O futuro dos fluidos metalúrgicos, lubrificantes de máquinas e refrigerantes

O que o futuro trará para refrigerantes, lubrificantes e fluidos metalúrgicos? Conversamos com veteranos do setor para entender melhor a evolução do cenário de refrigeração de hoje e as inovações de amanhã.

O que há de novo e próximo para fluidos de usinagem? Depende de algumas condições essenciais:Que material está sendo cortado? Quais são as regulamentações e necessidades localizadas que regem os MWFs no momento em que estão sendo usados? E quais inovações em ferramentas e na fabricação em geral se enraizarão e poderão mudar a própria natureza do resfriamento?

Do ponto de vista do mercado, espera-se que o mercado de fluidos para usinagem de metais cresça globalmente para US$ 15 bilhões até 2025, de acordo com a Global Market Insights, uma empresa de pesquisa e consultoria. Em 2016, a Markets and Markets Research estimou que o mercado de MWF seria de US$ 9,74 bilhões até 2020 com uma taxa de crescimento anual composta de 3,2%.

Para muitos metais sendo cortados, como aço e ferro, a lubricidade - com água ou óleo (ou ambos) - é importante para a remoção de fragmentos de cavacos, e os aditivos ajudam a evitar que os metais se deformem e evitam ferrugem - e esses fluidos ajudam a resfriar as temperaturas da superfície e manter a vida útil da ferramenta. No entanto, as preocupações de saúde e segurança surgem sempre que os MWFs estão em jogo, de modo que os fabricantes de fluidos estão constantemente ajustando e reajustando suas formulações e composições químicas para ajudar a maximizar o desempenho e minimizar o desperdício. Os clientes querem ser capazes de reciclar refrigerantes para reduzir custos - e também querem que o refrigerante já usado permaneça no reservatório o maior tempo possível sem causar problemas de saúde.

Não é uma tarefa fácil. O maior problema de saúde geral é a irritação da pele – algo que todos os fabricantes trabalham para ajudar a evitar, mas os sistemas certos, como coletores de névoa e equipamentos de proteção, como luvas, proteção para os olhos e máscaras faciais, também precisam ser usados. encontrar os fabricantes de fluidos.

A inovação está acontecendo ao equilibrar as necessidades de desempenho da fabricação de peças com os resultados saudáveis ​​desejados. Está se tornando mais fácil atender a essas necessidades, mas tem sido um longo caminho para chegar lá. Há o movimento em direção à lubrificação de quantidade mínima - que é exatamente o que parece:use a menor quantidade de lubricidade com a menor quantidade de produtos químicos, aditivos e emulsificantes. A preocupação e a preocupação com outros problemas de saúde baseados em produtos químicos fizeram com que muitos reguladores e regiões inteiras proibissem completamente o uso de certos produtos químicos.

No horizonte, há murmúrios distantes de fluidos que talvez se tornem obsoletos. Ainda há um longo caminho a percorrer até que isso aconteça, mas basta que as empresas entrevistadas estejam cientes da possibilidade – assim como os analistas de pesquisa que observam o mercado.

Os perigos associados aos MWFs são tão perigosos quanto alguns reguladores acreditam que podem ser? Os fabricantes de fluidos entrevistados simpatizam muito com as preocupações de saúde e segurança, mas concordam que exageram ao abordá-las.

Fluidos metalúrgicos, refrigerantes e lubrificantes de máquinas:onde estávamos, onde estamos agora

Como a tecnologia ajudou a acelerar a usinagem e a pressão para fazer as peças mais rapidamente se estabeleceu, houve um momento eureka, diz Bruce Koehler, gerente de produto sênior da Cimcool Fluid Technology da Milacron:Descobriu-se que a água reduz o calor mais do que o óleo puro. E óleo puro queima e água não.

“Passamos de apenas usar óleo para usar água e óleo ou usar apenas água por si só”, diz Koehler. Hoje, há menos MWFs sendo usados ​​do que costumava haver. “A lista de produtos químicos a serem usados ​​em fluidos metalúrgicos está ficando cada vez menor com base em questões de segurança e saúde. ”

Muitos fabricantes deixaram de ter sistemas de reservatório de 10.000 galões que serviriam 50 máquinas para usar reservatórios de 50 galões por máquina dentro de uma célula de cinco máquinas. Além disso, as formulações e os compostos químicos estão sempre mudando com base em questões como disponibilidade de matéria-prima e necessidades localizadas dos clientes.

“Há muita reformulação química acontecendo e sendo capaz de ajustar em tempo real devido a regulamentos e necessidades locais”, diz Koehler. “Do ponto de vista da formulação, às vezes sua química é um subproduto de um processo.”

