anÁlise e resoluÇÃo de problema do processo de …

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA

ANA PAULA AONO

ANÁLISE E RESOLUÇÃO DE PROBLEMA DO PROCESSO DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA DE TUBOS METÁLICOS NA

INDÚSTRIA AUTOMOTIVA

LORENA

2018

ANA PAULA AONO

ANÁLISE E RESOLUÇÃO DE PROBLEMA DO PROCESSO DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA DE TUBOS METÁLICOS NA INDÚSTRIA

AUTOMOTIVA

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena – Universidade de São Paulo como requisito parcial para conclusão da Graduação do curso de Engenharia de Produção. Orientador: Prof. Dr. João Paulo Pascon

LORENA

2018

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,

com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Aono, Ana Paula Análise e Resolução de Problema do Processo deFabricação de Tubos Metálicos na Indústria Automotiva/ Ana Paula Aono; orientador Prof. Dr. João PauloPascon. - Lorena, 2018. 87 p.

Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de Engenhariade Produção - Escola de Engenharia de Lorena daUniversidade de São Paulo. 2018

1. Conformação mecânica. 2. Sete ferramentasbásicas da qualidade. 3. Hidroconformação. 4. Ensaiosmecânicos. 5. Chassis. I. Título. II. Pascon, Prof.Dr. João Paulo, orient.

AGRADECIMENTOS

Agradeço, primeiramente, à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade

de São Paulo por ter me dado a oportunidade de estudar e crescer pessoalmente e

profissionalmente.

À minha família, em especial minha mãe, que me apoiou por todos esses anos

para que eu pudesse concluir minha graduação com sucesso.

Ao professor-orientador, João Paulo Pascon, por ter me orientado neste

trabalho de conclusão de curso e por ter me dado a honra de ser sua primeira

orientanda na escola.

À empresa financiadora deste projeto, pois sem essa oportunidade eu não teria

agregado uma experiência fascinante no ramo da indústria automotiva.

Ao meu ex-supervisor de estágio Anthony Hyatt, que desde sempre se colocou

com prontidão para me ajudar no que fosse necessário.

Ao professor Cleginaldo Carvalho, ex-professor da escola, que me incentivou

e recomendou referências bibliográficas para o trabalho, pois sua tese de mestrado

compartilhou de tema parecido com este presente trabalho.

Aos professores da Engenharia de Produção: Marco Antônio Pereira, Messias

Borges e Fabrício Maciel por terem administrado este curso e feito dele referência

nacional em inovação.

Ao meu marido e meus amigos de Lorena pelo apoio emocional durante o curso.

E, por fim, agradeço simplesmente o fato de eu ter me graduado em engenharia.

RESUMO

Aono, A. P. Análise e Resolução de Problema do Processo de Fabricação de Tubos

Metálicos na Indústria Automotiva. 2018. Monografia, Escola de Engenharia de Lorena

– Universidade de São Paulo, Lorena, 2018.

Entender os processos produtivos utilizados nas indústrias é muito importante para os

engenheiros de produção. No caso da indústria automotiva, os processos mais

utilizados são os de conformação mecânica a frio. A empresa que financiou este

projeto é do ramo automotivo e utiliza os processos de conformação mecânica a frio

de dobragem, pré-conformação e hidroconformação. No momento, a empresa

enfrenta o problema do aparecimento de trincas após a fabricação dos tubos do eixo

de rodas dianteiro de veículos. O objetivo da presente monografia foi encontrar a

causa raiz e solucionar o problema das trincas na fabricação desses tubos. Foi feito

um levantamento de possíveis causas para levar à raiz do problema com base em

cinco das sete ferramentas básicas da qualidade e, para isso, foi necessário executar

uma série de procedimentos, como análise de informações providas pelo fornecedor,

análise estatística de ensaios mecânicos de dureza e tração nos tubos desde a sua

forma inicial até a sua forma final hidroconformada e análise da simulação de

conformação mecânica feita pelo programa de computador Autoform. Com os

resultados dessas análises, foi possível achar a causa raiz, que está totalmente ligada

ao processo de conformação mecânica de dobragem, e, assim, concluir esse projeto

de Pesquisa-Ação e sugerir melhorias no processo de produção desses tubos.

Encontrar a causa raiz deste problema foi de extrema importância para melhorar o

processo de produção da empresa e, consequentemente, ajudar a reduzir sua perda

com produtos defeituosos, diminuindo os custos gerais para a empresa. Dessa forma,

espera-se que essa monografia contribua com a resolução de problemas similares de

conformação mecânica em outras empresas e instituições através da utilização de

cinco das sete ferramentas básicas da qualidade.

Palavras-chave: Conformação Mecânica. Sete Ferramentas da Qualidade.

Hidroconformação de tubos, Ensaios Mecânicos, Chassis.

ABSTRACT

Aono, A. P. Analysis and Resolution of Metal tubes Production Process’ Issue in

Automotive Factory. 2018. Monograph, Lorena School of Engineering – University of

São Paulo, Lorena, 2018.

Understanding the productive processes used in industries is very important for

production engineers. In the case of automotive industry, the most used processes are

those of cold mechanical forming. The company that financed this project is in the

automotive field and uses the processes of cold mechanical forming of bending,

preforming and hydroforming. At present, the company faces the problem of the

appearance of cracks after the manufacture of the front axle tubes of vehicles. The

objective of this monograph was to find the root cause and solve the problem of cracks

in the manufacture of these tubes. A survey of possible causes was carried out to get

to the root of the problem based on five of the seven basic quality tools and for this a

series of procedures, such as supplier-provided information analysis, statistical

analysis of mechanical hardness and traction in the tubes from their initial form to their

hydroformed final shape and analysis of the simulation of mechanical conformation

made by the Autoform computer program. With the results of these analyses, it was

possible to find the root cause, which is totally linked to the mechanical bending

conformation process, and, thus, to complete this Research-Action project and suggest

improvements in the production process of these tubes. Finding the root cause of this

problem was extremely important to improve the company's production process and

hence help reduce your loss with defective products while lowering overall costs for

the company. Therefore, it is expected that this monograph will contribute to solving

similar problems of mechanical conformation at other companies and institutions

through the use of five of the seven basic quality tools.

Keywords: Mechanical Forming. Seven Basic Tools of Quality. Mechanical Testing.

Hydroforming of Tubes, Mechanical tests, Chassis.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 8

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ........................................................................................................... 8

1.2 JUSTIFICATIVA ...................................................................................................................... 10

1.3 OBJETIVO ............................................................................................................................... 11

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................................... 12

2.1 A EMPRESA ........................................................................................................................... 12

2.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE TUBOS DO EIXO DE RODAS DIANTEIRO NA EMPRESA ........................................................................................................................................... 12

2.2.1 O Produto ........................................................................................................................... 12

2.2.2 O Processo de fabricação .............................................................................................. 13

2.3 PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA ............................................................ 14

2.3.1 Processo de dobragem ................................................................................................... 16

2.3.2 Processo de pré-conformação ..................................................................................... 18

2.3.3 Processo de hidroconformação ................................................................................... 18

2.3.4 Autoform ............................................................................................................................. 20

2.4 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS .......................................................... 21

2.4.1 Dureza ................................................................................................................................. 21

2.4.2 Tensão e deformação ...................................................................................................... 22

2.5 TEORIA METODOLÓGICA DA PESQUISA ...................................................................... 24

2.5.1 As sete ferramentas básicas da qualidade ............................................................... 25

2.5.1.1 Folha de verificação ....................................................................................................... 25

2.5.1.2 Fluxograma ...................................................................................................................... 26

2.5.1.3 Diagrama de causa e efeito .......................................................................................... 27

2.5.1.4 Diagrama de Pareto ....................................................................................................... 27

2.5.1.5 Histograma ...................................................................................................................... 28

2.5.1.6 Diagrama de dispersão .................................................................................................. 29

2.5.1.7 Carta de controle ............................................................................................................ 29

3 MATERIAIS ................................................................................................................................. 31

3.1 TUBOS E ESPECIFICAÇÃO ................................................................................................ 31

3.1.1 Requisito Principal da Fabricação dos Tubos ......................................................... 32

3.2 MÁQUINA DE MEDIÇÃO DE DUREZA .............................................................................. 33

3.3 APARELHO PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE DUREZA ...................................................... 34

3.4 INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO DE ESPESSURA ........................................................... 35

3.5 MÁQUINA DE ENSAIO DE TRAÇÃO ................................................................................. 36

4 METODOLOGIA ......................................................................................................................... 38

4.1 RESUMO ................................................................................................................................. 38

4.2 PROJECT CHARTER ............................................................................................................ 39

4.3 METODOLOGIA DAS SETE FERRAMENTAS DA QUALIDADE .................................. 41

4.4 CRONOGRAMA ..................................................................................................................... 41

4.5 METODOLOGIA DOS ENSAIOS MECÂNICOS ............................................................... 43

4.5.1 Preparação de amostras ................................................................................................ 43

4.5.1.1 Amostras da superfície do tubo .................................................................................... 43

4.5.1.2 Amostras da seção transversal do tubo ...................................................................... 44

4.5.2 Metodologia do ensaio de dureza com Vickers Armstrong e com aparelho portátil GE MIC10 ............................................................................................................................. 45

4.5.2.1 Teste 1 ............................................................................................................................. 49

4.5.2.2 Teste 2 ............................................................................................................................. 49

4.5.2.3 Teste 3 ............................................................................................................................. 53

4.5.3 Metodologia do ensaio de tração ................................................................................. 53

4.5.4 Medição de espessura .................................................................................................... 54

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................................ 56

5.1 DIAGRAMA DE ISHIKAWA E FLUXOGRAMA ................................................................. 56

5.2 TESTE 1 ................................................................................................................................... 58

5.2.1 Resultados com Aparelho Portátil em amostras em forma de tiras ................... 58

5.2.1.1 Carta de Controle para Resultados do Aparelho Portátil ......................................... 61

5.2.2 Resultados com Aparelho Portátil em amostras de seção transversal ............ 62

5.2.3 Resultados com máquina Vickers Armstrong .......................................................... 64

5.3 TESTE 2 ................................................................................................................................... 65

5.3.1 Tubo 5 .................................................................................................................................. 65

5.3.1.1 Comparação entre quantidade de medições e precisão dos resultados ............... 68

5.3.1.2 Carta de Controle para Resultados com Aparelho Vickers-Armstrong .................. 70

5.3.2 Tubo 6, 7 e 8 ....................................................................................................................... 71

5.3.3 Tubo 9 .................................................................................................................................. 71

5.3.3.1 Medição de espessura ................................................................................................... 73

5.3.3.2 Comparação com Simulação Autoform ...................................................................... 77

5.4 TESTE 3 ................................................................................................................................... 80

5.5 DISCUSSÕES ......................................................................................................................... 81

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................................... 84

6.1 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................... 84

7 REFERÊNCIAS .......................................................................................................................... 85

8

1 INTRODUÇÃO

Esta seção inicia a monografia, contextualizando, justificando e estabelecendo

o objetivo proposto pelo projeto do presente trabalho.

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO

O processo produtivo de um determinado ramo da indústria é um tema de

extrema importância para os engenheiros de produção. Entendendo o processo de

produção, é possível verificar falhas e aplicar melhorias que podem contribuir com

diversas variáveis do processo de produção: diminuição de tempo de produção, de

falhas no processo, de perdas de produtos, de gastos na produção e,

consequentemente, de descarte de produtos defeituosos.

A indústria automotiva é o ramo responsável pela fabricação de veículos

automotores, incluindo a maioria dos seus componentes, como motores e carrocerias,

mas excluindo-se pneus, baterias e combustível. Para a fabricação desses

componentes, métodos de conformação mecânica de metais, como dobragem,

estampagem, trefilação, são utilizados, a depender do componente a ser fabricado.

A conformação mecânica a frio de metais é um processo muito utilizado em

indústrias automotivas. A Empresa é uma empresa multinacional desse ramo que

fabrica chassis para as mais diversas marcas de carro, como Jaguar, Nissan e Land-

Rover e utiliza a conformação a frio para fabricação de seus produtos.

A presente monografia aborda a fabricação dos tubos que pertencem ao chassi

do eixo de rodas dianteiro de automóveis. O eixo de rodas é a peça inferior do

automóvel que conecta as rodas dianteiras e as rodas traseiras (ver figura 1.1).

9

Figura 1.1 – Eixo de Rodas de um Automóvel

Fonte: Adaptado de Autoguide.com (2015).

Para a fabricação de qualquer parte de um automóvel, seja ele parte do chassi,

do motor ou da parte elétrica, é necessário que haja um planejamento com o cliente

para atender aos seus critérios, como definição das dimensões do produto, cor, tipo

de material, tipo de fabricação, entre outros. Primeiramente, há uma reunião com o

cliente para a definição do eixo de rodas que será produzido pela Empresa. Assim,

envia-se o requerimento do cliente para o setor de engenharia do produto, onde será

desenhado o protótipo da peça. Se aceito, o protótipo é enviado para o setor de

engenharia do processo e de engenharia da qualidade para que eles definam se

aquele protótipo é adequado para a capacidade da fábrica, ou seja, se as máquinas

que a fábrica possui são capazes de fabricar o produto e se atende aos requisitos de

qualidade do cliente, como dimensões do material, tenacidade, ductilidade, dureza,

entre outros. Se aceito, o projeto é enviado ao cliente para que ele aprove a fabricação

da peça. Aprovado, a empresa começa a se organizar para a fabricação da peça.

Como a peça abordada nessa monografia é o tubo do eixo de rodas dianteiro,

somente o processo de fabricação desses tubos é abordado ao longo desta

monografia.

