6º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO
6th BRAZILIAN CONFERENCE ON MANUFACTURING ENGINEERING
11 a 15 de abril de 2011 – Caxias do Sul – RS - Brasil
th
th
April 11 to 15 , 2011 – Caxias do Sul – RS – Brazil
INFLUÊNCIA DA UTILIZAÇÃO DE FLUIDO DE CORTE DE BASE
VEGETAL NAS FORÇAS DE USINAGEM NO TORNEAMENTO DO AÇO
ABNT 1050 E ESTUDO DO CRESCIMENTO DE MICROORGANISMOS
Déborah Oliveira Almeida, [email protected] 1
Álisson Rocha Machado, [email protected] 1
Mauro Paipa Suarez, [email protected] 1
Denise Von Dolinger de Brito, [email protected] 2
Danielle Souza Vieira, [email protected] 2
Flávia Zago Segatto, [email protected] 2
1
Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica, Av. João Naves de Ávila, 2.121,
Uberlândia, MG, 38.408-100, Brasil.
2
Universidade Federal de Uberlândia, Instituto de Ciências Biomédicas, Av. Pará, 1720, Bloco 4C, Umuarama,
Uberlândia, 38.400-902, Brasil.
Resumo: Os crescentes avanços tecnológicos obtidos tanto no desenvolvimento de novos materiais como de máquinasferramenta aumentaram a demanda pelos processos de usinagem e aliado a isto o uso de fluidos de corte aumentou.
Por outro lado, há certa pressão exercida por Agências de Proteção Ambiental e Agências de Saúde para que os
produtos sejam comercializados com mais segurança e que comprometam menos o meio ambiente, o que influencia
também na qualidade dos fluidos de corte. Os de base vegetal têm sido cada vez mais utilizados pela indústria, pois,
além de poluírem menos o ambiente, causam menos agressão ao operador e proporcionam uma melhora significativa
na vida das ferramentas, mas que também podem ser facilmente contaminados por microorganismos, já que possuem
uma grande gama de nutrientes que facilitam sua reprodução. Este trabalho avaliou o desempenho de um fluido de
corte de base vegetal, comparando-o com um fluido de base mineral, e a sua relação com desenvolvimento de fungos e
bactérias durante a sua utilização no torneamento de um aço ABNT 1050. Variou-se a velocidade de corte (vc), o
avanço da ferramenta (f) e a profundidade de corte (a p) e verificou-se a influência que esses fluidos exerciam nas
forças de usinagem. Ficou claro que o fluido de corte de base vegetal proporcionava menores forças de corte durante
a usinagem. Além disso, o fluido de corte de base vegetal apresentou maior crescimento de microorganismos quando
usado na sua concentração mais baixa (3%), ao passo que o fluido de corte de base mineral apresentou maior
crescimento microbiano na sua concentração mais alta (10%). Os microorganismos encontrados foram, em sua
maioria, agentes causadores de doenças respiratórias e irritações na pele.
Palavras-chave: fluido de corte de base vegetal, microorganismos, torneamento, força de corte.
1. INTRODUÇÃO
Durante os processos de usinagem as ferramentas aquecem e sofrem altos desgastes que exigem trocas constantes
de suas arestas de corte. Além disto, há o aquecimento das peças usinadas, o que pode provocar dois efeitos
indesejáveis: alterações nas dimensões pretendidas e geração de tensões internas que podem comprometer a utilização
das mesmas. Para minimizar os desgastes das ferramentas e o aquecimento das peças, vários recursos podem ser
utilizados, entre os quais o emprego de um fluido de corte.
Os fluidos de corte ajudam a refrigerar a região de corte, principalmente em altas velocidades de corte; lubrificar a
região de corte, principalmente em baixas velocidades e altas tensões de corte; reduzir a força de corte; melhorar a vida
da ferramenta, o acabamento superficial, a precisão dimensional da peça; auxiliam na quebra do cavaco, facilitam o
transporte de cavaco; protegem a superfície usinada e a máquina-ferramenta contra oxidação (Trent e Wright, 2000;
Machado et al., 2009).
