Retificação cilíndrica do aço ABNT 4340 utilizando a técnica de MQL, sistema de limpeza e rebolo de CBN

Abstract

A técnica de mínima quantidade de lubrificação (MQL) é uma das alternativas mais promissoras para substituição da aplicação convencional de fluidos de corte em processos de usinagem, mitigando riscos à saúde dos trabalhadores e ao meio ambiente e reduzindo custos com armazenamento, manutenção e descarte de fluidos de corte. No entanto, seu uso em processos de retificação ainda é um desafio, pois alguns problemas, como o aumento da temperatura na interface de corte e o aumento do fenômeno de empastamento do rebolo, podem afetar a qualidade das peças e reduzir a vida da ferramenta, tornando sua aplicação industrial inviável. Visando minimizar estas questões, este trabalho investigou um sistema de limpeza do rebolo associado à técnica de MQL em três vazões (40, 80 e 160 ml/h) na retificação cilíndrica externa de mergulho do aço ABNT 4340, temperado e revenido, com rebolo de CBN, comparando os resultados com os métodos convencional e MQL tradicional. Os parâmetros de saída analisados foram rugosidade, desvios de circularidade e microdureza da peça, desgaste diametral do rebolo, emissão acústica e potência elétrica consumida. As superfícies retificadas foram avaliadas por microscopias óptica, eletrônica de varredura e confocal e a superfície de corte do rebolo foi analisada após cada ensaio através de microscopia óptica. A técnica de MQL associada ao sistema de limpeza apresentou performance superior ao MQL tradicional e sua eficiência foi aprimorada com o aumento da vazão de fluido. Não foram observados danos térmicos, microtrincas ou alterações microestruturais nas peças, independentemente do método de lubrirrefrigeração aplicado. Portanto, pode-se concluir que o uso do sistema de limpeza melhorou o desempenho da técnica de MQL nas condições investigadas, contribuindo para o desenvolvimento de um processo de retificação mais sustentável.

The minimum quantity lubrication (MQL) is an environmentally friendly technique of cutting fluids application, promoting a substantial reduction of fluid consumption in machining processes, thus mitigating health risks to workers and lowering costs with cutting fluids storage, maintenance and disposal. However, its use in grinding processes is still a challenge, as some problems such as increased temperatures in the cutting interface and rise of the grinding wheel clogging can affect the quality of the workpieces and reduce the tool life, making its industrial application unviable in these cases. To improve the MQL application, this study combines the MQL technique with a wheel cleaning jet (WCJ), to minimize clogging occurrence and consequently enhance the quality of the workpiece and increase the wheel life. In this context, the performance of the MQL technique with a wheel cleaning jet (MQL+WCJ) was assessed at three different flow rates (40, 80, and 160 ml/h) in external cylindrical plunge grinding of AISI 4340 steel, quenched and tempered, using a cubic boron nitride (CBN) grinding wheel. For comparison of the results, experiments were also performed with the traditional MQL technique (without wheel cleaning jet) and with the conventional method (flood application). The output parameters assessed were workpiece surface roughness, roundness deviation, and microhardness, diametrical wheel wear, acoustic emission, and grinding power. The machined surfaces were evaluated through optical, scanning electron, and confocal microscopies and the grinding wheel cutting surface was analyzed through optical microscopy. The MQL+WCJ technique outperformed the traditional MQL, and its efficiency was improved with the increase of the fluid flow rate. No thermal damages, microcracks or microstructural alterations were observed on the workpieces, irrespective of the cooling-lubrication method applied. Therefore, it could be concluded that the use of the wheel cleaning jet improved the performance of the MQL technique under the investigated conditions, contributing to the development of a more environmentally friendly grinding process.