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APERFEIÇOAMENTO DE OPERAÇÕES DE FURAÇÃO E ROSCAMENTO

NA FABRICAÇÃO DE PEÇAS EM CENTRO DE USINAGEM:

UM ESTUDO DE CASO

Jeferson Alecsander Rigo, [email protected]

Marcelo Mennet Marchiori, [email protected]

André João de Souza, [email protected]

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) – Departamento de Engenharia Mecânica (DEMEC) – Rua

Sarmento Leite, nº 425 – Cidade Baixa – CEP 90050-170 – Porto Alegre, RS.

Resumo: O estudo de caso realizado em uma empresa fornecedora de componentes para máquinas agrícolas visa

aperfeiçoar o processo de fabricação de peças em um centro de usinagem envolvendo etapas de furação e roscamento.

Para tanto, foram determinados os tempos de fabricação para identificar as etapas do processo e analisar as

possibilidades de melhoria. O dispositivo de fixação das peças na máquina também foi examinado quanto à sua

adequação. Uma vez adquiridos os tempos e as etapas do processo, efetuou-se a avaliação dos parâmetros de corte

(velocidade de corte e avanço). Com esta análise, constatou-se que as ferramentas estavam sendo subutilizadas. Desta

forma, foram sugeridas modificações nos parâmetros de corte a fim de aumentar a eficiência (reduzir os custos e os

tempos de produção do lote). Assim, os dados para a obtenção da máxima produção foram gerados por um software

(catálogo eletrônico) de um determinado fabricante. Julgou-se também a possibilidade de que ferramentas inteiriças

de metal duro pudessem produzir um efeito ainda mais significativo. Por conseguinte, brocas e machos de metal duro

foram sugeridos, bem como a aplicação de valores otimizados para os parâmetros de corte (fornecidos pelo software).

Concomitantemente, realizou-se a análise dos tempos improdutivos com vistas a reduzi-los ao máximo ou eliminá-los.

Ao final, foi possível estimar uma redução no tempo de fabricação do lote de 23,6% com as modificações nos

parâmetros de máxima produção para ferramentas de aço-rápido e de 46,1% no tempo com ferramentas de metal duro

(também com parâmetros para máxima produção). Estima-se ainda uma redução nos custos de produção do lote com

relação ao procedimento atual de 22,6% utilizando ferramentas de aço-rápido e de 42,7% com ferramentas de metal

duro, ambas com parâmetros para máxima produção. A produção do lote com concludentes reduções de custo e tempo

de fabricação da peça justifica o estudo.

Palavras-chave: eficiência do processo de usinagem, produtividade, furação, roscamento.

1. INTRODUÇÃO

O aumento da competitividade entre indústrias, aliado ao crescente avanço tecnológico, estabelece a necessidade de

mudanças na política das organizações. Um grande diferencial competitivo tem sido a redução do Lead Time do

produto. Assim, o fornecedor ou fabricante, terá uma capacidade maior de processamento com prazos reduzidos

aumentando seus ganhos. A tendência mundial das empresas atualmente é se tornarem apenas montadoras do seu

produto e terceirizar toda a fabricação de peças e componentes que farão parte do conjunto (Karlsson e Sköld, 2007).

Nesse cenário, toda a produção vem sendo transferida para as empresas prestadoras de serviços especializadas em

tal atividade (Webster et al., 1997; Weigelt e Sarkar, 2011).

O presente estudo em parceria com a indústria Metalúrgica Corazza – Moldes e Matrizes propõe um detalhamento

técnico para melhoria do processo de produção de peças fabricadas em centro de usinagem. Intenciona-se avaliar as

técnicas e etapas de fabricação utilizadas pela indústria e propor melhorias em algumas e/ou todas as partes do processo

a fim de reduzir o tempo de fabricação aumentando a produtividade da máquina. O processo consiste na usinagem de

peças de aço SAE 1020 em chapa de 12,5 mm de espessura envolvendo furações e cortes.

Notou-se que a empresa tem subutilizado suas ferramentas de furação. Essa utilização abaixo dos parâmetros

recomendados pelo fabricante acarreta maior tempo de produção, portanto maior custo na fabricação das peças. Desta

maneira, verificou-se que o tempo total de usinagem pode ser reduzido pelo uso mais eficiente das ferramentas, gerando

redução dos custos de produção e um aperfeiçoamento das operações de corte.

A empresa já havia realizado anteriormente estudos de melhoria do processo. Entretanto, com as novas tecnologias,

tanto de máquinas quanto de ferramentas, era possível que sua configuração e/ou ferramental estivessem obsoletos.

