Desenvolvimento e aplicação de um sistema de planejamento de processo auxiliado por computador em um ambiente de usinagem

A competitividade cada vez mais acirrada e globalizada tem forçado as empresas a desenvolver produtos com maior qualidade em um menor tempo com custos cada vez mais baixos. Para isto, passaram a utilizar tecnologias de ponta na manufatura de seus produtos, que envolvem desde a concepção do produto até sua efetiva produção. Uma das etapas mais importantes na concepção de um produto manufaturado, a partir de um projeto, é o planejamento do processo produtivo. A essência dessa atividade é disponibilizar uma gama de informações bem detalhadas e organizadas para o chão de fábrica que pode incluir a seleção da máquinaferramenta, determinação dos parâmetros de corte, geração do programa NC e as instruções de trabalho. Na maioria das empresas o planejamento do processo é feito por processistas experientes que utilizam técnicas manuais, onde despedem tempo considerável fazendo cálculos, recuperando informações, escrevendo, digitando e detalhando o plano, e nenhuma dessas tarefas agrega valor diretamente ao produto. Assim somente uma pequena parcela do tempo total é utilizado na concepção e análise do produto. A introdução dos computadores na confecção do plano de processo torna o planejamento mais eficiente podendo dispor de mais alternativas além daquelas exploradas manualmente, e ainda há vantagens adicionais, como a realização de várias comparações de planos semelhantes para selecionar o melhor para cada caso, reduzindo o tempo de planejamento, exigindo menor experiência técnica dos processistas, resultando em aumento da produtividade com planos otimizados. O sistema desenvolvido dentro da filosofia de planejamento de processo variante-interativo, um método que se utiliza da tecnologia de grupo para formar famílias de peças, onde para cada família é desenvolvido um plano padrão, no qual torna-se a base de dados para novas peças, exigindo alterações apenas nos detalhes que não forem similares. Quando não existir um plano semelhante para nova peça este é gerado de forma interativa onde o processista tem o auxílio do computador na definição da folha de processo, ao contrário de um sistema generativo que utiliza uma programação mais complexa e cria automaticamente planos de processo distintos para a nova peça. Os planos de processo gerados contem os processos de usinagem, as máquinas para realizar os mesmos, ferramentas e portaferramentas, sistemas de fixação, os parâmetros de corte e o sequenciamento das operações. O sistema foi projetado em Visual Basic, uma linguagem que disponibiliza uma interface gráfica amigável com o usuário. O conjunto das informações estritamente necessárias para o desenvolvimento do programa é armazenado em um sistema de gerenciamento de banco de dados relacional (ACCESS), sistema esse escolhido por ter a vantagem de permitir manipular mais de um aplicativo ao mesmo tempo, estabelecendo relações entre eles, buscando eliminar a duplicidade de informações, impondo integridade referencial, reduzindo o espaço de armazenamento e facilitando a atualização dos dados.

Estudo da relação entre velocidade de corte, desgaste de ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em torneamento com ferramenta de metal duro