Nos últimos tempos, grandes avanços tecnológicos foram obtidos, tanto nos materiais, como nas máquinasferramentas. Isto fez com que a demanda dos fluidos de corte crescesse consideravelmente. Alta demanda causa
competitividade que por sua vez, causa aumento da qualidade dos produtos. Outro fator que também influi no aumento
da qualidade dos fluidos de corte modernos, é a pressão exercida por Agências de Proteção Ambiental e Agências de
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Saúde, para que os produtos sejam comercializados com mais segurança e que causem menos mal ao meio ambiente
(Machado et. al., 2009).
Em entrevista ao jornal da Unicamp, em 2005, Diniz explica que, em grande parte dos casos, o fluido de corte tem
efeitos indesejáveis: pode gerar alergias ou outros problemas de saúde ao operador da máquina pelo contato com a pele
ou pela inalação dos seus vapores; deteriora porque adquire fungos e bactérias, o que exige tratamento periódico e
mesmo assim de tempos em tempos precisa ser reciclado, já que não pode ser descartado no solo. As grandes empresas
mantêm sistema de reciclagem, outras precisam entregar o fluido de corte para descarte para empresas certificadas pela
CETESB - Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, ligada à Secretaria do Meio Ambiente do Governo de
São Paulo, o que gera custos. “Portanto, a utilização do fluido de corte gera efeitos colaterais na área da saúde, na área
ecológica e na área econômica”, disse o pesquisador. Em vista disso, duas linhas de pesquisa se revelam bastante fortes:
primeira, o desenvolvimento de novos fluidos de corte, ecologicamente corretos, que não prejudiquem a saúde do
operador, que durem mais tempo na máquina e que não precisem ser trocados com tanta freqüência; e segunda, o
desenvolvimento de processos que não precisem de fluidos de corte ou que o utilizem em menor quantidade (Sales et
al., 2001).
Sabe-se que a natureza pode fornecer uma gama muito maior de matérias-primas para a fabricação de lubrificantes
do que a indústria petroquímica. Esta variedade de matérias-primas, somada aos novos métodos e processos modernos
de refino, possibilitam a eliminação dos problemas dos óleos vegetais de antiga tecnologia, como a resinificação, a
viscosidade aumentada e o desenvolvimento de acidez. Os óleos integrais vegetais possuem várias vantagens, entre elas
(Woods, 2005):

São mais compatíveis com a pele humana do que os óleos minerais, e também têm uma tendência reduzida à
formação de vapor, névoa e fumaça, além de ter um ponto de fulgor maior, reduzindo o risco de incêndio nas
máquinas.

Têm moléculas polares que funcionam como se fossem ímãs e se alinham à superfície do metal, formando
um filme lubrificante capaz de suportar grandes tensões superficiais, facilitando a usinagem e melhorando a
vida das ferramentas. As moléculas dos óleos minerais não são polares, e por esse motivo a sua capacidade
lubrificante é inferior à dos óleos vegetais. Isso também é uma vantagem quando se deseja maior
produtividade.

Assim como os óleos minerais, os óleos vegetais não podem ser queimados, apesar de poluir menos o
ambiente. Porém, a principal vantagem ecológica dos óleos vegetais, ao contrário dos óleos de base mineral,
é que sua matéria-prima é degradável, poluindo muito menos o meio ambiente. Eles podem também ser
reutilizáveis, como os de base mineral (Kuroda, 2006).
Por possuir uma grande gama de nutrientes, o fluido de corte é facilmente contaminado por microorganismos que
utilizam esses compostos como matéria-prima em suas atividades fisiológicas. Conforme são liberados restos
metabólicos no meio, o fluido fica mais ativo, promovendo corrosão nas partes em contato com o fluido contaminado.
Assim, o fluido sofre uma redução drástica de sua vida útil, já que essa degradação ocorre de forma acelerada. Junto a
essa perda de fluido e possível danificação das peças em contato com ele, os microorganismos também são associados
ao aparecimento de reações alérgicas nos funcionários expostos ao aerossol do fluido (Thomé et. al, 2007).
