilização de fluidos refrigerantes ou com a utilização de mínima quantidade de fluido (DEWES et al., 1997 apud, ABRÃO, 2001). Devido à sua dureza a quente, os Cermets são os mais utilizados para usinagens a seco. Os novos Cermets, isentos de Nitrogênio na sua composição química, apresentam resistência à fadiga maior quando submetidos a esforços cíclicos alternados (temperatura ambiente e temperatura elevada), como acontece no processo de fresamento, o que se reflete também em maior vida útil (MOMPER, 2000).
A razão de se trabalhar a seco ou com mínima quantidade de fluido está ligada à necessidade de proteger o meio ambiente e reduzir custos com a produção. Usinagem a seco reduz consideravelmente os custos de produção, entretanto pode gerar uma série de problemas técnicos, sendo um dos mais importantes, a redução da produtividade.
Quando se fura a seco, por exemplo, deseja-se obter a mesma vida de uma ferramenta utilizada com sistemas de refrigeração, devendo-se, para tanto, trabalhar com parâmetros de corte menores do que com o processo de furação convencional (YUHARA, 2000). Porém, o processo de furação a seco ainda deve ser melhor estudado uma vez que fluidos ainda precisam ser utilizados porque promovem a lubrificação e a expulsão dos cavacos, evitando que os cavacos se soldem na aresta de corte e no furo. Sem a utilização de fluido a rugosidade de um furo pode ser duas vezes maior do que quando se utiliza fluido como elemento lubricante/refrigerante (GRAHAN, 2000).
Dessa forma, métodos alternativos de refrigeração para processos mais exigentes devem ser propostos e pesquisados, coberturas de ferramentas também devem apresentar características superiores para suportarem altas taxas de calor e ao mesmo tempo proporcionarem um efeito lubrificante como tem acontecido atualmente. Desta forma, novas ferramentas e coberturas devem permitir um equilíbrio entre a melhoria
das condições de corte e o meio ambiente sem afetar a produtividade e não gerando altos custos de implantações e modificações do atual chão de fábrica conhecido.