Fluido de corte para usinagem industrial: tipos e como escolher

Quem usina metal (dá forma a ele arrancando lascas com uma ferramenta, como no torno e na furadeira) joga fluido de corte onde a ferramenta encosta na peça, para lubrificar e esfriar. Existem quatro tipos: o integral, que é óleo puro, e três misturados com água (solúvel, semissintético e sintético). Corte lento e forçado pede mais óleo; corte rápido pede mais água; e o metal da peça decide os ingredientes.

O que acontece onde a ferramenta corta o metal?

A ferramenta arranca uma lasca do metal, e isso gera atrito e calor num ponto muito pequeno, onde o fluido trabalha.

Duas cenas do dia a dia mostram o que está em jogo. O sabão ajuda o anel apertado a sair do dedo, porque reduz o atrito. A água que o marmorista joga no disco de corte leva o calor embora.

Na usinagem acontece o mesmo, com metal. O fio da ferramenta, que se chama aresta, entra no metal e arranca uma lasca, que se chama cavaco. O calor nasce sobretudo em dois lugares: onde o metal é deformado e onde o cavaco esfrega na ferramenta. Um pouco nasce também onde a ferramenta raspa a peça já cortada.

Nesse ponto, o fluido de corte faz quatro coisas:

• Lubrifica: faz o cavaco escorregar na ferramenta, com menos atrito.

• Refrigera: leva embora o calor da ferramenta, do cavaco e da peça.

• Limpa: arrasta o cavaco para fora do ponto de corte.

• Protege: cobre a peça e a máquina contra a ferrugem.

Sem ele, na maioria dos cortes, a ferramenta se gasta antes da hora e a peça sai fora de medida.

Figura 1. As quatro tarefas do fluido de corte: lubrificar, refrigerar, limpar e proteger.

Óleo e água, porém, não fazem essas quatro coisas do mesmo jeito.

Quais são os tipos de fluido de corte na usinagem?

São quatro, e o que os separa é quanto óleo e quanta água cada um leva. O óleo escorrega melhor; a água leva mais calor.

Dois nomes aparecem nessa conversa. Óleo mineral é o óleo que vem do petróleo refinado. Éster é um óleo da mesma família química das gorduras, feito pela reação entre um álcool e um ácido tirado delas.

• Integral: óleo usado puro, do jeito que sai do tambor. Puro quer dizer sem água: em geral ele leva aditivos, produtos químicos que reforçam o que o óleo faz. A base pode ser óleo mineral, óleo vegetal ou éster.

• Solúvel: óleo espalhado na água em gotas, que deixam a mistura branca como leite; o nome técnico disso é emulsão. É o conhecido óleo solúvel de muitos tornos.

• Semissintético: leva menos óleo, em gotas bem menores, e a mistura fica quase transparente ou levemente leitosa.

• Sintético: sem óleo mineral. A lubrificação vem de ingredientes sintéticos que se dissolvem na água como o açúcar se dissolve, e a mistura em geral fica transparente.

Os três com água chegam à fábrica como concentrado, um líquido que se mistura à água na própria máquina. A mistura fica num tanque, o reservatório de onde o fluido vai ao corte e para onde volta.

Do integral ao sintético, a lubrificação cai, e a refrigeração, a limpeza e a visão da peça através do fluido sobem. Nenhum tipo é melhor em absoluto.

Figura 2. Do integral ao sintético: menos óleo, menos lubrificação e mais refrigeração.

Para quem precisa da norma: a ISO 6743-7 divide os fluidos de usinagem em MH, usados puros, e MA, misturados com água. Dentro do MA, separa emulsão, microemulsão e solução, que correspondem, na linguagem do mercado, ao solúvel, ao semissintético e ao sintético.

Se um lubrifica mais e o outro esfria mais, qual pesa no seu caso? Quem responde é a operação, o tipo de corte que a máquina faz.

Os nomes mais comuns são estes:

• Torneamento: a peça gira e a ferramenta a corta.

• Fresamento: a ferramenta gira e corta a peça, que avança contra ela.

• Furação e abertura de rosca: fazer o furo e cortar nele a espiral da rosca.

• Serramento: corte com serra.

• Brochamento: uma ferramenta comprida, com muitos dentes em degrau, passa uma vez pela peça e dá forma a um furo ou a um rasgo.

Por que a operação decide entre óleo e água?