O crescimento de fungos do gênero Penicillium sp. em algumas amostras foi constatado por Thomé et.al. (2007),
que não verificaram a presença de bactérias do gênero das micobactérias, mas de bactérias Gram negativas, o que se
explica pelo fato de espécimes diferentes de bactérias competirem pelo mesmo substrato, inibindo de certa forma, o
desenvolvimento de outros espécimes. Conforme a população fúngica e bacteriana cresce, o fluido perde a sua
qualidade em desempenhar as funções de lubrificação e refrigeração, além de ser apontado como responsável pelo
surgimento de problemas à saúde dos operadores, como a hipersensibilidade pulmonar, que é causada pelas
micobactérias e suas endotoxinas.
O presente trabalho comparou o desempenho de um fluido de base vegetal com o de um fluido de base mineral
aplicados na forma de jorro, considerando as forças de usinagem e a sua relação com desenvolvimento de fungos e
bactérias durante o torneamento do aço SAE 1050, com ferramentas de metal duro revestidas.
2. METODOLOGIA
Os ensaios de usinagem foram feitos em um torno CNC Multiplic 35D, fabricado pela Indústrias Romi S.A., com
11Kw de potência, rotação máxima de 3000 rpm, usando ferramentas da série T9035 fabricadas pela OSG/Tungaloy
Sulamericana de Ferramentas Ltda. Os insertos tinham o seguinte código ISO: SNMG120408 DM e o suporte PSBNR
2525 M12.
Os fluidos de corte, fabricados pela Castrol Industrial, foram:
- Carecut S100: fluido solúvel base éster (origem vegetal), isento de óleo mineral, bioestável, com propriedades
anticorrosivas e anti-espumantes, isento de boro, nitritos e fenóis, indicado para retificação e usinagem convencional de
aços carbono, aços liga e inoxidáveis. Este fluido tem densidade de 1,071 g/mL, pH aproximado de 9,1 na concentração
de 5%, e não é inflamável por ser um produto a base de água.
- Clearedge 6515 BF: fluido de usinagem semi-sintético, de base mineral, isento de cloro e boro, indicado para
usinagem geral de ferros fundidos, aços carbono, aços liga e inoxidáveis. O Clearedge 6515 BF possui densidade de
1,060 g/cm3, pH de 9,5 nas concentrações de 3 e 5%, e, por ser um produto a base de água, não possui ponto de fulgor
(não é inflamável).
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Variou-se a velocidade de corte (vc) de 10 a 350 m/min, o avanço da ferramenta (f), de 0,05 a 4,0 mm/rot, e a
profundidade de corte (ap), de 0,5 a 4 mm, as concentrações dos fluidos (3, 7 e 10%), e mediu-se as componentes das
forças de usinagem com um dinamômetro (ou Plataforma Piezelétrica) fabricado pela Kistler Instrument, modelo 9265B, com amplificador e condicionador de sinais, também fabricado pela Kistler Instrument, modelo 5019A, uma placa de
aquisição de sinais da National Instrument, modelo: NI PCI-6036E e software da National Instrument, Labview 7.6.
Foram coletadas aproximadamente trinta amostras de 10 mL dos dois fluidos de corte diretamente do reservatório
da máquina, a uma profundidade de aproximadamente 10 cm e em temperatura ambiente (em torno de 25°C), em dias
alternados, sempre após o uso da máquina para a realização dos testes de força. Em seguida as amostras foram
depositadas em tubos estéreis e, posteriormente, devidamente transportadas ao Laboratório de Microbiologia da
Universidade Federal de Uberlândia, onde foram realizados os estudos microbiológicos da amostra. As amostras foram
inoculadas em quatro meios de cultura diferentes, para detectar o crescimento de bactérias Gram-positivas, bactérias
Gram negativas, quantificação de microrganismos e crescimento de fungos.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1. Análise das Forças de Corte
No geral, as forças foram menores quando o Fluido Carecut S100 (de base vegetal) foi utilizado. Porém, a
diferença entre as forças obtidas quando da utilização do fluido Carecut S100 e do fluido Clearedge 6515 BF foi muito
pequena. Na Figura (1) pode-se ver um dos testes sendo realizado, com o fluido de corte Carecut S100 na concentração
de 3%, assim como a plataforma piezelétrica, e na Figura 2 pode-se visualizar a montagem da plataforma piezelétrica
para adquirir as forças de corte.