O entendimento do processo de fabricação por usinagem passa pelo estudo de fenômenos de formação de cavaco, esforços de corte, qualidade superficial do material usinado, mecanismos de desgaste de ferramenta e a influência de parâmetros de corte e tipo de material usado sobre essas variáveis. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é analisar os efeitos do desgaste de ferramenta sobre as forças de corte e a rugosidade dos componentes usinados. O procedimento adotado foi a realização de ensaios de usinabilidade de longa duração em torneamento cilíndrico externo, durante os quais foram medidos desgaste de flanco, força de corte, força de avanço e rugosidade média dos componentes usinados. Os ensaios foram realizados para os aços ABNT 1040 e 1045 usando ferramentas de metal duro com revestimento duplo (TiN-Al2O3). Os resultados de vida de ferramenta foram analisados através da equação de Taylor, com maiores vidas de ferramenta observadas para o aço ABNT 1040 em todas as velocidades de corte testadas. As demais variáveis medidas foram analisadas em função do tempo de usinagem, desgaste de flanco máximo e acabamento superficial No domínio do tempo, foram encontradas correlações fortes para o desgaste de flanco máximo, força de corte e força de avanço para ambos os materiais. A relação entre a rugosidade média e o tempo de corte observada foi mais “estável” para o aço ABNT 1040. Contudo, variações no comportamento da rugosidade média foram observadas na velocidade de corte inferior usada na usinagem do aço ABNT 1045, devido ao desgaste mais lento do raio de ponta de ferramenta. Não se observou relação entre as forças de usinagem e a rugosidade média. A relação entre a força de corte e o desgaste de flanco máximo apresentou forte correlação para ambos os materiais, assim como a relação entre a força de avanço e o desgaste de flanco máximo, sendo realizada regressão linear para ambas as relações. Foi observada fraca influência da velocidade de corte nas relações força-desgaste de flanco, o que sugere que uma única equação pode descrever estas relações para toda a faixa de condições de corte estudada. Os resultados da análise de regressão permitem a determinação do desgaste de flanco máximo em função da força de corte com um erro médio de 15% para os aços ABNT 1040 e 1045. Para a previsão do desgaste de flanco em função da força de avanço, o erro médio encontrado foi de 19% para o aço ABNT 1040 e 15% para o aço ABNT 1045.

Análise da satisfação dos funcionários com as melhorias ergonômicas implantadas na divisão de usinagem da John Deere Brasil

Esta dissertação consiste no estudo das condições de trabalho e proposta de melhorias da Divisão de Usinagem da empresa John Deere, unidade de Horizontina, RS. A Divisão é responsável pelo processamento de peças de aço e ferro fundido, componentes de plantadeiras, colheitadeiras e tratores. O trabalho, inicialmente concebido dentro do sistema taylorista-fordista de produção, envolve esforço fisico, principalmente estático, durante operações em diversas máquinas ferramentas (tomos, fresas, furadeiras etc). A partir de 2000, com a instalação do Comitê de Ergonomia (COERGO) da empresa e a utilização da abordagem participativa da Análise Macroergonômica de Trabalho (AMT), proposta por Guimarães (1999), foram identificadas, priorizadas e quantificadas, por meio de questionário não obrigatório, respondido por quase a totalidade da Divisão, as demandas ergonômicas para melhoria das condições de trabalho. Ao final de, aproximadamente, dois anos e meio, foram reavaliadas, por meio de um segundo questionário, as modificações feitas no ambiente (instalação de ventiladores; redução de aerodispersóides pela substituição de produtos químicos; redução de ruído e melhoria de iluminação), em postos de de trabalho (modificação do leiaute, instalação de dispositivos de manuseio e movimentação de carga; redesenho de bancadas e dos locais de armazenamento de materiais); e na organização do trabalho da Divisão (alargamento e enriquecimento do trabalho pela celularização do trabalho) De um modo geral, houve um aumento da satisfação dos funcionários com todas as modificações efetuadas, à exceção daquelas que sofreram apenas intervenção parcial (por exemplo, o sistema de ventilação). As melhorias repercutiram não só no aumento de satisfação, bem como, na postura dos trabalhadores com relação ao seu trabalho (pois se mostraram mais críticos e exigentes em função da participação no processo de melhorias) bem como redução de índices de sucata e retrabalho na Divisão, evidenciando que é possível atender as exigências impostas por um mercado competitivo e globalizado, sem que haja prejuízo dos fatores humanos envolvidos nesse processo de produção.