Os tubos de aço-carbono chegam do fornecedor laminados, soldados e retos,

ou seja, o produto já vem para a empresa na forma de tubo redondo (ver figura 1.2).

Legenda

1- Eixo de rodas dianteiro 2- Eixo de rodas traseiro 3- Eixo de transmissão

1

2

3

10

Figura 1.2 – Tubos de aço-carbono

Fonte: ArcelorMittal [2018].

Os processos de conformação mecânica a frio que a empresa utiliza para a

fabricação dos tubos dos eixos de rodas dianteiro são: dobragem, pré-conformação e

hidroconformação. O processo de dobragem é feito por uma máquina que dobra,

neste caso, o tubo no formato requisitado no projeto da peça. Já a pré-conformação é

um processo que deforma a peça de forma que a peça se encaixe na matriz da

máquina de hidroconformação. Por fim, o processo de hidroconformação é o processo

que deforma a peça na geometria definida pela matriz da sua própria máquina,

obtendo-se, então, o produto final. Mais detalhes sobre esses processos de

conformação mecânica estarão localizados no item 2.3 dessa monografia.

Quando o tubo é finalmente fabricado, ele é transportado para a planta que

reúne as outras peças do eixo de rodas. Quando a peça é montada, o eixo de rodas

é empacotado em lotes e enviado para o cliente.

O presente trabalho é do tipo Pesquisa-Ação, no qual a autora participará

ativamente das atividades propostas desse estudo em forma de estágio

supervisionado na Empresa da Inglaterra.

1.2 JUSTIFICATIVA

Atualmente, a planta da empresa da cidade de Newton Aycliffe, na Inglaterra,

lida com um problema na fabricação de tubos do eixo de rodas dianteiro, nos quais

aparecem trincas ao final dos processos de conformação mecânica.

11

A justificativa do trabalho é a de ajudar a empresa a encontrar a causa do

problema das trincas do tubo dianteiro do eixo de rodas. Com a aplicação de

conhecimentos adquiridos das ferramentas básicas da qualidade durante o curso de

Engenharia de Produção na EEL-USP neste projeto, é possível identificar a causa do

problema e diminuir perdas com peças defeituosas, as quais afetam diretamente na

área financeira da empresa e na sua reputação com o cliente.

1.3 OBJETIVO

O objetivo desse trabalho de conclusão de curso é identificar a(s) causa(s) do

aparecimento das trincas nos tubos e sugerir melhorias no processo de produção dos

tubos do eixo de rodas dianteiro, de acordo com os resultados obtidos da metodologia

planejada para essa monografia.

12

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Esta seção aborda os referenciais teóricos essenciais para o entendimento dos

conceitos utilizados nesta monografia.

2.1 A EMPRESA

A empresa patrocinadora deste projeto pertence a um grupo internacional

dedicado à concepção, desenvolvimento e fabricação de componentes metálicos

automotivos. O grupo é especialista no desenvolvimento de produtos inovadores para

alcançar veículos mais seguros e mais leves, reduzindo assim o consumo de energia

e o impacto ambiental.

A empresa foi fundada em 1997 com o objetivo de ser um fornecedor global

com foco em tecnologia. Desde então, a empresa cresceu de forma constante,

adicionando progressivamente novos produtos e tecnologias. Isso os fez líderes no

projeto e fabricação de componentes automotivos e um dos principais fabricantes da

indústria automotiva em todo o mundo.

O local de pesquisa deste trabalho de conclusão de curso se dará na planta da

empresa que fica na cidade de Newton Aycliffe, na Inglaterra.

2.2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE TUBOS DO EIXO DE RODAS

DIANTEIRO NA EMPRESA

Esta seção aborda o processo de fabricação dos tubos do eixo de rodas

dianteiro na empresa.

2.2.1 O Produto

O produto analisado nesta monografia é o tubo dianteiro do eixo de rodas de

uma determinada marca de carro que a empresa fornece seu serviço. A figura 2.1

13

mostra o eixo de rodas fabricado pela empresa. A área demarcada pelo eclipse

vermelho, ainda na figura 2.1, é o tubo dianteiro estudado nessa monografia.

Figura 2.1 – Eixo de Rodas de Automóvel

Fonte: Acervo da empresa.

2.2.2 O Processo de fabricação

Os tubos chegam na empresa já laminados, ou seja, já chegam na forma

tubular. Na empresa, esses tubos passam somente pelos processos de dobragem,

pré-conformação e hidroconformação (ver figura 2.2).

Figura 2.2 – Processo de Fabricação do Tubo dianteiro do Eixo de Rodas


14

No início do processo, já na empresa, o tubo passa pela máquina de dobragem

para que comece a adquirir a forma de tubo dianteiro. Na figura 2.2, o tubo dobrado é

representado pela cor azul claro. Além disso, o tubo passa por esse processo para

ser ajustado corretamente na matriz da máquina de pré-conformação.

Na pré-conformação, o tubo é deformado por uma prensa contra a matriz onde

o tubo está localizado. Esse processo tem o objetivo principal de preparar o tubo para

se encaixar perfeitamente na matriz da máquina de hidroconformação.

Na etapa de hidroconformação, o tubo sofre, além da deformação por uma

prensa contra a matriz, pressão hidráulica na parte interna do tubo para finalizar o

formato esperado para o tubo dianteiro do eixo de rodas.

Todas as etapas de conformação serão melhor detalhadas no item 2.3 desta

monografia.

Ao final do processo de fabricação, algumas trincas surgem nos tubos (ver

figura 2.3). Conforme mencionado anteriormente, a causa do surgimento dessas

trincas será analisada neste trabalho.

Figura 2.3 – Trinca no tubo dianteiro do eixo de rodas


2.3 PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA

Para entender como funciona um processo produtivo de tubos automotivos, é

necessário, primeiramente, conhecer e compreender a técnica de fabricação. O

engenheiro de produção deve saber mesclar conhecimentos técnicos com

15

administração e gestão (BATALHA et al., 2008, p. 3). Dessa forma, ele deve aprender

como funciona a técnica de fabricação de qualquer produto.

Neste trabalho, o foco técnico será nos processos mecânicos que esses tubos

sofrem ao longo dos processos de conformação mecânica, tão bem como as

mudanças das propriedades mecânicas desses tubos, que serão abordadas no item

2.4.

A definição de conformação mecânica é a operação na qual se aplicam forças

externas em um material, neste caso em um metal, de forma que haja uma mudança

permanente nas dimensões e nas propriedades mecânicas do material (HELMAN,

CETLIN, 2005, p. 15).

Para a fabricação dos tubos do eixo de rodas dianteiro, a empresa utiliza três

processos de conformação mecânica: dobragem, pré-conformação e

hidroconformação. No caso dessa empresa, a conformação mecânica utilizada para

produzir seus tubos é a conformação a frio.

A conformação mecânica a frio é o trabalho mecânico que é realizado em

temperaturas menores do que as temperaturas de recristalização do material

(BRESCIANI et al., 2011, p. 14). Esse tipo de conformação cria um efeito no material

chamado “encruamento”, que tem como característica o aumento da resistência do

material através da deformação plástica (BRESCIANI et al., 2011, p. 15).

A deformação plástica acontece quando um material atinge a tensão limite de

escoamento e, após passar por essa tensão limite, o material começa a se deformar

de forma irreversível (BRESCIANI et al., 2011, p. 100). Os materiais que se deformam

e conseguem voltar ao estado inicial sofrem apenas a deformação elástica. A figura

2.4 é um exemplo de gráfico típico de teste de tensão uniaxial, mostrando a fase

elástica e plástica do material.

16

Figura 2.4 – Gráfico tração x deformação de aço com baixo teor de carbono

Fonte: Honeycombe (1968, p. 238).

Na figura 2.4, a linha reta corresponde à deformação elástica e a curva

corresponde à deformação plástica do aço de baixo teor de carbono, com limites

inferiores e superiores de escoamento (LIE e LSE) de 260 e 510 Mpa, respectivamente.

Após o LSE, a linha muda de comportamento e se torna uma curva exponencial, o

que caracteriza a deformação plástica neste caso. O material se rompe quando o

material atinge o limite de resistência à tração (LRT). Mais detalhes sobre as

propriedades mecânicas dos materiais serão abordados no item 2.4 desta monografia.

2.3.1 Processo de dobragem

O processo de dobragem dos tubos na empresa é feito por uma máquina

dobradora de tubos. É considerado o processo de conformação mecânica mais

comum da indústria mecânica.

Uma de suas principais características é a deformação plástica somente na

área dobrada e o material longe dessa área não sofre qualquer deformação

(MARCINIAK, DUNCAN, HU, 2002, p. 82).

Na empresa, o processo de dobragem é classificado como “Dobragem por

estiramento”, na qual o material a ser dobrado é fixo por um dispositivo de fixação a

um molde móvel que executa um movimento de rotação em torno de um eixo

(RODRIGUES, MARTINS, 2010, p. 610) (ver figura 2.5).

17

Figura 2.5 – Representação Esquemática da Dobragem de um tubo por Estiramento

Fonte: Rodrigues e Martins (2010, p. 610).

Os dispositivos de guiamento são as peças mais importantes na conformação

por dobragem. Essas peças ajudam o tubo a não deformar para direções que não são

desejadas na sua fabricação, fazendo com que o tubo siga o percurso desejado pela

fabricação das peças.

Para evitar a ovalização dos tubos no processo de dobragem, deve-se utilizar

mandris, que são colocados no interior do tubo (ver figura 2.6).

Figura 2.6 – Representação Esquemática da Utilização de Mandril


18

2.3.2 Processo de pré-conformação

O processo de pré-conformação da empresa é um processo de estampagem

que prepara a peça que deve se encaixar na matriz da máquina de hidroconformação.

A estampagem (ver figura 2.7) é um processo no qual ocorre o escoamento

forçado do material por uma punção (ou uma pressão) sobre o material contra uma

matriz, dando origem a uma peça com a geometria definida tanto pela punção quanto

pela matriz (RODRIGUES, MARTINS, 2010, p. 436).

Figura 2.7 – Representação Esquemática de uma Operação de Estampagem


A matriz e a punção de uma máquina são as responsáveis por modelar a peça

na geometria requerida.

2.3.3 Processo de hidroconformação

A hidroconformação é um processo de estampagem relativamente novo em

comparação aos demais processos de conformação mecânica. A característica

principal desse processo é a de se utilizar pressão interna promovida pela água em

peças ocas para dar forma a geometrias mais complexas. Ela surgiu junto com o

desenvolvimento de programas computacionais de simulação de conformações

19

mecânicas, por isso não há literaturas mais antigas sobre esse método de

conformação (SCHAEFFER, 2004, p. 147).

Há dois tipos de hidroconformação, uma de alta pressão e outra de baixa

pressão. A empresa utiliza processo de hidroconformação mecânica de alta pressão.

De forma geral, ela optou por esse processo em sua produção devido ao baixo custo

de fabricação a longo prazo que esse processo proporciona, apesar do alto custo de

investimento na compra de uma máquina de hidroconformação (SCHAEFFER, 2004,

p. 147). Com a máquina de hidroconformação, é possível economizar em outros

processos que utilizariam mão de obra para sua execução, como o processo de

soldagem, e produzir a peça em só uma operação (SCHAEFFER, 2004, p. 147). Por

exemplo, há vários detalhes no tubo do eixo de rodas dianteiro que seriam feitos por

soldadores, porém a máquina de hidroconformação já pouparia a empresa desse

processo.

Na hidroconformação, é preferível que se utilize tubos soldados ao invés de

tubos sem solda, pois há uma menor diferença na espessura do tubo em torno de seu

eixo em comparação com tubos sem solda (HOSFORD, CADDELL, 2011, p. 277).

Como já é sabido, primeiro a peça é dobrada, pré-conformada e então

hidroconformada. Nessa etapa, deve-se haver a expansão do tubo executada pela

pressão hidráulica aplicada (ver figura 2.8) de dentro para fora do tubo (MARCINIAK,

DUNCAN, HU, 2002, p. 153).

Figura 2.8 – Processo de Hidroconformação de Alta Pressão


20

O tubo é colocado na máquina de hidroconformação (etapa “a” da figura 2.8),

então a punção pressiona o tubo e fecha a matriz da máquina (etapa “b”). Em seguida,

água é bombeada para o interior do tubo (etapa “c” e “d”) até que preencha toda a

área interna da matriz, fazendo com que o tubo se expanda de dentro para fora,

obtendo o formato limitado pela matriz (etapa “e”). Por fim, a transmissão de água é

interrompida e a punção da máquina libera o tubo pronto (etapa “f”).

Como visto na figura 2.8, os tubos estão sujeitos a compressão axial,

representado como Faxial, juntamente com a pressão interna criada pela água, devido

a matriz externa da máquina de hidroconformação ser a responsável por manter a

dimensão externa do tubo, enquanto a pressão interna do tubo deforma o tubo de

dentro para fora (HOSFORD, CADDELL, 2011, p. 277).

2.3.4 Autoform

Para prever o comportamento mecânico dos tubos ao longo das etapas de

fabricação, a empresa utiliza o AutoForm, que é um programa de computador, ou

software, para projeto de ferramentas e simulação de processos de conformação

mecânica (AUTOFORM, 2018).

A empresa utiliza a versão Hydro do Autoform, que é voltado especificamente

para os processos de hidroconformação, mas também faz simulações de dobragem,

pré-conformação, cortes, calibração, entre outras (AUTOFORM, 2018). O AutoForm

Hydro permite que os usuários simulem e avaliem o processo completo de fabricação

de peças hidroconformadas. O AutoForm Hydro pode ser usado por projetistas de

peças, engenheiros de processo, bem como fabricantes de ferramentas e matrizes,

para avaliar projetos de ferramentas de hidroconformação e esboços de processos

(AUTOFORM, 2018).