Figura 1. Aplicação do fluido de corte durante um dos experimentos
Figura 2. Montagem da plataforma piezelétrica para aquisição das forças de usinagem
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No gráfico da Figura (3) estão mostradas as forças de corte obtidas durante a utilização dos dois fluidos de corte
nas três concentrações, e variando-se velocidade de corte (vc). É possível observar o comportamento característico das
curvas de forças na usinagem de aços (Machado et al., 2009; Trent e Wright, 2000), apresentando o perfil “V” em
baixas velocidades (entre 10 e 60 m/min), evidenciando a presença de aresta postiça de corte (APC) em todas as
condições de aplicação de fluidos de corte. Neste intervalo de velocidade, a APC cresce até uma dimensão máxima, e
depois decresce até desaparecer completamente. A força de corte acompanha esta variação de dimensão da APC,
diminuindo com o crescimento da mesma, atingindo um ponto de mínimo (onde a dimensão da APC é máxima – para
estas curvas em velocidades entre 20 e 30 m/min) e depois crescendo com a diminuição da APC, até o ponto onde ela
desaparece completamente. Presença de algumas oscilações nesta região pode estar relacionada com a falta de definição
do valor de velocidade de corte em que esta APC desaparece completamente, e o fluido de corte pode ter papel
importante nesta definição. Comparando-se todas as condições, verificou-se que as forças de corte foram maiores
quando o fluido Clearedge 6515 BF foi usado na concentração de 10%, e foram menores quando da utilização do fluido
Carecut S100, também na concentração de 10% e Clearedge 6515 BF a 7%. Este ranking obtido pelos fluidos, salvo
outras influências, pode ser explicado pelo poder de penetração e de lubrificação na interface cavaco-ferramenta. O
fluido de corte para ser efetivo na sua ação lubrificante tem que se fazer presente na interface (apenas na região de
escorregamento) e de ter a capacidade de interagir com o material da peça para formar um filme lubrificante eficiente
(Machado et al., 2009 e Sales et al., 2001).
700
Força de Corte [N]
650
BM 3%
600
BV 3%
BM 7%
550
BV 7%
500
BM 10%
BV 10%
450
0
100
200
300
400
Velocidade de Corte [m/min]
Figura 3. Variação da Força de Corte com a Velocidade de Corte para um avanço de 0,2 mm/rev e uma
profundidade de corte de 2 mm
No gráfico da Figura (4) é possível verificar o comportamento das forças de corte com a variação do avanço (f) da
ferramenta. Quanto maior o avanço, maiores são as forças de corte, e esse comportamento é aproximadamente linear.
Exceto para o fluido Clearedge 6515 BF 10%, onde as forças foram maiores, para os demais fluidos estudados os
valores das forças ficaram muito próximos uns dos outros, e a Tabela (1) confirma esses valores. Nestas condições de
corte, portanto, não é possível identificar o melhor fluido e a melhor concentração, indicando que todos estes fluidos
(exceto o Clearedge 6515 BF 10%) apresentaram poderes lubri-refrigerantes similares.
3500
Força de Corte [N]
3000
2500
BM 3%
2000
BV 3%
1500
BM 7%
1000
BV 7%
BM 10%
500
BV 10%
0
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
Avanço [mm/rev]
Figura 4: Variação da Força de Corte com o Avanço, para uma velocidade de corte de 150 m/min e uma
profundidade de corte de 2 mm
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Tabela 1: Valores das forças de corte de acordo com a variação do avanço
f
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
Clearedge 6515
BF 3%
533,026
826,774
1056,069
1277,953
1497,903
1707,542
1908,480
2107,485
2314,628
Carecut S100
3%
540,258
826,742
1055,988
1276,983
1497,377
1708,468
1908,885
2110,558
2317,488
Clearedge 6515
BF 7%
519,490
786,812
1042,695
1275,697
1487,671
1701,741
1907,352
2113,286
2332,434
Carecut S100
7%
519,460
786,935
1042,780
1275,275
1486,280
1702,735
1909,980
2117,810
2336,910
Clearedge 6515
BF 10%
600,000
956,742
1260,554
1530,608
1829,587
2138,475
2436,568
2698,488
2996,985
Carecut S100
10%
525,775
827,741
1099,253
1319,687
1484,690
1718,821
1929,750
2119,892
2360,552
As forças de corte também foram medidas com a variação da profundidade de corte, e os resultados podem ser
vistos no gráfico da Figura (5).
