A introdução de nano-reforços como grafeno, grafite e dissulfeto de molibdênio (MoS₂) em óleos vegetais, como o óleo de girassol, gerou biolubrificantes com propriedades tribológicas e térmicas significativamente superiores. Dentre esses, o grafeno destacou-se como o mais eficaz, proporcionando o menor coeficiente de atrito (0,253) e a menor energia específica de retificação (12,76 J/mm³). No entanto, a concentração de grafeno deve ser otimizada: embora uma maior fração mássica (até 1,5%) melhore a eficácia lubrificante ao aumentar a quantidade de nano-reforços na interface, concentrações excessivas causam aglomeração e precipitação, comprometendo o desempenho. Esse equilíbrio delicado entre concentração e estabilidade permanece como um dos principais desafios em aberto na formulação de biolubrificantes nanoestruturados.

Na retificação de ligas de titânio, o desgaste das rodas abrasivas é particularmente sensível às condições de lubrificação. Rodas de CBN e carbeto de silício, amplamente utilizadas nesse contexto, apresentam durabilidade significativamente maior quando empregam biolubrificantes enriquecidos com grafeno. Experimentos simulando as condições reais de retificação demonstraram que o desgaste, medido sob lubrificação com ésteres sintéticos e óleo de palma, foi muito inferior ao observado em condições a seco. Ainda mais notável foi a redução de uma ordem de grandeza no desgaste ao se utilizar grafeno como aditivo, atingindo 3,65 × 10⁻⁴ — uma marca expressiva. A explicação reside na capacidade do grafeno de penetrar nos poros da roda abrasiva, reduzindo o contato direto com a peça e promovendo lubrificação e resfriamento eficazes mesmo sob impactos de alta pressão. A ação deslizante e rolante das nanopartículas evita o contato abrasivo intenso, ao mesmo tempo em que facilita a remoção de detritos, mantendo a superfície da roda limpa e funcional sob pressão MQL (Minimum Quantity Lubrication).

Outro fator crítico na retificação de ligas como o Ti–6Al–4V é a temperatura de operação. O calor gerado por fricção concentra-se na superfície da peça, podendo levar à queima superficial. Quatro vias distintas conduzem o fluxo térmico: a peça de trabalho, o abrasivo, os detritos e o meio refrigerante. A elevação do fluxo térmico por meio do refrigerante é uma das estratégias mais eficazes para reduzir a temperatura máxima na zona de retificação. Experimentos revelaram que, sob MQL com óleo vegetal, a temperatura atinge 229,18 °C — valor 17,8% menor do que na retificação a seco. A adição de grafeno reduz ainda mais essa temperatura para 183,61 °C, uma queda de 34,2%. Sob NMQL (Nano-enhanced Minimum Quantity Lubrication), a temperatura pode atingir um mínimo de 133,8 °C, devido à excelente capacidade de transferência de calor das nanopartículas em movimento browniano, que atuam como núcleos envoltos por uma camada de biolubrificante, formando um fluido bifásico com condutividade térmica superior. O coeficiente de transferência de calor por convecção, fator determinante nesse mecanismo, depende de propriedades como viscosidade, calor específico e condutividade térmica do fluido, além do conteúdo e comportamento das nanopartículas.

Durante a remoção abrasiva, a morfologia dos cavacos também revela as limitações e potencialidades do sistema de lubrificação. Sob condições a seco, os cavacos apresentam superfícies aderentes, deformações plásticas elevadas e estruturas de bandas de cisalhamento irregulares. A ausência de lubrificação resulta em marcas profundas na superfície abrasiva e adesão excessiva de material. A aplicação de NMQL com éster sintético enriquecido com nanopartículas de Al₂O₃ melhorou consideravelmente essas características, embora algumas irregularidades persistam — como rugosidade residual e defeitos serrilhados. A intensa carga mecânica e térmica provoca amolecimento térmico, aumentando a plasticidade do material, o que reduz a tensão de fratura, alarga os cavacos e favorece a adesão entre cavaco e peça, intensificando os mecanismos de acúmulo e fluência plástica.

A integridade superficial da peça, por sua vez, depende fortemente da qualidade da lubrificação. A rugosidade média (Ra), que expressa a diferença entre picos e vales microscópicos, é diretamente afetada pelas propriedades térmicas do sistema lubrificante e pela resposta mecânica do material sob corte abrasivo. A presença de biolubrificantes nano-reforçados melhora o acabamento superficial ao reduzir atrito, temperatura e desgaste, criando condições mais estáveis de remoção de material.

O desempenho global da retificação de ligas de titânio depende, portanto, de uma sinergia entre tribologia, transferência térmica e estabilidade do fluido lubrificante. A adição de nanopartículas ao biolubrificante não é apenas um aprimoramento superficial, mas uma reengenharia completa do meio lubrificante, capaz de transformar sua função de passiva a ativa na regulação térmica, na integridade da peça, na preservação da ferramenta e na eficiência energética do processo.