Para executar as simulações, é necessário que haja dados sobre a composição

química do material, valores de tensão de escoamento, limite de ruptura, gráfico do

ensaio de tração do material sem ser deformado, entre outros dados. Em outras

palavras, no caso deste trabalho, seriam os dados do ensaio de tração e da

composição química do tubo reto.

21

2.4 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS

Esta seção descreverá as propriedades mecânicas importantes para essa

monografia, que são dureza, tensão e deformação do material.

2.4.1 Dureza

A dureza é a propriedade mecânica na qual se avalia a resistência da superfície

do material à penetração de um outro material (VAN VLACK, 1970, p. 6). Em outras

palavras, é a dureza empregada para medir o efeito de uma pressão externa sobre o

material (GARCIA, SPIM, SANTOS, 2008, p. 65). Ela depende de algumas variáveis,

tais como: ligação entre átomos, íons ou moléculas e a resistência mecânica, como

tração e compressão, por exemplo (GARCIA, SPIM, SANTOS, 2008, p. 65). O material

é considerado “duro” quando não há ou há pouca deformação permanente no

momento que é sujeito a uma tensão local (O’NEILL, 1967, p. 1).

O método utilizado pela empresa para testar a dureza de seus materiais é o

método Vickers. Esse método foi introduzido no ano de 1925 por uma companhia

chamada Vickers-Armstrong, que criou as primeiras máquinas de dureza Vickers

(GARCIA, SPIM, SANTOS, 2008, p. 80).

Nesse método, é aplicada uma carga numa região superficial do material a ser

testado, por meio de um penetrador em forma de pirâmide de diamante com base

quadrada (ver figura 2.9). O objetivo do ensaio é medir as diagonais d1 e d2 da pirâmide

para se calcular a escala de dureza do material.

22

Figura 2.9 – Esquema representativo de aplicação do método Vickers

Fonte: Garcia, Spim e Santos (2008, p. 84).

Na figura 2.9, P é a carga aplicada (N), d1 e d2 é o comprimento da diagonal da

impressão (mm) e θ é 136º.

Assim, a unidade Vickers (HV), que é a escala de dureza do material utilizada

nesta monografia, pode ser representada pela fórmula 4.

�� 0,102 ∗ 2 ∗ ∗ ��

�� 0,189 ∗ � �� (4)

Na fórmula 4, d é a média dos comprimentos d1 e d2. Porém, há tabelas de

conversão para a unidade Vickers que somente utilizam a média das diagonais

obtidas no ensaio de dureza, não utilizando, dessa forma, a fórmula 4 (GARCIA, SPIM,

SANTOS, 2008, p. 84). Essa tabela pode ser vista no item 4.5.2 deste trabalho.

2.4.2 Tensão e deformação

A tensão é definida como a razão entre a força aplicada em uma área. Para o

caso de forças ortogonais, essa razão resulta na componente de tensão normal, de

forma geral, vista na fórmula 5.

23

� � �� (5)

Já a deformação normal, correspondente ao componente de tensão (5), é

representada pela fórmula 6.

�� ∆�

�� (6)

Onde ! é o comprimento inicial de referência e comprimento final na posição

deformada (GARCIA, SPIM, SANTOS, 2008, p. 9).

A figura 2.10 mostra um gráfico de tensão-deformação comparando um aço e

um alumínio.

Figura 2.10 – Diagrama tensão-deformação esquemático para o alumínio e o aço

Fonte: Garcia, Spim e Santos (2008, p. 11).

A região entre a origem dos eixos até εA ou εB (deformação do aço e

deformação do alumínio, respectivamente) é chamada de Região de Comportamento

Elástico ou Regime Elástico. Após esses limites de deformação, a região é chamada

de Região de Comportamento Plástico ou Regime Plástico (GARCIA, SPIM, SANTOS,

2008, p. 10/26), pois o material passa a exibir deformações permanentes.

Para esta monografia, a região que tem maior impacto na análise dos

resultados será o regime plástico, pois nele é possível determinar alguns parâmetros

24

do material analisado, como limite de resistência à tração (σu), limite de ruptura (σf) e

o alongamento ∆ (GARCIA, SPIM, SANTOS, 2008, p. 26). O parâmetro de limite de

resistência à tração será parte das análises estatísticas deste trabalho.

2.5 TEORIA METODOLÓGICA DA PESQUISA

A metodologia deste projeto tem como base as sugestões de planejamento da

metodologia de Pesquisa-Ação retirados de Cauchick Miguel et al. (2012).

Pesquisa-Ação é um método de pesquisa no qual há participação ativa do

pesquisador na resolução do problema de um determinado cliente (CAUCHICK et al.,

2012, p. 150).

De acordo com Cauchick et al. (2012), existem três tipos de Pesquisa-Ação:

Técnica, Prática e Emancipatória (ver quadro 2.1).

Quadro 2.1 – Modalidades da Pesquisa-Ação e suas Principais Características

Fonte: Cauchick et al. (2012, p. 152).

No caso desta monografia, o tipo de Pesquisa-Ação é a técnica, na qual o

pesquisador utiliza conhecimentos externos para solucionar o problema, utilizando

ensaios mecânicos laboratoriais para suportar sua tese e ajudar a achar a causa do

25

problema. Assim, a metodologia desse trabalho de Pesquisa-Ação segue a estrutura

da figura 2.11.

Figura 2.11 – Estruturação para Condução de Pesquisa-Ação

Fonte: Cauchick et al. (2012, p. 154).

Informações sobre cronograma, preparação de amostras e ensaios

laboratoriais serão abordados no item 4 dessa monografia.

2.5.1 As sete ferramentas básicas da qualidade

Cinco das sete ferramentas da qualidade, as quais são a Folha de Verificação,

Fluxograma, Diagrama de Causa e Efeito, Diagrama de Pareto, Histograma, Diagrama

de Dispersão e a Carta de Controle são utilizadas para analisar o problema das trincas

nos tubos do eixo de rodas dianteiro. Mensurar os parâmetros que atuam na

ocorrência de trincas nesses tubos por meio das sete ferramentas da qualidade será

essencial para ajudar a encontrar a causa do problema e analisar os resultados dos

ensaios mecânicos de dureza e tração dessa monografia.

2.5.1.1 Folha de verificação

As Folhas de Verificação são feitas de tabelas ou planilhas com o intuito de

facilitar a coleta de dados em um formato sistemático para compilação e análise de

26

procedimentos (COELHO, DA SILVA, MANIÇOBA, 2016, p. 37). O objetivo dessa

ferramenta é confirmar se os procedimentos do processo de produção pré-

estabelecidos estão sendo cumpridos e que, assim, o produto ou o processo cumpre

os requisitos pretendidos (CUNHA, 2010, p. 4).

2.5.1.2 Fluxograma

O Fluxograma é uma figura que mostra as etapas de um processo com o uso

de símbolos (ver figura 2.12). Ele permite uma rápida compreensão do fluxo de

atividades, de forma que seja fácil identificar a sequência dessas atividades. Há

diversos formatos para a construção de fluxogramas e cada formato tem uma melhor

adequação para cada tipo de atividade, facilitando a visualização do fluxo. Alguns dos

formatos são denominados de sintéticos, de blocos, de procedimentos, vertical e

horizontal, por exemplo. Todos os formatos apresentam funções específicas e cada

processo ou atividade pode combinar melhor com um ou outro formato (COELHO, DA

SILVA, MANIÇOBA, 2016, p. 35).

Figura 2.12 – Exemplo de Fluxograma de Blocos e Significado da Simbologia.

Fonte: Programação Básica [2018].

27

2.5.1.3 Diagrama de causa e efeito

Em 1943, Kaoru Ishikawa criou uma das sete ferramentas básicas da qualidade

chamada Diagrama de Causa e Efeito, também conhecido por Diagrama de Ishikawa

ou Diagrama Espinha de Peixe (ver figura 2.13). Ela foi feita para facilitar a

identificação da causa raiz e relacionar com o efeito (problema) e seu objetivo principal

é fazer com que haja maior foco nas causas do problema. Para se criar esse diagrama,

é feita uma coleta de todas as informações que possam contribuir com a identificação

da causa do problema. Ela pode ser dividida e subdividida em causa e subcausas

para melhor detalhamento (ISHIKAWA, 1988, p. 63-65).

Figura 2.13 – Diagrama de Ishikawa

Fonte: Cunha (2010, p. 7).

2.5.1.4 Diagrama de Pareto

O Diagrama de Pareto (ver figura 2.14) é um gráfico de barras criado pelo

engenheiro Velfredo Pareto que ordena a frequência, da maior para a menor, das

ocorrências de problemas (COELHO, DA SILVA, MANIÇOBA, 2016, p. 35). Esse

diagrama é importante para visualizar qual ou quais problemas e/ou causas são as

mais importantes para se resolver. No caso da figura 2.14, o maior defeito do produto

é “O botão está faltando”.

28

Figura 2.14 – Exemplo de diagrama de Pareto

Fonte: Suporte ao Minitab 18 (2018).

2.5.1.5 Histograma

Histograma é uma ferramenta estatística gráfica, geralmente em forma de

barras, que permite verificar a forma da distribuição, o valor central e a dispersão dos

dados (COELHO, DA SILVA, MANIÇOBA, 2016, p. 36). O eixo Y do gráfico indica a

frequência de determinado valor, enquanto o eixo X indica os valores (ver figura 2.15).

Neste caso, a maior frequência de torque (ou moda) tem o valor de 16, ou seja, quando

o torque foi medido, a maior parte das medições tiveram o valor de 16.

Figura 2.15 – Exemplo de Histograma


29

2.5.1.6 Diagrama de dispersão

O diagrama de dispersão é muito utilizado para verificar se há correlação entre

duas ou mais variáveis distintas (COELHO, DA SILVA, MANIÇOBA, 2016, p. 38). A

figura 2.16 mostra a correlação entre a porcentagem de gordura de um indivíduo e o

índice de massa corporal dele. Nesse gráfico é possível concluir que quanto menor a

porcentagem de gordura, menor é o índice de massa corporal do indivíduo, porém não

é possível afirmar, com certeza, se quanto maior a porcentagem de gordura, maior é

o índice de massa corporal devido a quantidade de pontos que confirmariam essa

afirmação.

Figura 2.16 – Exemplo de Diagrama de Dispersão


2.5.1.7 Carta de controle

O objetivo principal das cartas de controle é verificar se um processo está

dentro ou fora de controle (ver figura 2.17) e é composto de um limite superior e inferior

de controle e de uma linha central que indica a média entre os limites. O cálculo do

limite superior e inferior de controle é feito com o valor da média do experimento mais

ou menos três vezes o desvio padrão daquele experimento, respectivamente. O eixo

X indica a identificação das amostras testadas e o eixo Y é o valor das medições de

cada amostra.

30

Figura 2.17 – Exemplo de Carta de Controle


31

3 MATERIAIS

Esta seção descreve os materiais e os equipamentos que são utilizados neste

trabalho (ver quadros 3.1 e 3.2).

Quadro 3.1 – Lista e Quantidade de Materiais dos Ensaios Mecânicos

Doze tubos e suas amostras

Uma máquina de Medição de Dureza (Vickers)

Um aparelho portátil de Medição de Dureza (várias unidades de medida)

Um instrumento de Medição de Espessura (mm)

Uma máquina de Ensaio de Tração para obtenção do limite de resistência (N/mm²)

Fonte: Do autor.

Quadro 3.2 – Lista e quantidade de materiais para suporte

Um computador, com:

• Pacote Office

• Minitab

Kit de Equipamento de Proteção Individual, contendo:

• Óculos protetor

• Um protetor auricular

• Sapato de Segurança

• Colete refletor

Fonte: Do autor.

3.1 TUBOS E ESPECIFICAÇÃO

Os tubos utilizados pela empresa na fabricação dos tubos do eixo de rodas

dianteiro são fornecidos por outra empresa que faz parte da mesma corporação da

empresa patrocinadora deste trabalho (ver especificações nas tabelas 3.1 e 3.2).

32

Tabela 3.1 – Especificação do Tubo de grau E320 +CR2S2

Tubo EN10305-3 E320 +CR2S2

Diâmetro (mm) 67,0 ± 0,2

Espessura (mm) 2,3 ± 0,2

Comprimento (mm) 1190 ± 1

Certificado EN10204 - 3.1

Fonte: Adaptado de empresa (2018).

Tabela 3.2 – Composição Química e Física do Tubo de grau E320+CR2S2

Tubo EN10305-3

Grau E320+CR2S2

Carbono (% máxima) 0,2

Silício (% máxima) 0,35

Manganês (% máxima) 1,4

Fósforo (% máxima) 0,025

Enxofre (% máxima) 0,025

Alumínio (% mínima) 0,015

Titânio (% máxima) Não especificado

Nióbio (% máxima) Não especificado

Tensão de Escoamento (N/mm²) 320

Limite de Resistência a Tração (N/mm²) 410

Alongamento (%) 19


3.1.1 Requisito Principal da Fabricação dos Tubos

O requisito principal na fabricação dos tubos na empresa, considerado neste

trabalho, é o limite de resistência à tração não ultrapassar a marca de 350 N/mm² (ou

aproximadamente 132 HV de dureza) ao final da sua fabricação.

33

3.2 MÁQUINA DE MEDIÇÃO DE DUREZA

A máquina de dureza Vickers Armstrong é uma máquina estática que usa o

método Vickers para medir a dureza. Ela foi criada pela companhia Vickers Armstrong,

uma empresa de engenharia britânica que fabricava instrumentos bélicos tão bem

quanto equipamentos para testar a dureza de seus produtos. Não há informações

mais detalhadas sobre essa empresa, pois deixou de existir desde o ano de 1977

(EDGERTON, 2005, p. 37).