Projeto, construção e analise de células de carga de placa e de anel

Iniciamos o presente trabalho fazendo um estudo comparativo entre duas células de carga de compressão, ambas em formato cilíndrico, possuindo internamente, à meia altura do corpo, uma placa engastada. Estas duas células de carga são de aço SAE 1045; para uma delas adaptamos um modelo matemático teórico, através do qual foram pré-determinadas as suas dimensões, objetivando em comportamento ótimo no que se refere às distribuições de tensões e deformações, esta denominamos de Célula de Carga I. Na outra, denominada de Célula de Carga II, alteramos algumas dimensões, com a finalidade de comparar seu comportamento em relação à primeira. Também, no transcorrer do trabalho analisamos e comparamos os resultados matemáticos com os valores práticos encontrados. Frente aos resultados obtidos neste estudo prévio, projetamos, construímos e analisamos cinco outras células de carga (Células de Carga III, IV, V, VI e VII), em termos de geometria, material e tratamento térmico, visando o aperfeiçoamento de tais transdutores de força no que concerne a usinagem, resposta de sinal elétrico, limitações e aplicações industriais.

Otimização do uso de óleos refrigerantes na indústria metal-mecânica

Neste trabalho, foi realizado um estudo de óleos refrigerantes emulsionados utilizados em máquinas de usinagem da indústria metal-mecânica, com o objetivo de minimizar os gastos com reposição de óleo e o volume de resíduos contaminados pelo mesmo. Foram constatados três problemas principais na utilização do óleo refrigerante emulsionado em estudo: a presença de bactérias degradantes do óleo, a reposição da emulsão de maneira indevida e o arraste de óleo pelos cavacos e limalhas provenientes da própria usinagem. Como solução para estes três problemas principais, foi projetado um equipamento de controle e automação. Este protótipo é composto por três partes essenciais: tratamento bacteriológico prévio da água usada para emulsão do óleo, passagem da água de reposição através dos cavacos e limalhas e controle da concentração do óleo na emulsão. O protótipo foi instalado em um máquina de usinagem da Empresa AGCO do Brasil, sede Canoas e os resultados obtidos foram surpreendentes quanto às grandes possibilidades de minimização dos gastos com óleo refrigerante e do volume de resíduos contaminados por óleos.

Estudo da nitretação a plasma aplicada em ferramentas para fresamento

Este trabalho tem como objetivo estudar a influência do tratamento superficial, através da técnica de nitretação a plasma, no processo de fresamento com fresas de aço rápido AISI M2. Foram investigados os efeitos deste tratamento superficial no processo de corte, variando-se a forma de refrigeração/lubrificação das fresas com fluído de corte convencional (emulsão) em abundância, com minimização e sem fluído (lubrificação a seco). Na nitretação, a composição da mistura de gases utilizada nos experimentos foi de 5% N2 e 95% H2 em volume, a uma pressão de tratamento de 5 mbar (3,8 Torr). A temperatura utilizada foi de 440oC, durante um tempo de tratamento de 30 minutos, resultando em uma camada nitretada com uma zona de difusão com aproximadamente 8µm de profundidade. As ferramentas empregadas no processo de fresamento foram investigadas através de medição de forças de usinagem, medições de desgaste na superfície de incidência (flanco) e na superfície de saída (face), sendo as camadas nitretadas caracterizadas por metalografia óptica e microdureza. Foi observado um desempenho superior das fresas nitretadas apenas para as condições de corte a seco.

Uma avaliação técnico/econômica da reciclagem de revestimentos asfálticos a frio em usina em área urbana

Trata-se nesta dissertação do emprego da reciclagem a frio de revestimentos asfálticos em usina com a finalidade de aproveitamento como camada de revestimento em vias de tráfego leve e muito leve. São revistos os conceitos de dimensionamento de pavimentos e da dosagem de misturas asfálticas. Dá-se especial atenção ao valor do revestimento asfáltico recuperado e a relevância que a reciclagem tem sobre a redução do descarte de resíduos sólidos no meio ambiente. Identifica-se a importância do emprego da reciclagem sobre o comportamento da sociedade. A metodologia adotada tem por base uma revisão bibliográfica dos registros de trabalhos de reciclagem a frio realizados no Brasil e no exterior. Faz-se um relato dos procedimentos de caracterização dos materiais envolvidos e dos cuidados a serem observados para obter-se um produto final de qualidade. Estão aqui descritos os processos industriais de usinagem da mistura reciclada em plantas industriais fixas. É estabelecida uma proposta de definição da viabilidade econômica de emprego da reciclagem a frio em comparação com o revestimento asfáltico tradicional. Ao final são registrados temas a serem estudados visando tornar a reciclagem a frio de revestimentos asfálticos em usinas de áreas urbanas mais conhecida e considerada como alternativa para a melhoria da qualidade de vida nas cidades.