Notou-se que através de uma análise detalhada e bastante criteriosa das fases envolvidas na fabricação, que ainda era

V I I C o n gr e s s o Na c i o na l d e E n g e n har i a M e c â ni c a , 31 d e j u lh o a 0 3 d e Ag o s t o 2 01 2 , S ã o L u i s - M ar a n h ã o

possível melhorarem algumas etapas do processo no intuito de aperfeiçoar a fabricação da peça – tanto com o custo com

ferramental quanto com a forma de utilizar a ferramenta. Como o procedimento sempre foi realizado da mesma maneira

(talvez por costume da empresa) propôs-se esta parceria com vistas a viabilizar o estudo e oferecer à empresa sugestões

de melhorias em seu processo.

De acordo com Diniz et al. (2003), o tempo total de usinagem de uma peça é composto por vários intervalos de

tempos que se classificam em produtivos e improdutivos.

Assim, o estudo pretende alcançar a máxima redução no tempo produtivo através da seleção adequada do

ferramental de usinagem através da indicação e utilização correta dos parâmetros de corte recomendados pelos

fabricantes das ferramentas, e utilizando ao máximo a capacidade da máquina. Os tempos improdutivos serão

identificados e quantificados para serem eliminados ou reduzidos ao máximo. Também será avaliado o dispositivo de

fixação das peças na mesa da máquina, quanto à quantidade de peças e a facilidade de colocá-las e retirá-las do

dispositivo. Todas as propostas de alterações de processo respeitarão sempre as especificações técnicas da peça a ser

produzida. Além disso, através de uma análise de viabilidade econômica, será proposto o investimento nas alterações do

processo à empresa para que um novo lote de peças seja fabricado.

2. METODOLOGIA

2.1. Caracterização do Processo

A peça é feita em aço SAE 1020 de espessura 12,5 mm (Fig. 1) proveniente do processo de corte laser, no qual é

feito o contorno externo, o perfil interno e o furo maior (13 mm). Posteriormente, no centro de usinagem, são

executadas as furações dos diâmetros 8,5 (4×), 9H12 (2×), 11H12, e os roscamentos M10×1,5 (4×). Os furos e as

roscas são feitos no centro de usinagem, pois tolerâncias estreitas e bom acabamento são exigências de projeto, e o

processo de corte laser não garante boa repetitividade, principalmente em furos de pequenos diâmetros. Todas as

ferramentas usadas no processo atual (brocas e machos) são de Aço Rápido (HSS – High-Speed Steel) sem cobertura.

Figura 1. Desenho da peça de produção (cortesia da Metalúrgica Corazza).

A ancoragem das peças é feitas através de um dispositivo de fixação posicionado sobre a mesa da máquina em

quatro unidades, como mostra a Fig. (2).

Figura 2. Ancoragem das peças: (1) pinos posicionadores; (2) grampos; (3) dispositivo de fixação.


O dispositivo é uma chapa de aço com pinos posicionadores (1) de peças. Cada peça é posicionada com 3 (três)

pinos de forma a garantir o perpendicularismo e a posição. As 4 (quatro) peças são forçadas contra os pinos pelo

operador e então 2 (dois) grampos (2) com parafuso M12 são apertados manualmente com uma chave tipo Allen. Cada

grampo fixa duas peças por vez. Durante o setup da máquina, o dispositivo de fixação (3) é referenciado sobre a mesa

garantindo a posição dos furos em todas as peças.

2.2. Determinação dos Tempos

Os tempos improdutivos (t1) citados por Machado et al. (2009) foram medidos e calculados com um cronômetro

manual e com o auxílio do software MS ExcelTM

. Os dados são indicados na Tab. (1).

Tabela 1. Tempos improdutivos.

Descrição Tempos [min] Tempo para um

conjunto [min]

Preparo da máquina 45 (para o lote) 0,78

Substituição das peças --- 1,43

Troca do magazine 0,17 (por ferramenta) 0,85

Substituição das ferramentas para afiação 1,05 (para 3 brocas) 0,02

Total 3,08

O lote foi de 232 peças. Como são feitas 4 (quatro) peças por vez (um conjunto), teve-se 58 ciclos de usinagem. O

tempo de preparo da máquina e das ferramentas para iniciar o processo é de 45 min ou 0,78 min para cada conjunto.

Inicialmente foi cronometrado o tempo de troca das peças que inclui as etapas de: soltar o conjunto; retirar as peças

usinadas da máquina; colocar estas peças em um palete de peças prontas; retirar as peças cortadas a laser do outro

palete, posicionar estas peças no dispositivo e fixar os grampos. Todo esse tempo foi de 1,43 min.

O processo utiliza 5 (cinco) ferramentas para fazer todas as operações. O tempo total de troca das 5 (cinco)

ferramentas foi de 0,85 min. A troca da primeira ferramenta do magazine é mais rápida se comparada com a troca da

última. Assim, o tempo médio de troca por ferramenta é de 0,17 min.