Além disso, o desenvolvimento de fórmulas específicas para o cálculo do coeficiente de transferência térmica por convecção, considerando os parâmetros nanoestruturais, permite uma abordagem mais precisa e racional para o projeto de sistemas NMQL. A relação entre as propriedades intrínsecas dos materiais, como viscosidade, condutividade e capacidade térmica, e os efeitos dinâmicos das nanopartículas oferece uma base sólida para o avanço da engenharia de processos de retificação.

Como os Parâmetros de Usinagem Afetam a Rugosidade da Superfície em Composites de Al/SiC

Os composites de alumínio reforçados com partículas de SiC (SiCp/Al) têm sido amplamente estudados devido às suas propriedades superiores, como alta resistência e rigidez. No entanto, a usinagem desses materiais apresenta desafios únicos devido à diferença de comportamento mecânico entre a matriz de alumínio e as partículas de SiC. A rugosidade da superfície, que é um dos principais indicadores da qualidade do acabamento de uma peça usinada, é fortemente influenciada pelos parâmetros de corte e pelas características da ferramenta de usinagem.

O aumento da taxa de avanço, por exemplo, resulta em marcas de moagem mais visíveis, o que contribui para uma superfície mais rugosa. Esse fenômeno ocorre devido ao aumento do espaçamento entre os grãos abrasivos enquanto eles percorrem a peça de trabalho, o que intensifica a formação de defeitos na superfície. Além disso, taxas de avanço mais altas geram detritos de moagem mais espessos e não deformados, o que eleva as forças de corte e aumenta a probabilidade de fratura ou extração das partículas de SiC. Como consequência, a qualidade da superfície se deteriora.

A profundidade de corte também desempenha um papel crítico no aumento da rugosidade da superfície. Com profundidades maiores, as forças de moagem e as vibrações aumentam, amplificando as irregularidades superficiais. No entanto, estudos como o de Agarwal et al. revelaram que a relação entre a profundidade de corte e a rugosidade da superfície não é linear. Inicialmente, a rugosidade aumenta com a profundidade de corte, mas após atingir um ponto crítico, observa-se uma diminuição. Esse fenômeno ocorre devido à redução da energia necessária para remover material por fratura frágil quando a profundidade de corte excede um limite específico.

A influência da velocidade de corte, por outro lado, é mais complexa. Gu et al. demonstraram que, para um valor constante de taxa de avanço, aumentos na velocidade de corte não resultaram em melhorias significativas na rugosidade da superfície. Isso se deve ao fenômeno de ciclos de moagem repetitivos e corte a ar, que limitam a eficácia de cada ciclo adicional de moagem.

A escolha do abrasivo é outro fator determinante na qualidade do acabamento. A pesquisa de Di Ilio et al. comparou diferentes materiais abrasivos, como alumina, SiC, CBN e diamante, em termos de rugosidade superficial. Os resultados mostraram que as rodas de moagem de alumina produziram a menor rugosidade, o que indica que a seleção do abrasivo adequado é essencial para otimizar o acabamento superficial de composites de Al/SiC.

Além disso, o uso de ferramentas de diamante, como as rodas de moagem de diamante, se mostrou eficaz para reduzir tanto as forças de corte quanto a rugosidade da superfície. Essas ferramentas, quando otimizadas com características específicas, como ângulos de rake apropriados e bordas chanfradas, são capazes de minimizar os danos na superfície e melhorar a qualidade do acabamento.

Importante é que a usinagem de composites SiCp/Al exige uma abordagem cuidadosa, considerando a interação entre a matriz de alumínio e as partículas de SiC. A posição relativa das partículas durante o processo de usinagem pode afetar a distribuição de tensões, os modos de falha e a formação de defeitos nas partículas de SiC, o que, por sua vez, influencia a rugosidade final da superfície. Para minimizar os danos e otimizar a qualidade superficial, é essencial ajustar com precisão os parâmetros de usinagem, como velocidade de corte, taxa de avanço e profundidade de corte, além de selecionar adequadamente as ferramentas de usinagem e os métodos de resfriamento.

O uso de métodos de resfriamento criogênico, por exemplo, mostrou resultados positivos na melhoria da qualidade da superfície, pois o resfriamento com nitrogênio líquido melhora o suporte da matriz de alumínio para as partículas de SiC, minimizando os danos na superfície. Este é um aspecto importante que deve ser considerado ao se trabalhar com composites de alta concentração de SiC.

Em resumo, para otimizar a rugosidade da superfície em processos de usinagem de composites SiCp/Al, é fundamental controlar os parâmetros de usinagem, como a velocidade de corte, a profundidade de corte e a taxa de avanço, escolher adequadamente o abrasivo e adotar métodos de resfriamento eficazes. Tais práticas garantem uma usinagem mais eficiente, com menor geração de defeitos e melhor acabamento superficial.

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