Adesão de filme auto-sustentado de diamante CVD em metal duro

O objetivo deste trabalho foi desenvolver conhecimento científico e tecnológico sobre o mecanismo de adesão de filmes de diamante CVD em metal duro. Foi estudado de forma sistemática o processo de brasagem reativa convencional em vácuo, com liga de AgCuTi, onde foram avaliados os efeitos do tempo, da temperatura e da atmosfera durante o processo de brasagem. O grau de aderência foi avaliado por um ensaio de tração mecânica adaptado. Os melhores resultados foram obtidos para brasagem em vácuo, em temperaturas na faixa de 900 a 920 oC e tempos de 3 a 20 minutos. Tendo em vista as limitações da brasagem em vácuo, relacionadas à reatividade do elemento reativo, o Ti, a baixa resistência da liga (à base de cobre e prata, que são metais macios) e a necessidade de uma atmosfera controlada para evitar a oxidação do próprio diamante na faixa de temperatura utilizada, foi desenvolvido neste trabalho um novo método de Adesão e brasagem de filmes auto-sustentados de diamante CVD em metal duro. Este método utiliza altas pressões e altas temperaturas para promover a adesão, utilizando câmaras simples e de baixo custo. Os resultados obtidos mostraram ser possível unir diamante ao metal duro com ou sem o material de adição, em condições de pressão e temperatura adequadas. As vantagens de utilizar alta pressão relacionam-se à possibilidade de manter o diamante estável em altas temperaturas, minimizar as falhas de preenchimento na interface entre o diamante e o metal duro, facilitar a difusão na interface, através das fronteiras de grão, promover o ancoramento e minimizar a espessura da película de brasagem quando utilizado o material de adição O grau de aderência das amostras foi avaliado através de um ensaio de cisalhamento e os resultados foram excelentes. No caso da adesão direta em altas pressões, sem o material de adição, o mecanismo responsável pela aderência provavelmente está relacionado ao ancoramento induzido pela pressão e à difusão do cobalto, presente no metal duro, para a interface com o diamante, servindo como uma espécie de “cola”. Entretanto, esta “cola” atua como catalisador para o carbono e pode interferir na estabilidade do filme de diamante. De fato, para adesão direta a 2,5 GPa e 1200 oC, observou-se a completa grafitização do filme de diamante. Este grafite apresentou alto grau de cristalinidade e de orientação preferencial, com planos basais não paralelos à superfície de interface. Para adesão direta a pressões dentro da região de estabilidade termodinâmica do diamante, este permaneceu íntegro e, inclusive, observou-se uma melhora na cristalinidade para adesão direta a 7,7 GPa e 1500 oC. Na adesão direta em alta pressão, é preciso levar em consideração a cinética do processo de adesão, relacionada à difusão do cobalto, e a estabilidade de fase do diamante. Na brasagem em alta pressão, foram obtidos resultados positivos para processamentos a 2,5 GPa e 4 GPa, na mesma faixa de temperatura utilizada na brasagem convencional. Como estas temperaturas são menores, não houve grafitização do filme a 2,5 GPa. A 7,7 GPa, a liga ficou completamente aderida ao diamante e não houve a união com o metal duro. Isso ocorreu pela diferença de compressibilidade da liga em relação ao diamante e ao metal duro Foram produzidas algumas ferramentas utilizando a brasagem convencional, as quais foram afiadas e testadas em condições de usinagem, com resultados satisfatórios.