Porque a velocidade do corte decide qual das duas tarefas pesa mais: no corte lento, lubrificar; no corte rápido, esfriar.

Corte lento e forçado. Na rosca e no brochamento, o cavaco sai devagar. Nesse ritmo, o fluido tem tempo de entrar pela borda do contato entre o cavaco e a ferramenta e lubrificar.

A pressão ali é alta, e o metal da peça tende a grudar no fio. Esse metal grudado, quase soldado, se chama aresta postiça e estraga o acabamento. Dois aditivos combatem isso, em momentos diferentes:

• Com pouca pressão, age o aditivo de oleosidade: uma gordura ou um éster que gruda no metal e forma uma película escorregadia.

• Quando a pressão rompe essa película, entra o aditivo de extrema pressão (EP), em geral à base de enxofre, às vezes de cloro ou de fósforo. Ele reage com o metal quente e forma uma camada fina e macia, que desliza sob a pressão e é refeita a cada passada do cavaco; assim o cavaco não solda na ferramenta.

Corte rápido. Aqui o cavaco passa depressa demais, e o fluido não chega ao contato. Ele trabalha por fora, tirando calor da ferramenta, do cavaco e da peça. Nesse trabalho a água ganha: guarda cerca do dobro de calor por quilo e o conduz cerca de quatro a cinco vezes melhor que o óleo.

Quando o calor não sai, a cadeia é esta:

1. O fio da ferramenta esquenta e perde a dureza, o que leva a desgaste rápido.

2. A peça esquenta e dilata, o que leva a peça a sair da medida permitida (a tolerância) depois que esfria.

3. As duas coisas juntas levam a refugo e a trocas de ferramenta antes da hora.

Figura 3. O ponto de corte em dois ritmos: no corte lento, o fluido entra pela borda do contato entre o cavaco e a ferramenta e lubrifica; no corte rápido, não tem tempo de entrar e age por fora, tirando o calor.

A regra de que corte rápido pede água tem uma exceção: a retífica, que trabalha com abrasivo e costuma usar óleo puro e fino, por causa do acabamento da peça.

Fino quer dizer de baixa viscosidade, que é o quanto o óleo resiste a escorrer: o mel é grosso, a água é fina.

A retífica de rosca e de engrenagem é corte rápido e, mesmo assim, pede óleo. O brunimento, que também usa abrasivo, trabalha devagar e segue a regra do corte lento: pede óleo. Cada um tem a sua razão:

• Retífica de rosca e de engrenagem. Retífica é o acabamento feito com rebolo, um disco abrasivo que funciona como uma lixa redonda. O óleo gasta menos o rebolo, que guarda por mais tempo o perfil que dá a forma da rosca ou do dente.

• Brunimento. É o acabamento fino de furo com pedras abrasivas. O óleo fino lava o abrasivo e evita que a pedra espelhe, isto é, fique lisa e pare de cortar.

Óleo puro em alta velocidade forma névoa, uma nuvem de gotas finas no ar. Por isso a máquina precisa de exaustão e de proteção contra incêndio.

Como isso aparece na sua fábrica:

• Rosca rasgada, rebarba (sobra de metal na borda da peça) e metal grudado na ferramenta indicam falta de lubrificar.

• Peça quente que muda de medida ao esfriar, fio que perde o corte cedo e mancha de queima indicam falta de refrigerar.

• Fumaça e névoa no integral indicam óleo fino demais para a velocidade, vazão baixa ou falta de exaustão.

Para quem precisa do número: o calor específico da água é cerca de 4,2 kJ/(kg·K), e o do óleo mineral, cerca de 2 kJ/(kg·K); por litro, a água guarda mais que o dobro. A condutividade térmica é cerca de 0,6 contra 0,13 W/(m·K) (Incropera, Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa). Mecanismo do corte: Trent e Wright, Metal Cutting.

Qual o melhor fluido de corte para cada operação?

O melhor é o que atende a operação mais exigente da máquina. Com o que já se viu, a escolha cabe em cinco linhas:

Quando a mesma máquina faz trabalhos diferentes com o mesmo tanque, vale a operação mais exigente. O metal também entra na conta: basta uma peça de latão na rotina para mudar a química do fluido.

Figura 4. A escolha em quatro passos: a operação, o metal, as regras de segurança e o ensaio.

A Kelpen Oil formula a linha completa de fluidos para usinagem de metais: integral, solúvel, semissintético e sintético. Fale com a Equipe Técnica: ela ajuda a pesar as operações da sua máquina e a indicar o fluido.