Trinta anos atrás, os fluidos sintéticos tinham uma má fama pelos resíduos agressivos que costumavam deixar para trás – e os resíduos eram extremamente pegajosos e danificavam a pintura e outras peças da máquina. Não tanto mais, afirmam os especialistas.

“Percorremos um longo caminho, nos últimos 13 anos que estive aqui, desenvolvendo muitos fluidos semissintéticos para melhorar a bioestabilidade, a estabilidade da emulsão e melhorar a vida útil e o desempenho do cárter”, diz Brian Halstead, engenheiro de aplicação da Castrol Industrial. “Para nós, nosso objetivo é reduzir o uso, reduzir o desperdício e melhorar a saúde e a segurança.”

Todas as tecnologias auxiliares usadas com refrigerantes - como sistemas de refrigeração de média e alta pressão, reservatórios, skimmers e sistemas de filtragem - influenciaram o uso e a manutenção dos MWFs.

“Quando comecei (36 anos atrás), a pressão normal saindo de um fuso onde o fluido sai de um tanque e vai para a zona de trabalho era no máximo, 300 psi”, diz Koehler. “Agora estamos falando de pressões em que o material está sendo trabalhado até 1.200 psi:isso é quatro vezes a pressão.”

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À medida que cada vez menos aditivos químicos estão sendo usados, isso significa que a qualidade da água e a composição se tornaram outro fator-chave no desempenho do refrigerante e sua química. “Indiana é conhecida por sua água dura, enquanto a água de Kentucky é macia, por exemplo”, diz Koehler. Portanto, você está sempre lidando com uma variedade de condições que alteram o que está acontecendo em uma máquina e os elementos que podem ser introduzidos pela água específica disponível para a localidade de um fabricante. As formulações têm que mudar de acordo com o abastecimento de água.

Mas aditivos, emulsificantes e qualidades lubrificantes no refrigerante ainda são necessários. No mundo da usinagem de peças automotivas, aeroespaciais e médicas, a tendência é usar materiais mais fortes e mais leves. Ligas e cromos de alta temperatura estão funcionando mais rápido e aumentando o calor na operação de usinagem - e a melhor maneira de remover o calor da operação é com fluidos sintéticos que ajudam na lubricidade para que os cortes sejam mais fáceis - especialmente com materiais mais duros.

Na indústria aeroespacial, em particular, os produtos contendo óleo ainda são usados, mas estão sendo diluídos em 90 a 95% de água. A indústria está mudando do alumínio da série 6000 para o titânio – que tende a funcionar melhor com fluidos sintéticos, diz Koehler.

“O que eu amo nos sintéticos é sua vida útil – eles não cultivam bactérias muito bem”, diz Koehler. “Eles duram muito tempo do ponto de vista biológico. Não espumam. E eles ficam claros, para que o operador da máquina possa fechar a porta da máquina, olhar para dentro e observar o corte sem interrupções visuais.”

Para onde estão indo os fluidos metalúrgicos?

Um elemento importante na direção e no futuro dos sistemas de refrigeração e refrigeração reside no material e em sua aplicação. Grande parte do material que será usado no futuro não é necessariamente conhecido pelos fabricantes de fluidos – tanto quanto é conhecido pelos fabricantes. Mas isso não impede os fabricantes de tentar inovar em direção a uma linha de produtos sem desperdício.

“Temos uma área que chamamos de ‘química congruente’ que, para fluidos à base de água, atende a um propósito duplo, que também é um limpador que lava as peças e ajuda na manutenção do cárter, tornando todos os elementos do refrigerante compatíveis”, diz Halstead.

O chutador? Não há necessidade de desnatar o óleo; o desperdício é só quando você vai trocar o sistema. A Castrol Industrial afirma que está vendo cerca de 40% de redução no uso de produtos com algumas linhas de produtos de tecnologias de fluidos mais antigas.

Koehler diz que uma área em que a Milacron Cimcool está de olho é a nanotecnologia, onde nanopartículas microscópicas sólidas podem ser usadas para lubrificar em vez de fluido à base de água como é hoje. Embora haja potencial de promessa aqui, ainda não há pesquisas suficientes sobre como isso pode afetar os pulmões de um operador - por isso ainda é uma abordagem de esperar para ver, admite Koehler.

“Também estamos tentando melhorar as propriedades de umectação em refrigerantes à base de água, para que melhorem as peças nas máquinas, deixando menos resíduos para trás e melhorando a vida útil no reservatório”, diz Halstead. “Também estamos melhorando a estabilidade da concentração, portanto, se você estiver usando menos, precisará da concentração para manter e estabilizar, e não esgotar e não precisar de mais para compensar a diferença.”