Os componentes do equipamento são relacionados no quadro 3.3 e podem ser

vistos pela figura 3.1.

Figura 3.1 – Máquina de Dureza Vickers Armstrong


Quadro 3.3 – Lista de componentes da máquina de dureza Vickers Armstrong

1- Uma alavanca para mover a placa para a esquerda e para a direita

2- O microscópio

3- A alça lateral para ajustar a altura da placa e / ou ajustar a aproximação do

microscópio

4- Perfurador de diamante

5- Placa para colocar amostras a serem testadas

6- Pedal e uma segunda alavanca para acionamento da máquina (não

demonstrado na figura X)

Fonte: do autor.

34

A carga utilizada pela máquina para realizar as pirâmides nas amostras é de

30 kgf.

3.3 APARELHO PORTÁTIL DE MEDIÇÃO DE DUREZA

O GE MIC 10 (ver figura 3.2 e quadro 3.4) é um aparelho eletrônico portátil

produzido pela General Electronics que mede a dureza em Vickers, Brinell, Rockwell

C, Rockwell B e pode converter esses valores para N/mm². O MIC 10 permite testes

de dureza no local, rápidos e convenientes, utilizando o método UCI (Ultrasonic

Contact Impedance). A pirâmide feita pelo perfurador de diamante na superfície do

material é medida eletronicamente e seu valor instantaneamente exibido sem usar a

avaliação óptica normalmente associada às máquinas de dureza convencionais (GE,

2005).

Figura 3.2 – Aparelho Portátil de Medição de Dureza GE MIC 10

Fonte: GE Inspection and Technology (2005).

2

1

3

4

35

Quadro 3.4 – Legenda da figura 22

1- Um dispositivo para ler medições, excluir dados, converter valores, etc.

2- Uma caneta para disparar medições.

3- Cabos: um para conectar a caneta e o dispositivo e outro para conectar o

dispositivo a impressoras ou computador

4- Dois perfuradores diferentes: Um usado para material de baixa ou sem liga e

outro para material de alta liga.

Componentes adicionais: cartão de memória, suporte para sustentar o

equipamento, CD com programa de computador, não referenciados na figura X.

Fonte: Adaptado de GE Inspection and Technology (2005).

A vantagem desse aparelho em relação à máquina estática Vickers Armstrong

é a não necessidade de retirar amostras dos materiais para se fazer uma medição de

dureza, assim a medição pode ser feita diretamente no material a ser testado. Ao

contrário das máquinas estáticas, o aparelho portátil faz suas medições de forma não

destrutiva.

3.4 INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO DE ESPESSURA

O equipamento utilizado na empresa para medir a espessura dos tubos é

Mitutoyo M-715. Ele tem um display que mostra a espessura das amostras em mm e

consegue medir outras dimensões externas de difícil acesso, devido ao seu longo

alcance (ver figura 3.3).

Figura 3.3 – Instrumento de medição de espessura Mitutoyo M-715


36

3.5 MÁQUINA DE ENSAIO DE TRAÇÃO

A máquina de ensaio de tração é a Zwick Roell (ver figura 3.4), modelo Z150,

e está situada em outra fábrica da empresa, ou seja, não será a autora que executará

os testes de tração. As amostras serão enviadas para a outra planta via correio para

serem testadas e seus resultados serão enviados por e-mail para a autora. Ela tem

um máximo de carga de teste de 150 kN e usa o software TestXpert-II para analisar e

criar gráficos/tabelas dos ensaios. Este software também é capaz de fazer vídeos

durante os testes para determinar o instante, o local e o modo da ruptura (ZWICK

ROELL, [2018]).

Figura 3.4 – Máquina de Ensaio de Tração Zwick Roell Z150


A dimensão padronizada das amostras que se encaixam na máquina é

mostrada na figura 3.5.

37

Figura 3.5 – Dimensão Padrão de amostras da Máquina Zwick Roell Z150


38

4 METODOLOGIA

Esta seção descreve a metodologia deste trabalho de conclusão de curso,

dividindo os tópicos em Resumo, Project charter, Metodologia das Sete Ferramentas,

Cronograma e Metodologia dos Ensaios Mecânicos.

4.1 RESUMO

Para dar início ao projeto, foram planejadas as etapas para conduzir esse

projeto. Assim, foram feitos um Project Charter, que é um documento de formalização

do projeto, e um cronograma.

Na primeira fase da Pesquisa-Ação (Planejamento), o Fluxograma e o

Diagrama de Causa e Efeito foram elaborados. O Histograma, Diagrama de Dispersão

e a Carta de Controle serão feitos a partir da segunda fase da Pesquisa-Ação (Coleta

de Dados).

Em seguida, foi feita a coleta de dados dos testes laboratoriais de ensaios

mecânicos de dureza, tração e medição de espessura de cada etapa do processo de

produção dos tubos. Esses testes foram feitos nos laboratórios da Engenharia de

Qualidade da empresa pela autora da monografia, treinada e capacitada para

executar os ensaios laboratoriais.

Os objetivos principais da execução desses ensaios mecânicos são avaliar se

o fornecedor da matéria-prima fornece informações corretas sobre o seu material e

descobrir qual ou quais dos processos de conformação mecânica no tubo tem a maior

influência no aparecimento de trincas nesses tubos pela avaliação do encruamento e

diferença de tensão ao longo dos processos. A decisão de apontar a causa do

problema das trincas nos tubos utilizando ensaios mecânicos ao longo dos processos

de produção foi feita em reunião com o gerente do projeto e a pesquisadora dessa

monografia.

Após a execução dos ensaios mecânicos, foram feitas análises qualitativas e

quantitativas dos resultados, utilizando cinco das sete ferramentas da qualidade, para

verificar se realmente há uma relação entre os processos de conformação mecânica

em si e aparição de trincas nos tubos. Esses mesmos resultados foram comparados

com dados informados pelos fornecedores dos tubos e com a simulação feita pelo

39

programa de computador Autoform. Após análise, foram sugeridas implementações

para melhoria do processo, se o processo de fabricação for a causa do aparecimento

das trincas; senão, serão sugeridas melhorias em relação ao programa de computador

utilizado e/ou em relação ao material do tubo que eles compram do fornecedor.

Dessa forma, será possível avaliar as mudanças implementadas no processo,

gerando, então, uma conclusão sobre esse projeto.

4.2 PROJECT CHARTER

Ao início do projeto, decidiu-se fazer um Project Charter simples, também

conhecido como proposta de projeto, para formalizar o início desse projeto de

Pesquisa-Ação (ver quadro 4.1).

O Project Charter é um documento no qual estão inseridas informações gerais

sobre o objetivo do projeto, premissas, restrições, resultados esperados e várias

outras informações importantes para a formalização de um projeto (CARVALHO;

RABECHINI, 2005, p. 72).

40

Quadro 4.1 – Project Charter

Nome do Projeto:

Problema de Tubo dianteiro: Efeito do

Encruamento ao longo do Processo de

Conformação

Gerente:

Tony Hyatt

Pesquisadora:

Ana Paula Aono

2018

Objetivo:

Identificar a causa das trincas dos tubos dianteiros, analisando cada processo de conformação

mecânica da produção dos tubos e suas propriedades mecânicas ao longo da produção.

Benefícios e Resultados esperados:

• Acabar com desperdício de produto defeituoso, diminuindo prejuízos financeiros;

• Aumentar credibilidade com o cliente, entregando produtos de qualidade;

• Trocar o material fornecido por um de melhor qualidade ou de maior confiança (se a causa

for o fornecedor do material);

• Trocar/consertar/modificar as máquinas do processo de conformação desses tubos (se a

causa for o processo).

Prazo: 10 semanas Custo: Não fornecido pelo Gerente

Premissas:

• Ter a autorização do gerente para dar

início ao projeto;

• Ter treinamento técnico para executar

ensaios mecânicos nas amostras;

• Ter um computador para análises de

resultados;

Restrições:

• Tirar amostras somente dos cinco tubos

disponibilizados para a pesquisa;

Escopo Macro:

• Identificação das causas raízes

• Estudo dos processos de conformação para a fabricação dos tubos em questão

• Preparação para execução dos ensaios de dureza, tração e medição de espessura das

amostras dos tubos

• Análise dos resultados

• Elaborar relatório

• Conclusão

Aprovação:

Pesquisadora: Ana Paula

Aono

Gerente: Tony Hyatt EMPRESA

Fonte: Adaptado de Carvalho e Rabechini (2005, p. 80).

41

4.3 METODOLOGIA DAS SETE FERRAMENTAS DA QUALIDADE

Em reunião com o gerente do setor de Qualidade, também gerente desse

projeto, foi estabelecido que cinco das sete ferramentas deveriam ser utilizadas para

esse projeto: Fluxograma, diagrama de Ishikawa, Histograma, Carta de Controle e

Diagrama de Dispersão.

A folha de verificação foi feita para garantir que o procedimento do processo de

produção dos tubos do eixo de rodas dianteiro está de acordo com os requisitos do

produto, porém a empresa não autorizou a divulgação da folha, mas garante que o

processo de produção está de acordo com os requisitos. Com isso, o fluxograma

também foi desenhado para melhor visualização do processo e para ajudar a

organizar e identificar possíveis causas do problema.

Com a utilização da ferramenta da qualidade Diagrama de Ishikawa, foi

discutido junto com o gerente da Qualidade, em reunião, as possíveis causas raízes

do problema de trincas nos tubos produzidos pela empresa, usando a lista de

verificação e o fluxograma para auxiliar na busca dessas causas.

Foi estabelecido, ainda na fase de planejamento do projeto, que deveria ser

criado um cronograma para as atividades propostas das fases posteriores (coleta de

dados, análise, implementação) para que se descubra a causa raiz do problema.

A análise pelo histograma e pelas cartas de controle foi feita através do Minitab

17, que é um programa de computador de análises estatísticas, e o gráfico de

dispersão foi feito pelo Microsoft Excel, ambos utilizando dados coletados nos ensaios

mecânicos de dureza, tração e de medição de espessura.

Optou-se por não utilizar o diagrama de Pareto, pois o único defeito encontrado

no produto é o surgimento das trincas. O diagrama poderia ter sido utilizado para

analisar qual o valor de dureza mais frequente nos tubos, mas isso também pode ser

visualizado pelos histogramas.

4.4 CRONOGRAMA

Para execução deste projeto, é necessário criar um cronograma de atividades

para melhor acompanhamento do projeto (ver quadro 4.2). Uma das ferramentas

42

utilizadas pela autora para gerenciamento do tempo do projeto é o Diagrama de Gantt

ou Gantt Chart (ver figura 4.1). O Diagrama de Gantt foi criado por Henry Gantt, em

1917, para facilitar a visualização da distribuição de tarefas de um projeto ao longo do

tempo (CARVALHO; RABECHINI, 2005, p. 115).

Quadro 4.2 – Cronograma do Projeto: Tarefa e Duração Estimada

Tarefa Duração Estimada

Identificação das possíveis causas raízes 1 semana

Estudo dos Processos de Conformação Mecânica 3 a 4 semanas

Estudo do Autoform 3 a 4 semanas

Treinamento para Ensaios Mecânicos 2 dias

Ensaios no Laboratório 5 semanas

Análise de Resultados 3 semanas

Elaboração de Relatório / Monografia Final 4 semanas

Elaboração de Apresentação Final 2 semanas

Fonte: do autor.

Figura 4.1 – Diagrama de Gantt do Projeto

Fonte: do autor.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Identificação das causas raízes1 1

Estudo dos Processos de Conformação Mecânica1 4

Estudo do Autoform1 4

Treinamento para Ensaios Mecânicos1 1

Ensaios do Teste 12 2



Análise de Resultados6 3

Elaboração de Relatório / Monografia6 4

Elaboração de Apresentação Final8 2

ATIVIDADE INÍCIO DO PLANODURAÇÃO DO

PLANO Mês

43

A duração total desse projeto foi de nove semanas. Apesar de o prazo provido

pela empresa ter sido de dez semanas, a autora conseguiu concluir o projeto com

uma semana de folga, para lidar com possíveis imprevistos e realizar modificações no

cronograma se fosse necessário.

4.5 METODOLOGIA DOS ENSAIOS MECÂNICOS

Seção feita para organizar a metodologia dos ensaios mecânicos de dureza,

tração e medição de espessura das amostras.

4.5.1 Preparação de amostras

Para realizar ensaios mecânicos, é necessário polir todas as amostras de forma

que os resultados coletados sejam mais precisos, pois diminui o risco de impurezas

que possam interferir nos resultados experimentais (ver etapas do polimento no

quadro 4.3).

Quadro 4.3 – Etapas da preparação de Amostras

Retirar amostras do tubo

Lixar a seção das amostras para que a seção fique

plana em relação ao suporte da máquina

Polir as seções para remover arranhões

Lavar as amostras com água e acetona (CH3)2CO

Secar as amostras

Fonte: do autor.

4.5.1.1 Amostras da superfície do tubo

As amostras da superfície dos tubos são chamadas de tiras. Essas tiras são

retiradas dos tubos e planificadas (ver figura 4.2). Em todas as tiras foram feitas 25

44

medições de dureza, a fim de realizar análises quantitativas do valor de dureza da

superfície dos tubos.

Figura 4.2 – Amostra da Superfície do Tubo (tiras)

Fonte: do autor.