2500
Força de Corte [N]
2000
BM 3%
1500
BV 3%
BM 7%
1000
BV 7%
500
BM 10%
BV 10%
0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
Profundidade de Corte [mm]
Figura 5: Variação da Força de Corte com a Profundidade, para uma velocidade de corte de 150 m/min
e um avanço de 0,2 mm/rev
Novamente, é possível verificar que o uso do fluido Clearedge 6515 BF na concentração de 10% foi o que
proporcionou as maiores forças de corte. Os demais fluidos apresentaram comportamentos muito similares. Na região
de profundidade de corte entre 1 e 3 mm, o fluido Carecut S100 na concentração de 10% apresentou forças ligeiramente
menores.
3.2. Análise Microbiológica
A avaliação microbiológica realizada a partir do Fluido Carecut S100 coletado do reservatório do torno demonstrou
que em 60% das coletas houve crescimento microbiano, com destaque para Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter
baumannii, Bacillus sp, Staphylococcus coagulase negativo e fungo filamentoso, que é um agente causador de
dermatite. O crescimento foi maior no fluido com menor concentração (3%), enquanto na concentração de 10% não
houve crescimento.
O Fluido Clearedge 6515 BF coletado apresentou crescimento microbiano em 53,3% das amostras, sendo os
microrganismos encontrados: Bacillus sp, Bacillus sp anaeróbico, Staphylococcus aureus e Staphylococcus coagulase
negativo. Na concentração de 7%, 60% das amostras obtiveram algum crescimento e na concentração de 10% essa
porcentagem foi 83,3% de crescimento. Na concentração de 3% não foi constatado nenhum crescimento.
Observou-se, portanto que no geral os fluidos de base vegetal foram mais propensos ao crescimento microbiano e
que a concentração na água tem forte influência. No fluido de base vegetal a maior concentração de fluido diminuiu o
crescimento enquanto que nos fluidos de base mineral a menor concentração que diminuiu este crescimento.
A presença de componentes orgânicos e sais minerais na formulação do fluido são fontes de nutrientes para esses
microorganismos se desenvolverem. A temperatura e pH dos sistemas de fluido também são aspectos fundamentais a
serem analisados para o desenvolvimento de microorganismos, pois temperaturas ambientes e/ou mais elevadas (caso
da máquina ligada há muito tempo) e pH em torno de 9 favorecem o crescimento microbiano (Passman, 1988).
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Neste trabalho de detecção dos microorganismos presentes no reservatório da máquina foram encontrados
microorganismos como: Bacillus sp., Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e fungos filamentosos, que já
estão descritos na literatura como microorganismos comuns presentes em fluidos de corte e que devem ser evitados pela
quantidade de problemas que podem gerar na falta de controle e cuidados. Acredita-se que a fonte principal para a
existência desses microorganismos seja o ar, que está em constante contato com o fluido, e, como essas máquinas se
localizam geralmente em um local que contem muitos materiais de usinagem, várias pessoas trabalhando e muitas
experiências sendo realizadas, é grande a probabilidade de ter no ar microorganismos como Staphylococcus aureus.
4. CONCLUSÕES
 De modo geral, a condição de lubri-refrigeração que proporcionou as menores forças foi a utilização do fluido
Carecut S100 na concentração de 10%, sendo que o fluido Clearedge 6515 BF na concentração de 10% foi o que
proporcionou as maiores forças de corte.
 Na detecção dos microorganismos presentes nos fluidos alocados no reservatório da máquina foram encontrados os
microorganismos Bacillus sp., Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e fungos filamentosos, e no geral,
os fluidos de base vegetal apresentou maior crescimento destes microorganismos, sendo que curiosamente, um
crescimento maior de microorganismos foi observado no fluido Clearedge 6515 BF, na concentração de 10%.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem às agências de fomento CNPq, Capes e FAPEMIG, às empresas OSG Tungaloy, Castrol
Industrial S/A e Aços Villares, e à organização do 6º. Congresso Brasileiro de Engenharia de Fabricação.