Mas, em última análise, o principal fabricante de fluidos está tentando simplesmente fazer uma coisa:criar estabilidade global do produto que possa ser usado em todo o mundo e depois localizado para as necessidades dos clientes. O desafio, então, é levar o conhecimento adquirido ao testar e otimizar os refrigerantes para trabalhar com as leis locais e regionais e as condições de qualidade da água para ajudar a personalizar essas necessidades.

Para ficar a par das inevitáveis ​​mudanças de material, os principais players de fluidos trabalham com seus parceiros clientes em suas fábricas e também realizam testes em seus laboratórios nos centros de usinagem atuais, o mais próximo possível das condições do mundo real. Alguns trabalham diretamente com seus clientes e prospects em materiais com patente pendente - para testar novas fórmulas de refrigerante ou trabalhar com novos materiais metálicos e experimentar o que funciona.

A Castrol Industrial, por exemplo, trabalha com a General Electric em Greenville, Carolina do Sul, onde a fabricante de fluidos está exposta ao desenvolvimento de materiais aeroespaciais pendentes de patente. A Castrol também trabalha com a Ford Motor Company – e outras montadoras, como GM e Toyota, em várias aplicações de fluidos.

Remoção de cloro e DCHA

Cloro, DCHA (ou diciclohexilamina) e boro estão sendo removidos dos refrigerantes pelos fabricantes de fluidos. O cloro é frequentemente usado para matar bactérias, mas pode ser perigoso para os pulmões e a pele. O DCHA, que é uma “amina secundária”, é usado como estabilizador de pH, mas como estudos mais recentes descobriram, a exposição perigosa a ele pode ocorrer através da pele. Assim, muitas aminas secundárias estão sendo eliminadas das fórmulas de refrigerantes, dizem os fabricantes de fluidos. Ao usar apenas a amina primária, você tem menos produtos químicos no produto, portanto, há menos chance de causar irritações na pele e outros problemas de saúde.

A mudança para refrigerantes sem boro

Por quê? Porque o boro em certos níveis pode acumular resíduos e ser prejudicial às ferramentas ao aderir a peças, fusos, transportadores e ferramentas de corte, o que pode diminuir o desempenho da vida útil da ferramenta, diz Halstead. A Castrol Industrial descobriu isso através de testes em máquinas CNC em laboratórios com ferramentas de corte de metal e revestimentos. Como um produto químico anticorrosivo, o boro ajuda, mas em níveis mais altos de concentração, pode ser perigoso, o que está em primeiro lugar na agenda da empresa.

Há coisas boas e ruins nas propriedades do boro, diz Halstead. “O boro tem o tampão de pH e um efeito estabilizador, e a proteção contra ferrugem, ou ‘RP’, que muitas vezes é vista positivamente.” Mas mesmo em níveis baixos, onde o desperdício de refrigerante permanece no reservatório por mais tempo, ele se concentrará com o tempo, então algumas empresas querem eliminá-lo completamente.

O papel da usinagem a seco e da fabricação aditiva

Com o surgimento de técnicas de usinagem a seco e processos de manufatura aditiva que não precisam usar refrigeração, o negócio de MWF está enfrentando uma concorrência potencial de longo prazo, inclusive de fabricantes de ferramentas. Além disso, as preocupações ambientais e de saúde têm muitos reguladores forçando os fabricantes a usar a quantidade mínima de lubrificação, também conhecida como MQL.

“As crescentes preocupações com o impacto ambiental dos lubrificantes, juntamente com o sucesso na usinagem a seco em temperaturas de até 1.800 graus Fahrenheit, estão impulsionando essa tendência”, escreve Aaron Stone para Fuels &Lubes Internacional . “O surgimento de ferramentas avançadas de cerâmica e diamante, e ferramentas de nitreto cúbico de boro, permitiram a usinagem de alta temperatura com lubrificação limitada ou zero, sem gerar desgaste excessivo.”

Independentemente da direção final da indústria, os fabricantes de fluidos concordam em uma coisa:as concentrações dos fluidos devem ser usadas em 5 a 10 por cento.

“Será o mesmo quando me aposentar como era quando comecei”, diz Koehler. “Todo mundo sempre acha que mais é melhor ou quer economizar dinheiro e usar menos… Se você correr a 3%, terá preocupações biológicas, crescimento de mofo e corrosão, e se usar muito rico, estamos falando de irritação da pele ou espuma. É a única coisa consistente neste negócio.”

Seu conselho? Mantenha-o limpo e mantenha a concentração onde precisa estar e você terá uma operação bem-sucedida de fluido de usinagem.

Que fluidos metalúrgicos você usa? Para onde você vê o futuro desses produtos? Compartilhe seus pensamentos.