Study of the performance of vegetable and mineral-based cutting fluids in ABNT 1050 steel turning

The main raw material for the manufacture of these cutting fluids is mineral-based oil, however, in the last few years vegetable-based cutting fluids have been increasingly used, due to the environmental appeal, and mainly to the more abundant amount of renewable raw material. In addition, vegetable-based oils have polar molecules which, when they come in contact with the metal, they align to the surface and form a lubricant film much more effective and capable to withstand large surface tensions. Despite these advantages, there are not so many works that compare the performance of vegetable-based cutting fluids with mineral-based fluids. The present work compares vegetable-based cutting fluids with an mineral-based cutting fluid applied by flooding, during the turning of ABNT 1050 steel with coated carbide tools, considering the following output parameters: tool life, machining forces, machining temperature and surface roughness. The performances of two vegetable-based metalworking fluids, an emulsion and a synthetic, were compared with a semi-synthetic mineral-based fluid and dry machining, in various combinations of cutting speed and feed rates. Additionally, some static tests were carried out in order to characterize the lubricant and cooling abilities, as well as the microbial contamination of the tested fluids. The vegetable-based fluids presented better performances in the tool life, surface roughness, microbiological growth, coefficient of heat exchange (cooling capacity) and wettability (lubricating capacity) tests. In the machining forces and temperature tests better results were obtained when machining with the mineral-based fluid.Tese (Doutorado)A matéria-prima principal para a fabricação de fluidos de corte é óleo de base mineral, porém, há alguns anos os fluidos de base vegetal tem sido cada vez mais utilizados, devido ao apelo ambiental, e, principalmente, à quantidade mais farta de matéria-prima renovável. Apesar de muitas vantagens, não existem muitos trabalhos que comparem o desempenho de fluidos de corte vegetal com fluidos de base mineral. Este trabalho comparou fluidos de corte de base vegetal com um fluido de base mineral, aplicados na forma de jorro, durante o torneamento de um aço ABNT 1050 com ferramentas de metal duro revestidas, levando-se em consideração os seguintes parâmetros de saída: vida da ferramenta, forças de usinagem, temperatura de usinagem e rugosidades superficiais da peça. Foi feita uma comparação de dois fluidos de base vegetal, sendo um emulsionável e outro sintético, com um fluido de corte semissintético de base mineral e com a usinagem a seco, em várias combinações de velocidades de corte e avanço, além de ensaios estáticos para caracterizar as capacidades lubrificante e refrigerante dos fluidos testados, além de caracterizar também o envelhecimento por contaminação microbiana dos mesmos. Os fluidos de base vegetal apresentaram melhor desempenho nos quesitos vida da ferramenta, rugosidades superficiais, crescimento microbiológico, coeficiente de troca de calor (capacidade refrigerante) e molhabilidade (capacidade lubrificante). Nos outros parâmetros de saída testados, houve resultados melhores quando a usinagem foi feita com o fluido de base mineral (nos ensaios de força e de temperatura de usinagem)