Qual fluido de corte usar em cada metal?

A operação escolhe o tipo de fluido, e o metal escolhe a química dele. São sete casos:

1. Aço. Aceita quase todos os tipos; quem decide é a operação.

2. Ferro fundido. O ferro fundido cinzento, o mais comum, é muito usinado a seco, porque a grafita, o carbono em lâminas que existe dentro do próprio metal, ajuda a lubrificar.

   Quando se usa fluido com água, o pó fino enferruja e vira lama. Por isso o fluido precisa proteger bem contra a ferrugem, e o tanque, de boa filtragem.

3. Cobre, latão e bronze, o metal amarelo. No integral, o risco é o enxofre do aditivo EP. O enxofre ativo, preso de leve na molécula, se solta com o calor e reage com o cobre: mancha e ataca o metal, como o ovo que escurece o talher de prata. O enxofre inativo, preso com força, reage pouco.

   No fluido com água, o risco vem das aminas, ingredientes que protegem contra a ferrugem e deixam a mistura alcalina, o contrário de ácida (o sabão é alcalino).

   O pH mede isso: 7 é neutro, e acima de 7 é alcalino. As aminas mantêm o pH alto, e essa combinação dissolve o cobre e deixa a mistura esverdeada ou azulada. Por isso o fluido para metal amarelo leva um protetor próprio para cobre e latão.

Figura 5. O enxofre ativo escurece o cobre; o inativo quase não reage.

1. Alumínio. É um metal macio, que gruda na ferramenta. Pede fluido com água de boa lubrificação, em geral solúvel, que não seja alcalino demais, porque a mistura muito alcalina mancha o alumínio.

2. Metal duro. É o material das ferramentas de corte, como as pastilhas (placas trocáveis presas ao porta-ferramenta) e as brocas, feito de grãos duros de carboneto de tungstênio colados por cobalto. Aparece como ferramenta e também como peça, quando a ferramenta é afiada. Um fluido com água inadequado dissolve o cobalto, o que se chama lixiviação: a ferramenta enfraquece e o cobalto contamina o fluido.

   O problema é maior na afiação, onde o pó é fino. Ali o integral é muito usado, e quem usa fluido com água pede uma versão com proteção contra a lixiviação. O cobalto que passa para o fluido também pode causar alergia de pele.

3. Inox. Endurece enquanto é cortado, conduz mal o calor (que fica concentrado no fio) e gruda na ferramenta. Nas operações lentas e pesadas, como rosca, brochamento e furação profunda, pede EP forte. No torneamento com ferramenta de metal duro, o solúvel ou o semissintético costuma resolver.

4. Magnésio, titânio e ligas de níquel. Em fluido com água, o magnésio reage e solta hidrogênio, um gás que oferece risco se ficar acumulado, e o cavaco fino molhado fica perigoso de guardar. Por isso ele costuma ser usinado com óleo mineral fino ou a seco.

   A emulsão só entra com cuidados próprios (controle do hidrogênio e do cavaco molhado) e, bem controlada, pode dar boa proteção contra incêndio, melhor que a do corte a seco.

   Titânio e ligas de níquel, comuns na aeronáutica, costumam ter restrição de cloro no fluido; as ligas de níquel, também de enxofre. O motivo é o resíduo desses elementos que fica na peça: ele pode trincar ou fragilizar o metal quando ela trabalha quente ou passa por tratamento térmico. Quem impõe a restrição é a especificação do cliente. Para o próprio tratamento térmico, veja têmpera em óleo ou água.

Para quem precisa da norma: o ataque ao cobre se mede pelo ensaio de corrosão em lâmina de cobre, NBR 14359 (equivalente à ASTM D130), em geral 3 horas a 100 °C para óleo, ou no tempo e na temperatura que a especificação do produto pedir.

A escala vai da classe 1 (mancha leve, dividida em 1a e 1b) à classe 4 (corrosão); quanto mais perto de 1a, menor o ataque, o que importa sobretudo para o metal amarelo. Feito para produto de petróleo, o ensaio serve bem ao integral; no fluido com água, vale para o concentrado, como indicação.

No magnésio, as referências são as orientações da DGUV (seguro alemão de acidentes do trabalho) e o artigo SAE 910415, que mostra o uso de emulsão com controle do hidrogênio.