Também foi medido o tempo de substituição das ferramentas devido ao desgaste. A broca de centro não precisa ser

substituída durante todo o lote. As 3 (três) brocas são substituídas para reafiação uma vez durante o lote. O macho

(roscamento) também não precisa ser substituído ao final do lote. O tempo de substituição de cada broca para reafiação

foi de 0,35 min com tempo total de 1,05 min. Para um conjunto, o tempo foi de 0,02 min.

A última coluna da Tab. (1) exibe todos esses tempos para um conjunto de peças (ou um ciclo de usinagem).

Em uma segunda etapa foi medido o tempo de corte (tc) e o tempo de deslocamento da ferramenta entre os furos (td)

(Tab. 2). Todo o tempo considerado nessa seção é para um conjunto de peças no dispositivo.

Tabela 2. Tempos de corte e parâmetros de usinagem.

Operação Nº de

furos

Rotação

n [rpm]

Avanço f

[mm/min]

Avanço fn

[mm/rev.]

Tempo medido

tm [min] tc [min] td [min]

Furo de centro 28 1500 150 0,1 2,1 1,12 0,98

8,5M10 16 613 104 0,17 3,3 2,46 0,84

9H12 8 613 104 0,17 1,7 1,23 0,47

11H12 4 502 100 0,20 0,93 0,64 0,29

Rosca M10 16 200 300 1,5 2,32 1,71 0,61

Total 10,35 7,16 3,19

Para cada ferramenta foi medido o tempo do início do corte do primeiro furo até o final do corte do último furo. O

tempo mensurado (tm) contém o tempo de corte (tc) somado ao tempo de deslocamento entre os furos (td). Com os

parâmetros de corte utilizados no processo para cada ferramenta, o tempo efetivo de corte foi calculado pela Eq. (1).

f

c

Lt

f n (1)

Onde: Lf = percurso de corte [mm]; f = avanço [mm/volta]; n = rotação da ferramenta [rpm].


Subtraindo o tempo de corte do tempo total medido, obtém-se apenas o tempo de deslocamento entre os furos.

Adotou-se esse método para determinar o tempo de movimentação porque são tempos de difícil medição, por serem

tempos muito curtos e resultariam dados não confiáveis.

O percurso de corte Lf é calculado através do produto do nº de furos pelo deslocamento da ferramenta (Tab. 3).

Tabela 3. Percursos de corte.

Dimensões e Deslocamentos Medida [mm]

Espessura da peça 12,5

Percurso de corte Lf das brocas e macho para cada furo 16

Percurso de corte Lf da broca de centro para cada furo 6

O tempo total de produção para um conjunto de peças é dado pela soma do tempo produtivo de cada ferramenta e

os tempos improdutivos do processo. Somando o tempo de corte da Tab. (2) de 7,16 min com o tempo de deslocamento

entre furos da ferramenta de 3,19 min e os tempos improdutivos da Tab. (1) de 3,07 min, obtém-se o tempo total (tT)

para conjunto de 13,42 min. Considerando que são necessários 58 ciclos para o lote de 232 peças, tem-se um tempo

total (tL) de 778,4 min ou 12,98 h para o lote.

A Tabela (4) detalha os tempos do processo atual para a fabricação do conjunto e o percentual em relação ao total.

Tabela 4. Tempos do processo atual para um conjunto.

Parâmetro Tempo [min] Percentual de tT [%]

Tempo total (tT) 13,43 100

Tempo de corte (tc) 7,16 53,4

Tempo de movimentação da máquina (td) 3,19 23,8

Tempos improdutivos (t1) 3,08 22,8

Pode-se observar que do tempo total (tT) consumido, mais de 50% do tempo foi destinado ao corte. Isto incentivou a

procurar alternativas de redução do tempo de corte com a modificação dos parâmetros ou a substituição da ferramenta.

2.3 Avaliação dos Parâmetros de Corte

A Tabela (5) mostra um comparativo entre os parâmetros de corte utilizados atualmente para as ferramentas HSS

com os dados recomendados pelo fabricante para as mesmas ferramentas (Walter Tools, 2011): velocidades de mínimo

custo (vco) e máxima produção (vcmxp). Para a broca de centro não foram encontrados parâmetros recomendados.

Tabela 5. Comparativo de parâmetros de corte.

Ferramenta HSS Utilizados Recomendados

n [rpm] vc [m/min] f [mm/rev.] vco [m/min] vcmxp [m/min] f [mm/rev.]