4.5.1.2 Amostras da seção transversal do tubo

As amostras retiradas dos tubos têm forma de pequenos tubos ou anéis (ver

figura 4.3). Serão feitas oito medições na seção transversal do tubo de todos os testes,

com exceção do tubo 5 do teste 2, abordado no item 4.5.2.2, que foram feitas 36

medições, pois foi necessário avaliar se a quantidade de medidas poderia interferir

nos resultados.

Figura 4.3 – Amostra da seção transversal do tubo e posição das medições de

dureza

Fonte: do autor.

1

2

3

4

5

6

7 8

45

A posição 5 da medição é a medição de dureza na solda e não participa do

cálculo da média de dureza, que seria, dessa forma, os valores de dureza dos outros

sete pontos dividido por sete.

4.5.2 Metodologia do ensaio de dureza com Vickers Armstrong e com

aparelho portátil GE MIC10

O objetivo desse ensaio é medir, em Hardness Vickers (HV), a dureza que um

material tem em relação a uma carga, em kgf, que perfura a superfície do material.

O teste de dureza vickers foi dividido em três sub-testes para melhor

organização (ver quadro 4.4). Esses sub-testes serão descritos detalhadamente em

suas respectivas seções. Os testes utilizaram tanto a máquina Vickers Armstrong

quanto o aparelho GE MIC10.

Quadro 4.4 – Descrição dos testes de dureza executados

Teste Descrição Grau do Tubo

1 Ensaio de Dureza em Quatro Tubos Retos S315MC e

E320+CR2S3

2 Ensaio de Dureza em cinco tubos: retos,

dobrados, pré-conformados e hidroconformados S315MC

3 Ensaio de Dureza em Tubos Retos 240MC

Fonte: do autor.

Definido essa série de testes, é possível executar os ensaios de dureza nas

amostras.

Na máquina estática de dureza Vickers Armstrong, a peça é colocada na

máquina para que o perfurador de diamante da máquina possa ficar muito próximo da

peça (ver figura 4.4).

46

Figura 4.4 - Vickers Armstrong: Máquina estática de dureza usado em Aycliffe.


Em seguida, usando a alavanca para mover a placa da máquina para a direita,

é possível ver microscopicamente onde o diamante fará a pirâmide na peça. Se o

operador concordar com a posição da peça, a placa é movida para a esquerda e o

teste de dureza pode ser ativado.

Para começar, o pedal deve ser pressionado e logo após a pequena alavanca

colocada no lado direito da máquina também deve ser acionada. A máquina alerta o

operador quando o teste de dureza foi finalizado por um ruído. Em seguida, o operador

pode mover a superfície do testador novamente para a direita para poder visualizar a

pirâmide que foi feita na peça. Com o microscópio, as linhas são ajustadas de forma

que elas atinjam as bordas horizontais da pirâmide, representado por d1 nesta

monografia (ver figura 4.5).

Figura 4.5 - Pirâmide de Vickers vista do microscópio - Medida horizontal.


Logo acima do microscópio, pode-se ver o valor em micrômetros do

comprimento da horizontal. Então, esse valor é anotado. Agora, girando o microscópio

à 90 graus, é possível medir o comprimento vertical da pirâmide, representado por d2

nesta monografia (ver figura 4.6). O valor também é anotado.

47

Figura 4.6 - Pirâmide de Vickers vista do microscópio - Medida vertical


Para finalizar a primeira medição, d1 e d2 são utilizados para calcular a média,

ou seja, a soma das duas diagonais dividida por dois.

Então, de acordo com a tabela 4.1 de conversão, esse valor médio das

diagonais é convertido em Vickers e o valor encontrado é anotado.

Tabela 4.1 – Tabela de Conversão da média das diagonais (mm) para dureza

Vickers (HV) com carga de 1 kgf

Fonte: Adaptado de ASTM E92-17 (2017).

48

Por fim, outra parte da peça é escolhida para reiniciar a medição e todo o

procedimento repetido.

No caso do ensaio com o aparelho portátil GE MIC10, o objetivo também é

medir, em Hardness Vickers (HV), a dureza que um material tem em relação a uma

carga, em kgf, que perfura a superfície do material.

O aparelho portátil funciona como uma caneta que é acoplada com o perfurador

de diamante.

A caneta é colocada perpendicularmente à superfície da amostra. Para

resultados mais precisos, a caneta mediu cinco vezes próximo do mesmo local da

primeira perfuração. O valor de cada uma dessas cinco medidas aparece no

dispositivo que acompanha a caneta (ver figura 4.7) e deve ser anotado. Dessa forma,

a média das medições é calculada.

Figura 4.7 – Representação do uso do aparelho portátil GE MIC10

Fonte: Trading Consulting Progress ([2018])

Para o teste de dureza com o aparelho portátil, não é necessário polir as peças

para fazer as medições.

Tanto o teste de dureza Vickers Armstrong quanto o teste com GE MIC10 são

importantes, pois a comparação dos resultados de ambos os testes avalia a precisão

de suas medições.

49

4.5.2.1 Teste 1

O teste 1 é caracterizado pelos ensaios de dureza com amostras em forma de

tiras retiradas da superfície dos tubos e com amostras da seção transversal dos tubos,

conforme especificado nos itens 4.5.2.1.1 e 4.5.2.1.2 deste trabalho. Todos foram

feitos tanto com a máquina de dureza Vickers Armstrong quanto com o aparelho

portátil GE MIC10.

Os objetivos deste ensaio são verificar se a tensão de escoamento real desses

tubos condiz com a tensão estabelecida pelo fornecedor e validar os resultados

obtidos entre os dois diferentes aparelhos.

Neste teste, foram utilizados quatro tubos, sendo dois deles pertencentes ao

grau S315MC e os outros dois ao E320+CR2S3 (ver quadro 4.5).

Quadro 4.5 – Descrição dos Tubos do teste 1

Tubo Grau Tensão de Escoamento fornecido (N/mm²)

Tubo 1 E320+CR2S3 320

Tubo 2 E320+CR2S3 320

Tubo 3 S315MC 315

Tubo 4 S315MC 315


Todos os tubos estavam na sua forma reta. Em seguida, foi retirada uma

amostra de cada tubo para medição de dureza da superfície, em forma de tiras, e uma

amostra de cada tubo da seção transversal dos tubos. Então, foram executados os

ensaios de dureza em todas as amostras e os resultados anotados.

4.5.2.2 Teste 2

Os testes desta seção foram feitos com tubos advindos de mesma origem e

lote e foram feitos somente com um tipo de grau do tubo, que neste caso é o grau

SC315MC.

O objetivo deste teste é apontar qual das fases de conformação tem maior

aumento de dureza do produto.

50

Para esse teste, cinco tubos foram testados em cada fase de conformação. O

quadro 4.5 mostra os ensaios que foram feitos para cada fase dos tubos e o quadro

4.6 mostra qual tubo foi testado em qual fase. O “X”, no quadro 4.7, indica quais dos

tubos apresentam uma das formas reto, dobrado, pré-conformada e hidroconformada.

Quadro 4.6 – Ensaios nas seções transversais dos tubos

Dureza com Vickers

Armstrong

Medição de

Espessura

Tubo Reto Sim Sim

Tubo Dobrado Sim Não

Tubo Pré-

conformado Sim Não

Tubo

Hidroconformado Sim Sim

Fonte: do autor.

Quadro 4.7 – Formato dos Tubos e sua denominação

Reto Dobrado Pré-formado Hidroconformado

Tubo 5 X

Tubo 6 X

Tubo 7 X

Tubo 8 X

Tubo 9 X

Fonte: do autor.

Para cada um dos cinco tubos, o número de medições dos ensaios de dureza

foi feito de forma distinta para avaliar a diferença entre análises qualitativas e

quantitativas. Os cinco tubos foram divididos em seções e cada seção teve uma

quantidade de medições estabelecida (ver quadro 4.8).

51

Quadro 4.8 – Configuração dos ensaios de dureza dos tubos

Configuração 3 seções e 8

medições

3 seções e

36 medições

17 seções e

8 medições

Tubo 5 Feito

Tubo 6 Feito

Tube 7 Feito

Tube 8 Feito

Tube 9 Feito

Fonte: do autor.

A figura 4.8 mostra a divisão das 17 seções do tubo 9. Ela foi dividida de B à R.

Dessa forma, obtiveram-se 10 peças, as quais são denominadas de B, CD, EF, GH,

IJ, KL, MN, OP, Q e R. Um exemplo dessas peças pode ser visto na figura 4.8

juntamente com as posições das medições de dureza que serão executadas em todas

as peças desse tubo (ver figura 4.9).

Figura 4.8 – Tubo Hidroconformado número 9 com 17 seções


52

Figura 4.9 – Exemplo de uma das seções retiradas do Tubo 9 e locais de medição

Fonte: Acervo da empresa (2018).

Para o restante dos tubos, retiraram-se três seções de cada nas regiões

descritas por A1, A2 e A3 (ver figura 4.10). Nota-se que essas três seções foram feitas

na parte dos tubos que não foram dobradas, a fim de avaliar o quanto essas regiões

aumentam de dureza ao longo do processo.

Figura 4.10 - Seções retiradas dos tubos 5, 6, 7 e 8


Todas as amostras retiradas dos tubos seguiram a metodologia de preparo de

amostras destacada no item 4.5.1 dessa monografia.

Em seguida, todas as amostras passaram pelo ensaio de dureza, seguindo a

metodologia descrita no item 4.5.2 e a configuração do quadro 4.7. No caso do tubo

5, todas as peças que têm nome com duas letras (por exemplo, CD, EF, etc) foram

ensaiadas em ambas seções transversais e no caso das peças com uma letra,

1

2

3

4

5

6

7

8

53

executou-se o ensaio somente em uma das seções. Assim, os ensaios foram

executados e os resultados anotados.

4.5.2.3 Teste 3

O teste 3 foi feito após os testes 1 e 2 e é caracterizado pelo ensaio de dureza

de tubos do grau 240MC, do mesmo lote e origem de fabricação, a fim de confirmar

se a escolha da diminuição do grau do tubo resolveria o problema das trincas e,

também, se os valores de dureza e de resistência a tração estabelecidos pelo novo

fornecedor condizem com o valor real do material nos ensaios. A tensão de

escoamento do tubo 240MC fornecida é de 240 N/mm² na sua forma reta.

Foram utilizados três tubos, denominados de tubo 10, 11 e 12, para se retirar

as amostras. Todos os tubos foram ensaiados na sua forma reta.

As amostras desse teste são as de seção transversal, seguindo a configuração

explicada no item 4.5.2.1.2. O resultado da simulação desses tubos também foi

analisado.

4.5.3 Metodologia do ensaio de tração

O objetivo desse ensaio é medir, em N/mm², o limite de escoamento e de

ruptura do material do tubo na sua fase reta e no processo de hidroconformação

mecânica, para que haja comparação desses valores com os valores fornecidos pelos

fornecedores dos tubos. Os resultados de dureza dos tubos retos dessa monografia

podem ser convertidos utilizando uma fórmula geral, elaborada pela empresa, para

conversão de valores de dureza para N/mm², conforme visto nas fórmulas 7 e 8.

"#$%ã! (%)!*+#$,! � �0.7472 ∗ 01+1,# 2# 345,46*� + 35.102 (7) 01+1,# 2# 345,46* � 3.2185 ∗ :46#;* – 2.9371 (8)

54

Essas fórmulas foram baseadas no comportamento do gráfico de tensão x

deformação dos tubos retos do eixo de rodas dianteiro e foi recomendada à autora a

utilizar essas fórmulas para auxílio na análise dos resultados.

O ensaio de tração não foi feito pela autora da monografia, porém é possível

resumir as etapas do ensaio de acordo com a literatura e depoimentos dos técnicos

de laboratório da outra empresa (ver quadro 4.9).

Quadro 4.9 – Etapas do Ensaio de Tração

O corpo de prova deve ser retirado do material a ser testado e modelado conforme as

dimensões da figura 25

Em seguida, o corpo de prova é colocado dentro da máquina de tração

É acionado o teste de tração

Conforme o teste é feito, pode-se acompanhar pelo computador conectado a máquina de

tração o andamento do teste e a curva de tensão x deformação

O teste é finalizado quando há a ruptura do corpo de prova

Fonte: do autor.

4.5.4 Medição de espessura

O objetivo da medição, em mm, da espessura do tubo é avaliar a diferença na

medida de espessura nos processos de conformação mecânica, ou seja, se a

espessura do tubo varia conforme o tubo é conformado pelas etapas de produção e

se há alguma relação entre a espessura e a dureza do material.

A medição da espessura das amostras será feita com o auxílio do aferidor de

medição de espessura Mitutoyo. Assim, serão medidas as espessuras ao longo do

eixo das amostras, assim como na medição de dureza (ver figura 4.11). Os resultados

de cada medição são anotados.

55

Figura 4.11 – Pontos de medição de espessura nas amostras


1

2

3

4

5 solda

6

7

8

56

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Essa seção aborda os resultados adquiridos neste trabalho, tão bem quanto

suas discussões. Essa seção é dividida em quatro itens: o primeiro item aborda o

desenho do Diagrama de Ishikawa e do Fluxograma do processo de produção. Os

demais itens abordam os resultados dos testes 1, 2 e 3, os quais têm histogramas,

cartas de controle, um gráfico de dispersão e outros gráficos simples de linhas para

análise dos resultados. Através das discussões desses resultados, foi possível chegar

à conclusão para finalizar este trabalho.

5.1 DIAGRAMA DE ISHIKAWA E FLUXOGRAMA

Antes de qualquer resultado numérico, é necessário que haja uma melhor

visualização das possíveis causas das trincas nos tubos do eixo de rodas dianteiro

fabricado pela empresa. Para isso, elaborou-se um diagrama de Ishikawa (ver figura

5.1), das possíveis causas deste problema baseado na reunião feita entre os

envolvidos na produção desses tubos.