Estudo em laboratório do comportamento mecânico de misturas betuminosas utilizadas em pistas experimentais

A presente dissertação tem como objetivo caracterizar em laboratório o comportamento mecânico de uma mistura asfática com cimento asfáltico convencional (CAP 20) e de uma mistura asfáltica com cimento asfáltico modificado por polímero (3% SBS), verificando as propriedades de deformação plástica, deformação elástica, fadiga, desgaste e permeabilidade das misturas. Foram realizados ensaios em corpos de prova moldados no Laboratório de Normas e Pesquisas do DAER-UNP e em corpos de prova extraídos de pistas experimentais implantadas na Área de Pesquisas e Testes de Pavimentos da UFRGS - DAER/RS. Foram determinados o módulo de resistência, a resistência à tração, degaste Cantabro, o comportamento à fadiga, a condutiviadade hidráulica e a deformação permanente. Tendo em vista a provável oxidação do ligante no processo de usinagem, ficou comprometida a avaliação comparativa da mistura com asfalto modificado. A partir de então passou a se estudar o comportamento mecânico de misturas asfálticas que provavelmente sofreram processo de oxidação. De um modo geral, as misturas asfálticas estudadas apresentaram praticamente o mesmo desempenho em relação a módulo de resiliência, resistência à tração e às deformações plásticas. Em relação ao desgaste, à permeabilidade e à fadiga, a mistura asfáltica com cimento asfáltico convencional, por apresentar melhor compacidade e menores volumes vazios, apresentou melhores resultados.

Avaliação do desempenho da lagoa de polimento da indústria metal-mecânica Agrale S/A, Caxias do Sul-RS

A Agrale S.A. é uma empresa que produz veículos, tratores e motores a diesel. Na Unidade de Caxias do Sul - RS, os efluentes líquidos gerados provêm das cabines de pintura, tratamento de superfície, cabine de lavagem de peças com óleos, usinagem, esgoto cloacal e lavagem de veículos. Todas essas águas residuárias são enviadas à estação de tratamento de efluentes onde recebem tratamento físico-químico (coagulação-floculação) e biológico (lagoa aerada seguida por uma lagoa de polimento com aguapés). Entretanto, no monitoramento da ETE, observou-se que em algumas ocasiões os teores de nitrogênio e fósforo excediam os limites de emissão. Ainda, na Empresa, não havia uma metodologia estabelecida para o acompanhamento da eficiência de operação da lagoa com aguapés, unidade onde se espera que as concentrações residuais de nutrientes sejam reduzidas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar o desempenho da lagoa com aguapés empregada como etapa de polimento na estação de tratamento de efluente. Avaliou-se a eficiência da lagoa sem aguapés, com 50% de aguapés e com aguapés. Ainda, para um recobrimento de 50% de aguapés, investigou-se o desempenho nas diversas estações do ano. Os parâmetros avaliados foram sólidos suspensos, DQO, nitrogênio Kjeldahl total, fósforo total, óleos e graxas e ferro. Os resultados demonstraram que a existência de uma lagoa estabilização para fins de polimento é importante na estação de tratamento de efluentes da Empresa, pois reduz consideravelmente o número de não conformidades na qualidade do efluente final. A lagoa sem recobrimento de aguapés apresentou o melhor resultado em relação ao parâmetro DQO. A lagoa com 50% de recobrimento de aguapés os melhores valores em relação à sólidos suspensos, nitrogênio Kjeldahl total, fósforo total e ferro A lagoa com aguapés apresentou os melhores resultados em relação à remoção de óleos e graxas. Entretanto, como a função primordial da lagoa era a remoção de nutrientes, considerou-se que, para o caso da ETE da Agrale, a melhor opção é a operação com um nível de 50% de recobrimento de aguapés. Com este nível de recobrimento, os índices médios anuais de remoção foram: 23,8% na concentração de sólidos suspensos, 44,8 % na concentração de DQO, 77,0 % no teor de nitrogênio, 60,5 % no teor de fósforo, 44,4 % no teor de óleos e graxas e 26,4% no teor de ferro. De modo geral, a remoção de nitrogênio e fósforo ocorreu durante todo o ano. Porém, no caso do fósforo, a remoção foi maior nas estações inverno e primavera, épocas em que ocorria o crescimento dos aguapés. A biomassa de aguapés retirada na lagoa da Agrale apresenta-se com composição parecida com a de aguapés retirados do meio natural e de em lagoas eutrofizadas com esgoto doméstico. Não se apresenta contaminada com metais pesados, possibilitando o seu descarte através da transformação em composto agrícola. O composto de aguapés obtidos na Agrale atende aos Padrões da Portaria número 1 de 04/03/1983. O material pode ser facilmente descartado pela simples introdução nos canteiros e gramados na Empresa. O uso de lagoa de aguapés é uma alternativa viável no polimento final de efluentes do setor metalmecânico. A lagoa de aguapés auxilia na remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo), óleos e graxas e concentrações residuais de metais pesados; apresentando sucesso nas condições climáticas de Caxias do Sul, RS.