Fora o desempenho, há regras que tiram um fluido da lista antes do primeiro corte.

Quais exigências de segurança e de química mudam a escolha?

Três exigências vêm antes do desempenho e podem eliminar um tipo de fluido: o risco de fogo na armazenagem, a insalubridade e as substâncias que o cliente proibiu.

1. Fogo e armazenagem (NR 20). O álcool pega fogo com um fósforo; o óleo de cozinha frio, não. A diferença está no ponto de fulgor, a menor temperatura em que o vapor do líquido acende por um instante quando se aproxima uma chama. Quanto mais fino o óleo, mais baixo costuma ser o ponto de fulgor.

A NR 20, norma de inflamáveis e combustíveis, separa os líquidos por esse número: inflamável, com ponto de fulgor até 60 °C, e combustível, acima de 60 °C e até 93 °C. Cada classe tem regras próprias de armazenagem contra incêndio.

O integral fino pode cair na classe de combustível; o concentrado de fluido com água em geral fica fora das duas. A ficha de segurança de cada fluido traz o ponto de fulgor.

Figura 6. As classes da NR 20 pelo ponto de fulgor do líquido.

2. Insalubridade (NR 15). O Anexo 13 da NR 15 trata a manipulação de óleos minerais como insalubridade de grau máximo. Para quem compra, isso pode significar adicional de insalubridade ao operador, se o laudo do posto enquadrar o fluido.

O integral mineral, o solúvel e o semissintético em geral levam óleo mineral; o sintético e os de base vegetal ou éster ficam fora desse item.

3. Substâncias que o cliente proibiu. Quatro aparecem com frequência:

• Boro: o ácido bórico e os boratos são classificados como tóxicos para a reprodução (CLP, regulamento europeu).

• Cloro: as parafinas cloradas, usadas como EP, duram muito no ambiente e se acumulam nos seres vivos; por isso são restritas.

• Nitrito: com as aminas do fluido, forma nitrosaminas, que causam câncer.

• Triazina: biocida (produto que mata bactéria) que libera formaldeído, substância que causa câncer.

A lista vem do cliente, como a montadora ou a aeronáutica, ou da segurança do trabalho da própria empresa, o SESMT.

Na Kelpen Oil, a linha Keen Cut tem integrais isentos de cloro e de metais pesados, compatíveis com cobre e suas ligas; a linha Keen Sol tem opções isentas de boro, de nitrito e de triazina. Fale com a Equipe Técnica para achar a versão que cabe na lista do seu cliente.

Para quem precisa do número: no CLP (Regulamento CE 1272/2008), o ácido bórico e os boratos são tóxicos para a reprodução e o formaldeído é cancerígeno, os dois na categoria 1B.

As parafinas cloradas de cadeia curta entraram na lista de eliminação da Convenção de Estocolmo em 2017, e as de cadeia média em 2025, as duas com exceções temporárias. Na Alemanha, a regra técnica TRGS 611 restringe o uso de nitrito em fluidos misturados com água, porque ele pode formar nitrosaminas.

Com tantas regras e tanto cuidado, muita gente pergunta se dá para dispensar o fluido.

O que substitui o fluido de corte?

Em usinagem industrial, nada entrega o mesmo resultado geral. Há duas saídas legítimas para operações e metais específicos, com ferramenta e regulagem próprias: a usinagem a seco, como a do ferro fundido, e a MQL (mínima quantidade de lubrificante), um pouco de óleo soprado em névoa direto no fio.

A receita caseira (querosene, óleo de motor, óleo de cozinha, mistura improvisada) troca um insumo controlado por ferrugem, névoa e risco à pele. O óleo vegetal de cozinha, sem os aditivos de um fluido formulado, ainda reage com o oxigênio do ar, fica rançoso e gruda.

Quem pergunta isso quase sempre quer outra coisa: gastar menos. A resposta é controle.

Como fazer o fluido com água durar mais?

No tanque do fluido com água, cinco coisas pedem acompanhamento:

• Concentração: quanto concentrado vai na água.

• pH: se caiu, a mistura perde a proteção contra a ferrugem e a bactéria cresce; se subiu demais, irrita a pele e mancha o alumínio.

• Sujeira e cavaco fino acumulados no tanque.

• Óleo solto: o óleo que vaza da própria máquina, como o hidráulico ou o das guias por onde a mesa desliza, e boia no tanque.