Figura 5.1 – Diagrama de Ishikawa do Problema das Trincas

Fonte: do autor.

57

Foram identificadas quatro possíveis causas para o aparecimento de trincas:

dados do fornecedor sobre as propriedades mecânicas da matéria-prima não

condizem com dados reais de ensaios mecânicos dessa mesma matéria-prima;

simulação do programa de computador Autoform não é precisa devido a limitações

tecnológicas; problemas no processo de conformação, desde a chegada do tubo reto

até sua forma final (hidroconformada), como máquinas mal configuradas, problemas

mecânicos nas máquinas, entre outros; e a não-adequação do desenho elaborado

pelo departamento de engenharia do produto com a produção desses tubos.

Com relação ao fornecedor, ele pode estar distribuindo uma informação falsa

com relação à tensão de escoamento do seu produto. Neste trabalho, estudaram-se

três tipos de tubos com diferentes graus: 320, 315 e 240 que são, também, seus

valores de tensão de escoamento, em N/mm², na sua forma reta. Se a informação

provida pelo fornecedor não estiver correta, todos os cálculos feitos pelos engenheiros

da empresa com relação à quantidade de carga que deve ser inserida na fabricação

dos tubos e com à simulação feita no Autoform, já que esta utiliza dados de

propriedades mecânicas para executar suas simulações, terão sido feitos com

informações erradas. Dessa forma, o resultado será um falso positivo de que não há

nenhuma anomalia do produto ao final de sua produção, o que poderia explicar o

aparecimento das trincas.

No caso da simulação com Autoform, se a informação do fornecedor estiver

correta, não há motivo para que o programa não detecte possíveis anomalias na

simulação do produto final, a não ser que o programa não seja bom o suficiente para

detectar essas falhas.

Já no caso do desenho do produto final, a geometria elaborada pela equipe de

engenharia do produto pode não condizer com geometria na vida real e fazer com que

as máquinas façam um esforço anormal ou não previsto para obter a forma do

desenho.

Por fim, a quarta causa a ser analisada é sobre o processo de conformação

mecânica em si e tudo que a envolve, como as máquinas, suas configurações de

carga, de matrizes, entre outras. Aqui, é importante analisar o comportamento dos

tubos nas fases de dobragem, pré-conformação e hidroconformação, a fim de

encontrar alguma correlação entre os processos e o surgimento das trincas.

58

Para melhor visualização e entendimento do processo de produção dos tubos

do eixo de rodas dianteiro, foi necessário criar um fluxograma padrão (ver figura 5.2).

Figura 5.2 – Fluxograma do Processo de Fabricação

Fonte: do Autor.

5.2 TESTE 1

Os resultados e discussões do teste 1 são mostrados nesta seção.

5.2.1 Resultados com Aparelho Portátil em amostras em forma de tiras

O histograma dos resultados do ensaio de dureza com os tubos do grau

E320+CR2S3 (ver figura 5.3), foi criado para cada amostra de tubo ensaiado.

Figura 5.3 – Histograma dos Resultados de Dureza dos tubos E320+CR2S3

Fonte: do autor.

190170150140130120

40

30

20

10

0

Mean 140.1StDev 14.94N 25

Dureza (HV30)

Po

rcen

tag

em

(%

)

Histograma do Tubo 1

180160140120100

40

30

20

10

0


Dureza (HV30)

Po

rcen

tag

em

(%

)


59

A média (“mean” na figura 5.3) de ambos os tubos foi de 140 HV, o que indica

uma precisão na propriedade mecânica entre um tubo e outro de mesmo grau, mesmo

sendo de diferentes lotes. Também se nota que o desvio padrão (na figura

representado por “StDev”) de ambos os tubos foi próximo, com valores entre 13 HV e

15 HV. No entanto, os valores medidos para o tubo 1 foram, em porcentagem, mais

próximos dos 140 HV que os do tubo 2, que foram mais próximos dos 130 HV. Para

que haja uma conversão rápida entre os valores de dureza para os de tensão de

escoamento, igualam-se as fórmulas 7 e 8 apresentadas no item 4.5.3 desta

monografia, sendo assim, chegando à fórmula 9.

"#$%ã! (%)!*+#$,! � �2,4049 ∗ :46#;*� + 32,92 (9)

Essa fórmula só pode ser usada para tubos na sua fase reta.

Substituindo os valores de dureza 130 e 140 HV na fórmula 9, no caso desses

tubos, a tensão de escoamento varia de 345 e 370 N/mm². Se considerar a média de

ambos os tubos, a tensão de escoamento seria 370 N/mm². Visto que somente 10%

dos valores do tubo 1 e menos de 5% dos valores do tubo 2 equivalem a 320 N/mm²

(120 HV) ou menos, com esse resultado, é possível confirmar que o valor assumido

pelo fornecedor, de 320 N/mm², visto no quadro 4.4, não condiz com o valor real

ensaiado em laboratório, já que 90% dos valores do tubo 1 e mais que 95% dos

valores do tubo 2 estão acima de 320 N/mm².

Para validar os valores aproximados de tensão de escoamento da fórmula 9,

foi feito um ensaio de tração com uma amostra deste (ver figura 5.4).

60

Figura 5.4 – Ensaio de Tração em amostra do tubo de grau 320


Para essa monografia, os valores mostrados (na figura 5.4) que importam são

de Reh (ou tensão de escoamento superior), Rel (tensão de escoamento inferior) e

Rm (limite de ruptura), sendo, respectivamente, 374 N/mm², 366 N/mm² e 432 N/mm².

Os valores de 366 e 374 são muito próximos ao valor de média vista na figura

5.3, de 140 HV ou 370 N/mm². Por isso, este é o motivo na qual a empresa opta por

utilizar a fórmula 9 para conversão de resultados, pois diminui os gastos com os

ensaios de tração.

No caso dos tubos do grau 315, o histograma dos seus resultados de dureza

também foi produzido (ver figura 5.5).

61

Figura 5.5 - Histograma dos Resultados de Dureza dos tubos S315MC

Fonte: do autor.

De acordo com os resultados da figura 5.5, as médias para os tubos 3 e 4 foram,

respectivamente, 130 HV e 127 HV, com desvios padrão próximos a 10 HV.

Convertidos em valores de tensão de escoamento, igualam-se a 338 e 346 N/mm²,

respectivamente. Novamente, esses valores não correspondem ao valor fornecido

pela empresa de 315 N/mm² (aproximadamente 117 HV), apesar de menos de 10%

dos resultados de ambos os tubos terem este valor. Ou seja, mais que 90% dos

valores obtidos estão acima dos 315 N/mm², concluindo que, novamente, o fornecedor

não forneceu o valor correto da tensão de escoamento.

5.2.1.1 Carta de Controle para Resultados do Aparelho Portátil

Para provar que os resultados do aparelho portátil são precisos, os gráficos de

controle para todos os tubos foram produzidos (ver figura 5.6 e 5.7).

Figura 5.6 – Cartas de Controle dos tubos E320+CR2S3

Fonte: do autor.

160150140130120110

35

30

25

20

15

10

5

0


Dureza (HV30)

Po

rce

nta

ge

m (

%)


150140130120110

35

30

25

20

15

10

5

0


Dureza (HV30)

Po

rce

nta

gem

(%

)


252321191715131197531

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

Du

reza

(H

V)

_X=140.08

UCL=178.42

LCL=101.74

1

Tubo 1

252321191715131197531

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

Du

reza

(H

V)

_X=140.44

UCL=179.23

LCL=101.65

1

Tubo 2

62

Figura 5.7 – Cartas de Controle dos Tubos S315MC

Fonte: do autor.

Como os ensaios com aparelho portátil são manipulados manualmente, pode-

se notar que ao final de cada carta de controle os resultados começaram a sair do

limite de controle. Isso se deve ao fato de que 25 medições em uma única peça, sem

descanso, podem ter ocasionado uma má manipulação do aparelho. O aparelho

portátil é muito sensível e qualquer ângulo diferente de 90 graus em relação à

superfície da amostra fornece resultados muito diferentes do esperado. No entanto,

pode-se notar que das 25 medições, somente uma ou duas medições realmente

saíram do limite de controle de cada tubo. Portanto, é possível concluir que os

resultados desse aparelho são precisos, porém imprecisos se for utilizado para medir

várias vezes sem pausa entre as medições.

5.2.2 Resultados com Aparelho Portátil em amostras de seção transversal

A fim de verificar se a dureza das amostras da superfície do tubo é similar à

dureza das amostras de seção transversal, foram feitos ensaios com as amostras

transversais desses tubos. Como foram somente oito medições de dureza ao longo

da circunferência das amostras, o histograma dos testes não foi feito, porém, calculou-

se a média dos valores de dureza e o desvio padrão de cada tubo (ver tabela 5.1).

252321191715131197531

150

140

130

120

110

Du

reza

(H

V)

_X=127.36

UCL=146.97

LCL=107.75

1

1

Tubo 4

252321191715131197531

160

150

140

130

120

110

100

Du

reza

(H

V)

_X=130.44

UCL=156.81

LCL=104.07

1

Tubo 3

63

Tabela 5.1 – Média dos valores de Dureza dos tubos: Aparelho Portátil

Tubo Dureza (HV) Dureza na Solda (HV) Desvio Padrão

1 163 195 9

2 165 188 3

3 158 185 6

4 157 179 6

Fonte: do autor.

É interessante notar (na tabela 5.1) que a dureza aumenta consideravelmente

nas seções transversais do tubo com relação às amostras da superfície do tubo. Por

outro lado, todos os resultados apresentados foram maiores, novamente, que o

fornecido pelo fornecedor dos tubos (de 120 HV).

No entanto, pode-se notar que há uma boa relação entre os resultados do item

5.2.1 e os resultados deste item (ver tabela 5.2).

Tabela 5.2 – Comparação entre Resultados

Tubo Resultados das amostras de

superfície

Resultados das amostras de seção

transversal

1 140 HV 163 HV

2 140 HV 165 HV

3 130 HV 158 HV

4 127 HV 157 HV

Fonte: do autor.

Como dito anteriormente, os tubos 1 e 2 pertencem ao grau 320, que é superior

ao grau dos tubos 3 e 4, de 315 N/mm². Dessa forma, é esperado que o valor de

dureza dos tubos 3 e 4 sejam menores que os dos tubos 1 e 2. De acordo com os

resultados da tabela 5.2, as amostras de seção transversal seguem o mesmo padrão

das amostras de superfície do tubo, pois os valores de dureza dos tubos 3 e 4 são

menores que os valores dos tubos 1 e 2 em ambos tipos de amostras.

Dessa forma, os resultados de dureza das seções transversais com o aparelho

portátil não puderam ser literalmente considerados, mas seus resultados são precisos

e se comparam, relativamente, aos resultados das amostras de superfície.

64

5.2.3 Resultados com máquina Vickers Armstrong

A fim de validar os resultados de dureza do aparelho portátil, já que houve uma

diferença grande nos valores exatos entre um tipo de amostra e outra, ensaios de

dureza com a máquina de dureza Vickers Armstrong foram executados em ambos os

tipos de amostras (ver os resultados nas tabelas 5.3 e 5.4).

Tabela 5.3 - Média dos valores de Dureza dos tubos em amostras de seção

transversal: Vickers Armstrong

TUBO Dureza (HV) Dureza na Solda (HV) Desvio Padrão

1 152 204 4

2 150 198 5

3 145 184 5

4 145 190 4

Fonte: do autor.

Tabela 5.4 - Média dos valores de Dureza dos tubos em amostras de superfície:

Vickers Armstrong

TUBO Dureza (HV) Desvio Padrão

1 151 4

2 150 4

3 145 5

4 143 6

Fonte: do autor.

Novamente, nota-se que os tubos 3 e 4 ainda continuam com valor de dureza

inferior ao dos tubos 1 e 2, o que confirma que os tubos 3 e 4 realmente são de grau

inferior que os dois primeiros tubos.

Também é possível verificar que os resultados de dureza desse ensaio, nas

amostras de seção transversal, são inferiores aos resultados do ensaio com o

aparelho portátil no mesmo local (ver tabela 5.5).

65

Tabela 5.5 – Comparação entre os resultados do aparelho portátil e da máquina

Vickers Armstrong

TUBO Aparelho Portátil

– Superfície

Vickers Armst.

- Superfície

Aparelho Portátil

– Seção Transv.

Vickers Armst. –

Seção Transv.

1 140 HV 151 HV 163 HV 152 HV

2 140 HV 150 HV 165 HV 150 HV

3 130 HV 145 HV 158 HV 145 HV

4 127 HV 143 HV 157 HV 145 HV

Fonte: do autor.

A partir da tabela 5.5, é possível verificar que os resultados de dureza com a

máquina Vickers Armstrong, tanto nas amostras superficiais quanto nas amostras

transversais, foram praticamente iguais, o que valida a melhor exatidão dos resultados

utilizando essa máquina.

Dessa forma, é possível afirmar que os resultados do aparelho portátil não são

tão exatos quanto os resultados com a máquina Vickers Armstrong, porém são

resultados precisos, pois se chega à mesma conclusão citada anteriormente, de que

os tubos 3 e 4 têm realmente menor grau que os tubos 1 e 2 e todos os valores

indicaram dureza acima de 120 HV. De qualquer forma, todos os resultados de todos

os testes concluem que o valor estipulado pelo fornecedor, de 120 HV para o grau 320

e 117 HV para o grau 315, está equivocado.

5.3 TESTE 2

Os resultados do teste 2 são mostrados nesta seção, tão bem quanto a sua

discussão.