Dispositivos visuais como apoio para a troca rápida de ferramentas : a experiência de uma metalúrgica

Este trabalho visa avaliar a contribuição do uso de dispositivos visuais no combate às perdas durante o processo de setup, dentro do conceito de troca rápida de ferramentas. O estudo foi realizado em uma metalúrgica, focando o setor de usinagem composto por tornos CNC (Controle Numérico Computadorizado). As melhorias relativas aos dispositivos visuais foram implantadas a fim de organizar o setor de tornos e reduzir o tempo de setup dessas máquinas. O processo de implantação iniciou a partir de um diagnóstico da situação existente quanto à troca de ferramentas, realizado por meio dos seguintes procedimentos: descrição dos processos de produção; levantamento da percepção dos funcionários quanto às melhorias necessárias; percepções da pesquisadora. Com base nesse diagnóstico, foi realizado um estudo para a priorização máquinas onde as melhorias seriam implementadas. Através do registro dos tempos de setup antes e após o período de implantação das melhorias, verificou-se que os tempos aumentaram em três máquinas e reduziram em três. Embora existam diferenças de desempenho entre as máquinas, algumas falhas no processo de implantação ficaram evidentes: falta de aderência aos padrões de setup, visto que os trabalhadores não separavam tempo interno e externo; treinamento insuficiente sobre a TRF e seus benefícios; falta de reuniões periódicas e negligência do estágio estratégico de preparação para a TRF, visto que não foram estabelecidas metas claras de desempenho nem um plano global de implantação.

Aplicação de um sistema robótico utilizando recursos de sistemas CAD/CAM para o processo de fresamento

Sistemas produtivos industriais podem combinar, em células de manufatura, diferentes características de automação de processos permitindo interfaceamento e possibilitando a flexibilização e otimização da manufatura. Nos processos de fabricação, as dificuldades para a execução de processos de usinagem convencional ou mesmo através de comando numérico, quando se dispõe de máquinas adequadas para a fabricação de peças de geometrias complexas, podem limitar a criatividade, bem como dificultar o desenvolvimento do processo produtivo de forma otimizada. As dificuldades encontradas vão desde fixação das peças, necessidades de dispositivos especiais, restrições nos volumes de trabalho de máquinas CNC e mesmo a geração de trajetórias complexas para máquinas com limitações de eixos. Este trabalho propõe uma metodologia alternativa para usinagem, especialmente fresamento, com desenvolvimento de um algoritmo capaz de, através da utilização de recursos de sistemas CAD/CAM, traduzir arquivos gráficos para uma linguagem de programação utilizada em robôs. Na aplicação utilizam-se recursos dos sistemas CAD/CAM para gerar, numa primeira etapa, o código de programação para máquinas-ferramenta de comando numérico e posterior adaptação, para aplicação em sistemas robóticos. Informações de caminhos de ferramenta para usinagem em máquinas CNC são convertidos, através de uma interface computacional, em trajetórias a serem seguidas por uma ferramenta guiada por um manipulador de robô industrial. Os parâmetros de processo são também adequados as restrições dos sistemas robotizados. A viabilidade do sistema proposto é confirmada através de testes realizados em modelos de superfícies complexas, onde o objetivo do referido trabalho foi alcançado.