6. REFERÊNCIAS
Kuroda, M., 2006, “Aumentando a lucratividade com óleos vegetais”, O Mundo da Usinagem, 3ª. Edição, pp. 14-15.
Machado, A.R., Coelho, R.T., Abrão, A.M, Da Silva, M.B., 2009, “Teoria da Usinagem dos Materiais.” Ed. Edgard
Blücher, São Paulo, 384 p.
Passman, F. J., 1988, “Microbial problems in metalworking fluids”. Journal of the Society of Tribologists and
Lubrication Engineers, p. 431-433.
Sales, W.F.; Diniz, A.E.; Machado, A.R., 2001, “Application of cutting fluids in machining process”, Journal of the
Brazilian Society of Mechanical Sciences, RBCM, vol. XXIII, nº 2, pp 227-240.
Thomé, R., Bianchi, E.C., Arruda, O.S., Aguiar, P.R., 2007, “Estudo microbiológico das micobactérias e fungos
contaminantes dos fluidos de corte”, In: Anais do 8º. CIBIM – Congresso Ibero-americano de Engenharia
Mecânica, Cusco – Peru, outubro de 2007, anais em CD-ROM.
Trent, E. M., Wright, P. K., 2000, “Metal cutting”, 4th Edition, Butterworth-Heinemann, London, 446 p.
Woods, S., 2005, “Going green – vegetable oil-based metalworking fluids can provide better performance and
eviromental results than mineral oil-based fluids”, Cutting Tool Engineering Magazine, Volume 57, n o 2, February,
pp. 47-53.
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INFLUENCE OF VEGETABLE-BASED CUTTING FLUIDS ON
MACHINING FORCES AND MICROBIAL CONTAMINATION WHILE
TURNING ABNT 1050 STEEL
Déborah Oliveira Almeida, [email protected] 1
Álisson Rocha Machado, [email protected] 1
Mauro Paipa Suarez, [email protected] 1
Denise Von Dolinger de Brito, [email protected] 2
Danielle Souza Vieira, [email protected] 2
Flávia Zago Segatto, [email protected] 2
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Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Mecânica, Av. João Naves de Ávila, 2.121,
Uberlândia, MG, 38.408-100, Brasil.
2
Universidade Federal de Uberlândia, Instituto de Ciências Biomédicas, Av. Pará, 1720, Bloco 4C, Umuarama,
Uberlândia, 38.400-902, Brasil.
Abstract: The increasing technological advances obtained both in the development of new materials and in the
machine tools technology has increased the demand of machining processes and hence the use of cutting fluids. In
addition, there is a pressure from Environmental Protection and Health Agencies for all the products to be marketed
more safely and less compromising the environment, which also influences the increase in the quality of the cutting
fluids. The vegetable based cutting fluids has been increasingly used by the manufacturing industry, because, besides
polluting less the environment, they cause less harm to the operator and can provide a significant improvement in the
tool life, but on the other hand it can be easily contaminated by microorganisms, since they have a wide range of
nutrients that facilitate their reproduction. This study evaluates the machining performance of a vegetable-based
cutting fluid, comparing it with a mineral-based fluid when turning an ABNT 1050 steel with coated cemented carbide
tools, considering the cutting forces and also the growth of fungi and bacteria during several weeks of usage. The
cutting speed (Vc), the feed rate (f) and the depth of cut (ap) were ranged and the influence of these parameters in the
cutting forces had been verified. It was clear that the vegetable-based fluid provides lower cutting forces during
machining. Furthermore, the vegetable-based presented higher growth of microorganisms when used in its lowest
concentration (3%), while the mineral based fluid showed the greater microbial growth in its higher concentration
(10%). The microorganisms found were, in most cases, causatives agents of respiratory and skin irritation.
Keywords: vegetable-based cutting fluids, microorganisms, turning, cutting forces.