5.3.1 Tubo 5

Após obter todos os resultados, criou-se um histograma para cada seção A1,

A2 e A3 (ver figuras 5.8, 5.9 e 5.10).

66

Figura 5.8 – Histograma dos Resultados de Dureza da amostra A1 do tubo 5

Fonte: do autor.

Figura 5.9 - Histograma dos Resultados de Dureza da amostra A2 do tubo 5

Fonte: do autor.

Figura 5.10 - Histograma dos Resultados de Dureza da amostra A3 do tubo 5

Fonte: do autor.

170165160155150

30

25

20

15

10

5

0


Dureza (HV30)

Po

rce

nta

ge

m (

%)

Tubo 5 - A1

170165160155150145

25

20

15

10

5

0


Dureza (HV30)

Po

rce

nta

ge

m (

%)

Tubo 5 - A2

168164160156152148

25

20

15

10

5

0


Dureza (HV30)

Po

rce

nta

ge

m (

%)

Tubo 5 - A3

67

É possível notar que todas as seções obtiveram média parecida entre si, em

torno de 158 HV e moda variando entre 155 e 157 HV. A seção A2 teve menos

medições, pois sua amostra tem buracos que pertencem ao desenho final da peça,

(ver figura 5.11), portanto não teria como ensaiar nessas regiões.

Figura 5.11 – Posição da amostra A2


De acordo com a figura 5.12, nota-se que não há um aumento considerável na

dureza do material, se comparar com os tubos retos do grau S315MC abordados no

item 5.2. A média da dureza do tubo reto é de 158,7 HV e do tubo hidroconformado é

de 159,9 HV. No caso desta figura, a comparação foi feita entre a amostra do tubo 3

(reto, do grau S315MC e com resultados da máquina Vickers Armstrong) e a amostra

A1 do tubo 5, que também tem mesmo grau que o tubo 3. Foi decidido escolher o tubo

3 simplesmente porque tanto o tubo 3 quanto o 4 têm resultados parecidos de dureza

com a máquina Vickers Armstrong, então o tubo 4 poderia também ter sido escolhido

sem alterar na interpretação da comparação.

68

Figura 5.12 – Comparação entre Tubo Reto e Tubo Hidroconformado de mesmo

grau

Fonte: do autor.

Comparações entre o tubo 3 ou 4 e o restante das amostras não são

necessárias, já que as médias das amostras A2 e A3 foram ambas aproximadamente

158 HV, com desvio padrão próximo de 5, ou seja, essas comparações chegariam à

mesma conclusão. Por fim, não foi detectado um aumento de dureza significativo entre

o tubo reto e o tubo hidroconformado.

5.3.1.1 Comparação entre quantidade de medições e precisão dos resultados

A fim de avaliar a necessidade da quantidade de medições de dureza das

amostras na precisão dos resultados, as peças foram ensaiadas novamente, mas

somente com 7 medições em cada amostra. Dessa forma, comparou-se os resultados

com 7 medições e com 35 medições (ver figura 5.13).

10

5

01

51

02

52

03

541 051 551 061 561 071 57

158.7 7.401 8159.9 4.898 35

Mean StDev N

D

)%(

me

gatn

ecro

P

)03VH( azeru

TleváiraV

5 obuT

3 obu

T )1A( 5 obuT sv 3 obu

69

Figura 5.13 – Comparação de 35 e 7 medições

Fonte: do autor.

Nota-se que, com exceção da amostra A1, as outras duas amostras têm

comportamento similar, de acordo com a figura 5.13, pelas linhas de distribuição

normal azul e vermelha. Apesar da amostra A1 ter uma distribuição normal diferente

para diferente quantidade de medições, a média de dureza de ambas quantidades de

medições é muito próxima. O mesmo pode ser dito para as demais amostras. É

possível notar, também, que o espaço amostral das medições acima de 32 é maior,

com variação da dureza entre 145 e 170 HV, já o espaço amostral de 7 medições é

menor, variando entre 150 e 164 HV.

Para fins qualitativos, conclui-se que não é necessário ensaiar a mesma

amostra mais de 30 vezes, pois, para obter a mesma conclusão, a amostra poderá

ser medida 7 vezes, já que o valor das médias de dureza tanto para 7 medições quanto

para mais de 30 medições é muito próximo.

10

01

02

03

04

051 551 061 561 07

160 4.734 35157.9 2.911 7

Mean StDev N

D

)%(

me

gat

necr

oP

)03VH( azeru

AleváiraV

7 - 1A53 - 1

A seõçidem 7 sv 53 - 1

10

5

01

51

02

52

03

541 051 551 061 561 07

157.5 5.310 32156.4 4.791 7

Mean StDev N

D

)%(

me

gat

necr

oP

)03VH( azeru

AelbairaV

7 - 2A23 - 2


10

5

01

51

02

52

03

841 251 651 061 461 86

158.3 4.531 35156.7 4.716 7

Mean StDev N

D

)%(

me

gat

necr

oP

)03VH( azeru

AelbairaV

7 - 3A53 - 3


70

5.3.1.2 Carta de Controle para Resultados com Aparelho Vickers-Armstrong

Para provar que os resultados da máquina Vickers Armstrong são precisos,

cartas de controle foram feitas para as seções A1, A2 e A3 do tubo 5 (ver figura 5.14).

Essa carta de controle não foi desenvolvida como parte do item 5.2.3, como foi

desenvolvido pelos ensaios com o aparelho portátil no item 5.2.1, pois no presente

item o número de medições foi maior que no item 5.2.3 deste trabalho.

Figura 5.14 – Cartas de Controle do Tubo 5 e suas seções A1, A2 e A3

Fonte: do autor.

A partir da análise da figura 5.14, pode-se confirmar que todos os ensaios estão

sob controle, diferente das medições com o aparelho portátil que indicou entre uma e

duas medições fora de controle ao final dos ensaios. Portanto, conclui-se que a

utilização da máquina Vickers Armstrong é mais precisa e seus ensaios melhores

controlados, além dos resultados serem mais exatos, como já visto no item 5.2.3.

343128252219161310741

170

165

160

155

150

Medições

Du

reza

(H

V)

_X=160

UCL=171.19

LCL=148.81

Tubo 5 - A1

3128252219161310741

170

165

160

155

150

145

Medições

Du

reza

(H

V)

_X=157.5

UCL=169.34

LCL=145.66

Tubo 5 - A2

343128252219161310741

170

165

160

155

150

Medições

Du

reza

(H

V)

_X=158.34

UCL=169.29

LCL=147.39

Tubo 5 - A3

71

5.3.2 Tubo 6, 7 e 8

Os tubos 6, 7 e 8 também foram ensaiados nas posições A1, A2 e A3, porém

somente com 7 medições cada. Os tubos foram testados, respectivamente, nas fases

reta, dobrada e pré-conformada (ver tabela 5.6).

Tabela 5.6 – Resultados do Ensaio de Dureza nos tubos 6, 7 e 8

Média A1

(HV)

Média A2

(HV)

Média A3

(HV)

Desvio Padrão

(HV)

Tubo 6 (reto) 157 156 157 5

Tubo 7 (dobrado) 157 158 158 4

Tubo 8 (pré-

formado)

159 158 159 5

Fonte: do autor.

Novamente, verifica-se que não há aumento significativo na dureza do material

ao longo do processo, pelo menos nas posições A1, A2 e A3. É importante ressaltar

que as trincas, na verdade, aparecem próximas às regiões dobradas dos tubos. As

regiões A1, A2 e A3 foram escolhidas para avaliar o impacto que os processos de pré-

conformação e hidroconformação têm naquelas áreas, sem a interferência do

processo de dobragem. O item 5.3.3 estuda mais detalhadamente o impacto do

processo de dobragem nos tubos.

5.3.3 Tubo 9

O tubo 9 foi dividido em 17 seções, de B a R, e cada seção teve sua dureza

medida sete vezes. A média de todas as seções foi calculada (ver quadro 5.1).

72

Quadro 5.1 – Média dos resultados de dureza das Seção B à R

Seções

B C D E F G H I

Média (HV) 170 174 168 160 174 185 178 161

Seções

J K L M N O P Q R

159 159 176 181 173 164 169 186 169

Fonte: do autor.

Plotando os valores num gráfico comum de linhas (ver figura 5.15), é possível

visualizar, de forma mais clara, que os resultados mais elevados de dureza se

encontram nas seções B, C, F, G, H, L, M, N e Q.

Figura 5.15 – Resultado das Médias por seção do tubo 9

Fonte: do autor.

Comparando com a foto da figura 5.16, é possível notar que essas seções

mencionadas são as seções que sofreram com o processo de dobragem na sua

fabricação.

150

155

160

165

170

175

180

185

190

B C D E F G H I J K L M N O P Q R

Du

reza

(H

V3

0)

Seções

Média por Seção - Tubo 9

73

Figura 5.16 – Tubo hidroconformado dividido em 17 seções


5.3.3.1 Medição de espessura

Os resultados da medição de espessura no tubo 9 se encontram na tabela 5.7,

em milímetros. A espessura inicial do tubo reto é de 2,3 mm com 0,2 mm de tolerância,

como já citado anteriormente no item 3.1 deste trabalho.

74

Tabela 5.7 – Espessura das Seções do tubo 9

Seções B C D E F G H

Posição Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura

1 2,20 2,10 2,30 2,30 2,35 2,55 2,50

2 2,30 2,35 2,25 2,25 2,15 1,95 2,10

3 2,60 2,65 2,30 2,25 2,20 2,20 2,20

4 2,45 2,65 2,45 2,35 2,10 2,10 2,10

5 (solda) 2,40 2,45 2,35 2,35 2,20 2,15 2,20

6 2,05 2,30 2,40 2,35 2,30 2,10 2,20

7 2,15 2,20 2,40 2,30 2,40 2,50 2,45

8 2,35 2,10 2,30 2,30 2,45 2,50 2,50

Média (sem

solda)

2,30 2,34 2,34 2,34 2,28 2,27 2,29

J K L M N O P Q R Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura Espessura

2,25 2,25 2,45 2,55 2,50 2,35 2,20 2,30 2,35

2,30 2,25 2,10 2,00 2,15 2,20 2,20 2,15 2,30

2,35 2,35 2,15 2,25 2,25 2,25 2,15 2,10 2,25

2,40 2,40 2,05 2,15 2,25 2,35 2,25 2,30 2,15

2,35 2,30 2,15 2,15 2,25 2,30 2,30 2,65 2,30

2,40 2,35 2,20 2,10 2,30 2,40 2,25 2,70 2,40

2,35 2,25 2,45 2,55 2,55 2,40 2,10 2,65 2,60

2,35 2,20 2,45 2,55 2,60 2,30 2,20 2,50 2,45

2,34 2,29 2,26 2,31 2,37 2,32 2,19 2,39 2,36

Fonte: do autor.

Dessa forma, foi decidido utilizar uma das ferramentas básicas da qualidade

para avaliar os resultados. Um diagrama de dispersão foi feito para comparar os

resultados de dureza de todas as seções com seus respectivos resultados de

espessura (ver figura 5.17).

75

Figura 5.17 – Gráfico de Dispersão espessura-dureza

Fonte: do autor.

Pela figura 5.17, é possível notar que quanto maior for a diferença entre a

espessura inicial do tubo (de 2,30 mm) e a espessura final (detalhada na tabela 5.7),

maior é o valor de dureza, com exceção das seções B e Q, que tiveram valores altos

de dureza, mas com espessura ao redor de 2,3 mm. Fica evidente que o valor de

dureza aumenta durante o processo de dobragem, pois este é o único processo que

realmente interfere no tamanho de espessura do tubo. Isso pode ser provado

comparando o diferencial entre a maior e a menor espessura medida e os resultados

de dureza (ver figuras 5.18 e 5.19). Além disso, as seções B e Q, mesmo tendo uma

espessura de 2,30 mm, são seções da região dobrada do tubo.

76

Figura 5.18 – Diferencial de espessura por seção entre o máximo e o mínimo

calculado do tubo 9

Fonte: do autor.

Figura 5.19 – Média do valor de Dureza por seção do tubo 9

Fonte: do autor.

Comparando-se os dois gráficos mostrados nas figuras 5.18 e 5.19, há uma

relação direta entre o maior valor de dureza e o maior diferencial no valor de espessura

de cada seção. Os picos em ambos os gráficos são nas seções C, G, M e Q.

Portanto, conclui-se que a dureza está diretamente relacionada com a

diferença de espessura do tubo ao final do processo.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7


Dif

ere

nci

al (

mm

)

Seções

Diferencial de Espessura por seção -Tubo 9

150

155

160

165

170

175

180

185

190


Du

reza

(H

V)

Seções

Média por seção - Tubo 9

77

5.3.3.2 Comparação com Simulação Autoform

Para provar que as medições feitas pela autora estão precisas, o Autoform foi

utilizado para calcular a espessura da seção B do tubo 9 (ver figura 5.20).

Figura 5.20 – Medição de espessura ao longo da circunferência da seção B do tubo

9

Fonte: do autor e do acervo da empresa.

O gráfico da direita da figura 5.20 é a simulação do Autoform, que mediu

aproximadamente 220 pontos ao longo da circunferência da seção B, enquanto a

autora mediu oito pontos, representado pelo gráfico à esquerda. Apesar dos

resultados entre eles não serem exatos, é possível notar um comportamento parecido:

a espessura começa próximo do valor inicial de 2,3 mm, diminui até próximo de 2 mm,

depois cresce bruscamente acima de 2,4 mm e novamente desce.

Dessa forma, é possível afirmar que há uma boa precisão nos resultados

ensaiados pela autora com relação aos resultados do Autoform.