• Bactéria: cresce na mistura e dá mau cheiro.

Na fábrica, a concentração se confere com refratômetro de mão, aparelho que a mede pelo desvio da luz na mistura; a leitura se corrige pelo fator que o fornecedor do fluido informa. O pH se confere com fita ou medidor. A faixa certa de cada um vem da ficha técnica; fora dela, procure o fornecedor.

A água da mistura também conta. A água dura, com muito cálcio (a que deixa crosta branca na chaleira), forma sabões de cálcio, quebra a emulsão e deixa borra, uma lama grudenta, no fundo. A água mole demais faz espuma.

Figura 7. O que vigiar no tanque do fluido com água.

Acompanhados, esses pontos fazem o fluido durar mais e proteger melhor a ferramenta. Falta saber como conferir se o fluido escolhido está certo.

Como saber se o fluido de corte escolhido está certo?

Conferindo em dois momentos: antes de aprovar o fluido, pelo ensaio de laboratório, e durante o uso, pela conferência de concentração e pH na própria máquina, como visto acima.

A Kelpen Oil tem laboratório próprio em Arujá (SP), com 25 análises descritas em ensaios, normas e equipamentos do laboratório. Quatro delas respondem às perguntas deste texto:

Para a conversa com a Equipe Técnica, leve estas respostas:

• Quais metais a máquina corta.

• Quais operações ela faz e qual é a mais exigente.

• De onde vem a água da mistura e se ela deixa crosta.

• Quais substâncias o seu cliente proíbe.

• Se já existe um fluido em uso, e há quanto tempo está no tanque.

Perguntas frequentes

Qual a diferença entre óleo e fluido de corte? Fluido de corte é o nome do grupo inteiro, com e sem água. Óleo de corte costuma nomear o integral, usado puro; o solúvel também é chamado de óleo solúvel, porque é um óleo feito para ser misturado com água.

Fluido de corte vence? Vence. O concentrado fechado tem prazo de validade, que vem no rótulo ou na ficha do produto. Em serviço, a mistura se desgasta: água dura, óleo solto, bactéria, sujeira e o consumo dos aditivos a estragam, muitas vezes sem sinal visível. A concentração e o pH ajudam a acompanhar, mas a hora de trocar sai do conjunto dos cinco pontos do tanque.

Fluido de corte faz mal à pele? Pode fazer. Segundo a agência britânica de saúde e segurança no trabalho (HSE), o contato frequente com o fluido pode causar dermatite, uma irritação que deixa a pele vermelha e rachada. Pela mesma fonte, a névoa de fluido contaminado faz mal a quem a respira. O cobalto dissolvido na afiação de metal duro também pode causar alergia de pele; luva, fluido controlado e exaustão reduzem o risco.

O óleo do torno é o mesmo que o fluido de corte? Não. A máquina tem óleos próprios: o de barramento, que lubrifica as guias por onde o carro desliza; o hidráulico; e o da caixa de engrenagens. O que vaza deles e cai no tanque do fluido é o óleo solto, que precisa ser retirado.

Glossário

• Cavaco: a lasca de metal que a ferramenta arranca da peça.

• Integral: fluido de corte usado puro, sem água; na fábrica, também chamado de óleo de corte.

• Concentrado: o fluido que se compra e se mistura à água na máquina.

• Emulsão: óleo espalhado na água em gotas, que deixa a mistura leitosa; com gotas bem menores, microemulsão.

• Aditivo de extrema pressão (EP): aditivo que reage com o metal quente e forma uma camada fina e macia, que desliza sob a pressão e evita que o cavaco solde na ferramenta.

• Enxofre ativo e inativo: enxofre preso de leve na molécula, que se solta com o calor e mancha o cobre (ativo), ou preso com força, que reage pouco (inativo).

• Lixiviação de cobalto: dissolução, pelo fluido com água, do cobalto que une os grãos do metal duro.

• Ponto de fulgor: a menor temperatura em que o vapor do líquido acende por um instante quando se aproxima uma chama.

Fale com a Equipe Técnica

A Equipe Técnica Kelpen Oil avalia os metais usinados, as operações da máquina e a mais exigente delas, a água de diluição e as substâncias que o seu cliente proíbe, e indica o fluido adequado para o seu caso. O laboratório de Arujá (SP) também faz análises para outras empresas, como serviço pago. Salve este artigo ou envie para quem define o fluido da usinagem na sua empresa.