Também foi feita a simulação do tubo 9 inteiro no Autoform. Ele também foi

dividido em 17 seções, como nos ensaios de dureza, e o resultado se encontra na

figura 5.21.

78

Figura 5.21 – Tubo 9 simulado no Autoform


Percebe-se que pela simulação as partes dobradas são realmente as partes

com limite de escoamento alto, beirando a 550 N/mm². No teste de tração do tubo de

mesmo grau que o tubo 9, constatou que o limite de resistência à ruptura é de 464

N/mm², representado pela sigla Rm, visto na figura 5.22.

Figura 5.22 – Ensaio de Tração em tubo do grau S315MC


79

Apesar do programa ter calculado 550 N/mm² nas dobras dos tubos, ele não

acusou que haveria trincas (ver figura 5.23). Dessa forma, é possível afirmar que o

programa de computador Autoform deveria ter indicado a presença de trincas

(representado pela cor vermelha na mesma figura), pois o ensaio de tração indicou o

limite de resistência à fratura próximo de 464 N/m².

Figura 5.23 – Simulação de Formabilidade do tubo hidroconformado no Autoform


Devido à dimensão do corpo de prova para ser ensaiado na máquina ter um

tamanho específico, não foi possível tirar uma amostra das dobras do tubo. A amostra

retirada se encontra no centro do tubo hidroconformado. Na figura 5.21, pode-se notar

que o ponto central do tubo tem um limite de resistência à tração que varia entre a cor

azul e rosa, ou seja, de 417 N/mm² à 483 N/mm². O resultado do ensaio de tração

indicou o limite de resistência à tração como sendo de 422 N/mm², representado pela

letra Rp na figura 5.22. Os resultados do simulador e o resultado do ensaio de tração

são parecidos, porém o simulador não acusou o surgimento de trincas, como visto na

figura 5.23. É interessante notar que, se comparar as figuras 2.3 e 5.23, percebe-se

que as trincas, na verdade, surgiram nas partes onde ocorreram o engrossamento da

espessura do tubo, representada pela cor roxa na figura 5.23. Da forma como é

apresentada no Autoform (ver figura 5.23), dá-se a noção de que somente com o

afinamento da espessura que ocorrerão trincas, pois, da esquerda para a direita, a

tradução da legenda dessa figura é: trincas, afinamento excessivo, risco de trincas,

seguro, esticamento insuficiente, compressão e engrossamento.

Portanto, pode-se afirmar que, assim como o mau fornecimento de informações

dos fornecedores quanto às propriedades mecânicas dos tubos, o Autoform também

deve ser considerado como uma das causas para a má tomada de decisão por parte

80

da empresa na fabricação dos tubos, pois se espera que o simulador proveja

resultados muitos próximos à realidade, o que não foi evidenciado.

5.4 TESTE 3

A média dos valores de dureza de cada tubo reto do grau 240, tão bem quanto

seu valor de limite de resistência à tração, foi calculada (ver tabela 5.8). Novamente,

o cálculo da tensão de escoamento foi feito utilizando a fórmula 9, vista no item 4.5.3

deste trabalho.

Tabela 5.8 - Resultados de Dureza e Tensão de Escoamento dos tubos 240 MC

Dureza (HV) Tensão de Escoamento (N/mm²)

Tubo 10 130 345

Tubo 11 127 338

Tubo 12 127 338

Fonte: do autor.

Era esperado que o valor da tensão de escoamento de todos os tubos fosse de

valores próximos à 240 N/mm², como dito pelo fornecedor. Já na fase reta, os valores

de tensão de escoamento são muito próximos à 350 N/mm², valor estipulado pelo

cliente no produto final.

Utilizando o valor real da tensão de escoamento ensaiado, e não o valor

fornecido, foi possível simular os tubos no Autoform para que houvesse noção do valor

de tensão de escoamento no produto final. Como visto nos resultados do item 5.2

deste trabalho, o valor de escoamento não aumenta muito entre o tubo reto e o tubo

hidroconformado nas partes que não foram dobradas. Dessa forma, a figura 5.24

mostra o resultado da simulação.

81

Figura 5.24 – Simulação de Tubo 240MC


Nota-se que, nas regiões que não sofreram com o processo de dobragem, o

valor da tensão de escoamento é representado pela cor azul-claro e azul-escuro, ou

seja, varia aproximadamente de 320 N/mm² a 380 N/mm². Já na solda do tubo e nas

regiões dobradas, o valor está acima de 400 N/mm².

Novamente, os valores estão acima do limite permitido pelo cliente, apesar de

algumas áreas terem o valor de 350 N/mm² ou menos.

Dessa forma, é possível concluir que o novo fornecedor também forneceu o

valor errado de tensão de escoamento, que deveria ser de 240 N/mm², mas foram

encontrados valores acima de 338 N/mm². Além disso, é possível afirmar que mesmo

com o tubo de grau menor os valores de tensão das regiões dobradas ultrapassam o

limite de 350 N/mm² estipulado pelo cliente.

Os valores de solda sempre serão maiores, porém não surgiram trincas nas

soldas, como visto na figura 2.3 do item 2.2.1. Com essa observação, pode-se concluir

que o problema das trincas não está diretamente ligado ao valor de tensão de

escoamento alto, pois, se este fosse o motivo, haveriam trincas em cima das soldas.

5.5 DISCUSSÕES

Com base nos resultados de todos os testes realizados, é possível concluir que

as informações providas do fornecedor, o simulador, o processo de produção dos

tubos e o desenho teórico do produto, causas previstas no diagrama de Ishikawa (ver

item 5.1 deste trabalho) foram constatadas durantes os ensaios. Dessa forma, pode-

se afirmar que o objetivo deste trabalho, de descobrir a(s) causa(s) raiz(es) do

problema, foi atingido.

82

Os tubos de 320, 315 e 240 graus com seus valores de dureza fornecidos,

respectivamente, 120 HV, 117 HV e 86 HV não correspondem ao valor real ensaiado

em laboratório 150 HV, 145 HV e 128 HV. Dessa forma, conclui-se que os

fornecedores poderiam ter errado nesses valores quando testaram e produziram os

tubos. Além disso, talvez houvesse uma tentativa de enganar a empresa, pois

venderam matéria-prima com propriedades mecânicas diferentes das estipuladas

pelos próprios fornecedores. Assim, é esperado que se entenda o processo de ensaio

de tração e dureza feitos pelos fornecedores, a fim de concluir se houve erro nos

ensaios feitos por eles ou se foi tentativa de engano.

No caso do programa de computador Autoform, ele demonstrou boa precisão

com relação aos resultados de laboratório da empresa. No entanto, o programa não

detectou a formação de trincas no tubo, sendo que, na realidade, essas trincas

existem. Portanto, é possível concluir que seria necessário avaliar a possibilidade de

se utilizar outros programas para melhor auxílio na tomada de decisões. O gerente do

projeto já está verificando dois outros programas: Argus e um segundo, que é de

natureza confidencial, criado pela organização Fraunhofer.

No caso dos processos de produção, verificou-se que o processo de dobragem

é o processo de conformação mecânica que mais afeta na dureza do material. Não

houve aumento de dureza considerável entre o tubo reto e o tubo hidroconformado

nas regiões que não foram dobradas, o que afirma o maior impacto do processo de

dobragem no aumento do valor de dureza. Esse comportamento é verificado utilizando

tanto o tubo de 315 graus quanto o tubo de 240 graus. Dessa forma, conclui-se que,

na realidade, o problema do aumento de dureza está concentrado no processo de

dobragem. Outras configurações poderiam ser estudadas para este processo, como

a velocidade de dobragem e a temperatura que é feita a dobragem, pois esses são

alguns dos parâmetros que afetam na dureza do material (GILL, 2017), por exemplo.

Se ajustar esses parâmetros e ainda não funcionar, seria interessante adquirir uma

nova máquina de dobragem com tecnologias melhores de configuração do seu

processo de conformação.

Se nenhuma dessas sugestões acabar com as trincas dos tubos

hidroconformados, é sugerido que o setor de engenharia fale novamente com o cliente

para esclarecer se os requisitos pedidos pelo cliente podem ser atendidos. Caso

positivo, talvez fosse melhor o cliente escolher outra empresa para fabricar seus tubos.

83

Caso contrário, o cliente precisa rever seus requerimentos e mostrar uma nova ideia

de desenho para o tubo do eixo de rodas dianteiro de seu produto.

Assumindo que o desenho do cliente pode ser fabricado na empresa deste

projeto e de acordo com todas as análises feitas pela autora com o problema de trincas

nos tubos de eixo de rodas dianteiro, conclui-se que, apesar de os fornecedores terem

fornecido dados errados em relação às propriedades mecânicas de seus tubos, o

maior fator de surgimento de trincas, para a autora, é o processo de conformação

mecânica de dobragem. Isso se deve ao fato de que mesmo o valor real dos tubos

seja maior que o valor fornecido, a solda do tubo, que já tem uma tensão de

escoamento alta, ficou intacta durante o processo de dobragem. As soldas têm seu

valor de tensão de escoamento (ou limite de resistência à tração) tão altos quanto as

regiões dobradas (ver figura 5.24 do item 5.4). As trincas surgiram nas regiões

próximas à solda (ver figura 2.3 do item 2.2.1), mas não na solda em si, o que poderia

indicar uma influência da solda no aparecimento de trincas. No entanto, este estudo

não se aprofundou nas análises de solda destes tubos. Seria interessante analisar

microscopicamente a região entre a trinca e a solda, a região do tubo que não tem

solda e a região da solda para melhor análise dos resultados. Essa tarefa poderia ser

executada pelo departamento de materiais e metalurgia da empresa.

Além disso, embora o programa Autoform possa fazer com que os engenheiros

da empresa tomem decisões erradas quanto à validação da fabricação de seus

produtos, ele não é considerado a causa raiz do surgimento das trincas em si, pois

não é o programa de computador que provoca as trincas nesses tubos. No entanto,

reforça-se o fato de que ele é culpado pela tomada de decisão errada da empresa e

que, consequentemente, faz com que a empresa perca matéria-prima e tenha prejuízo.

Da mesma forma, os fornecedores também não são culpados diretamente pelo

aparecimento de trincas, mas são culpados pelos dados errados fornecidos para a

empresa. Com os dados errados, a simulação pelo Autoform também estará errada.

Por fim, com os resultados adquiridos até o presente momento, conclui-se que

deve haver uma análise mais profunda com relação ao processo de produção dos

tubos do eixo de rodas dianteiro, principalmente do processo de dobragem. Dessa

forma, a causa raiz do problema de trincas desses tubos é o processo de conformação

mecânica de dobragem.

84

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao final das análises de dureza, tensão de escoamento, das simulações do

programa Autoform e das informações dos fornecedores dos tubos, pôde-se concluir

que o aparecimento de trincas está ligado ao processo de conformação mecânica de

dobragem, devido ao aumento da dureza nas áreas dos tubos que foram deformadas

pelo processo de dobragem.

Além disso, chegou-se à conclusão de que os fornecedores dos tubos

proveram informações erradas quanto ao valor real de tensão de escoamento de seus

produtos, o que prejudicou as simulações feitas pelo programa Autoform, pois este

utiliza dados de propriedades mecânicas para sua simulação. Com os dados errados,

o programa não acusou o aparecimento das trincas nos tubos, levando à aprovação

do projeto e ao começo da produção dos tubos.

Por fim, foi recomendado à empresa a seguir as sugestões descritas no item

6.1 deste trabalho.

6.1 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

No Quadro 6.1, encontra-se a lista do resumo das recomendações, já citados

no item 5.5, para trabalhos futuros envolvendo este projeto.

Quadro 6.1 – Resumo das recomendações para trabalhos futuros

1- Analisar a estrutura do material na região próxima à solda, tão bem quanto

nas regiões da solda e fora da solda e compará-las.

2- Analisar a possibilidade de se substituir o programa de computador Autoform

por outro melhor.

3- Analisar a máquina do processo de dobragem e sua configuração de

conformação mecânica.

4- Analisar os resultados dos ensaios de tração e de dureza dos fornecedores

e, se possível, ir até ao laboratório deles para entender como eles fazem os

testes e ensaiar as amostras juntamente com os fornecedores para validar a

fidelidade dos resultados.

Fonte: do autor.

85

7 REFERÊNCIAS

ASTM E92-17. Standard Test Methods for Vickers Hardness and Knoop Hardness of

Metallic Materials. ASTM International 2017. Disponível em:

<http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?E92>. Acesso em: 29 maio 2018.

ARCELORMITTAL, Tubos de Condução, Disponível em:

<http://longos.arcelormittal.com/produtos/chapas-derivados/tubos-de-conducao>.

Acesso em: 10 maio 2018,

AUTOFORM: FORMING REALITY. AutoForm Hydro. Disponível em:

<https://www.autoform.com/en/products/autoform-hydro/>. Acesso em: 19 abr. 2018.

AUTOGUIDE.COM. What is a Powertrain Warranty? Disponível em:

<http://www.autoguide.com/auto-news/2015/06/what-is-a-powertrain-warranty-.html>.

Acesso em: 10 maio 2018.

BATALHA, M, O, et al. Introdução à Engenharia de Produção. Série: Coleção

Campus-ABEPRO. Rio de Janeiro: Elsevier, 312 p, 2008.

BRESCIANI Filho, E.; ZAVAGLIA, C, A, C.; BUTTON, S, T.; GOMES, E.; NERY F, A,

C. Conformação Plástica dos Metais, 5. ed. Campinas: Editora da Unicamp, 383 p,

1997.

CARVALHO, M, M, de; RABECHINI Jr, R. Fundamentos em Gestão de Projetos, 3.

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