Broca de centro 1500 14,8 0,10 --- --- ---

Broca 8,5 613 16,8 0,17 20,0 30,0 0,17

Broca 9,0 613 17,3 0,17 20,0 30,0 0,17

Broca 11,0 502 17,3 0,20 20,0 30,0 0,20

Macho M10 200 6,3 1,50 8,0 14,0 1,50

Pela análise da Tab. (5), foi possível notar claramente que a velocidade de corte (vc) usada pela empresa fica abaixo

da velocidade de mínimo custo (vco) recomendada pelo fabricante. Esta escolha de uma menor vc pela empresa é devido

à falha prematura da ferramenta quando os valores recomendados são aplicados. Constatou-se que esta falha se dá pela

afiação inadequada da ferramenta já que as brocas são afiadas manualmente em esmeril com um controle geométrico

ineficaz. Isso que resulta em uma geometria muitas vezes inapropriada para o corte, situação que gera esforços passivos

de corte nas arestas principais da ferramenta resultando em vibrações e em uma menor vida útil da ferramenta. Uma

afiação correta das ferramentas poderia solucionar o problema da falha prematura.


2.4 Novas Ferramentas Propostas

Como as ferramentas atuais estão com capacidade de corte reduzida, uma das maneiras de aumentar a produção

com ferramentas HSS é adotar os valores máximos recomendados pelo fabricante. Outra possibilidade é substituir as

ferramentas por outras de metal duro (MD). A Tabela (6) expõe os parâmetros de corte para as brocas e macho de MD.

Vale salientar que, por recomendação do fabricante (Walter Tools, 2011), com a aplicação do MD, fica desnecessária a

utilização da broca de centro.

Tabela 6. Parâmetros de corte recomendados para ferramentas de metal duro.

Ferramenta de Metal Duro vco [m/min] vcmxp [m/min] f [mm/rev.]

Broca 8,5 58 87 0,23

Broca 9,0 58 87 0,24

Broca 11,0 58 87 0,27

Macho M10 44 68 1,50

3. RESULTADOS

3.1. Análise do Processo com Ferramentas de HSS

Com velocidades menores os desgastes da ferramenta serão pequenos, com consequente vida longa e pequenos

custos com ferramental (a ferramenta será substituída poucas vezes, diminuindo os tempos passivos devido à sua troca).

Porém, o tempo de corte por peça será alto (devido à baixa velocidade), com consequentes baixa produção horária e

aumento de custos com utilização de máquina e operador (Diniz et al., 2003). Portanto, com a afiação correta das

ferramentas, poder-se-ia utilizar as velocidades de máxima produção e assim ter o tempo de corte reduzido

significativamente, como mostra a Tab. (7).

Tabela 7. Redução no tempo de corte pela utilização de parâmetros corretos.

Ferramentas de

Aço Rápido

Utilizados Propostos Redução [%]

vc [m/min] tc [min] vcmxp [m/min] tc [min]

Broca de centro 14,8 1,12 14,8 1,12 ---

Broca 8,5 16,8 2,46 30,0 1,37 44,3

Broca 9,0 17,3 1,23 30,0 0,71 42,3

Broca 11,0 17,3 0,64 30,0 0,37 42,2

Macho M10 6,3 1,71 14,0 0,77 55,0

Total 7,16 4,34 39,4

Com estas velocidades e correta afiação da ferramenta, durante a produção do lote de 232 peças, não haveria

necessidade de substituição das brocas de 9,0 mm, 11,0 mm e de centro assim como o macho. Como resultado

disso, o tempo de substituição das ferramentas (Tab. 1) seria devido exclusivamente à broca de 8,5 mm, reduzindo de

1,05 para 0,35 min. Desta forma, haveria uma redução de 13,43 min (Tab 4) para 13,42 min representando um ganho

imperceptível para um conjunto. Do mesmo modo, o tempo de corte será reduzido de 7,16 para 4,34 min (Tab. 7),

resultando em um tempo total de produção de 9,58 min, com ganhos de tempo iguais a 28,7%.

3.2. Análise do Processo com Ferramentas de Metal Duro

Como se vê na Tabela (6) a velocidade de corte para ferramentas de metal duro é muito superior à velocidade das

ferramentas de HSS. Na Tabela (8) pode-se observar o ganho resultante, considerando somente a velocidade de corte.

Com a utilização destas ferramentas, todo o lote pode ser executado sem que seja necessária a parada para a substituição

e reafiação de nenhuma das ferramentas. Somando-se a redução do tempo de corte, que passou de 7,16 para 1,0 min

(Tab. 8) com a eliminação do tempo de troca da ferramenta para afiação, que era de 1,05 min (Tab. 1), tem-se uma

redução do tempo total do processo para quatro peças de 13,43 para 6,22 min. O ganho obtido foi de 53,7% no tempo

do processo de um conjunto.


Tabela 8. Redução no tempo de corte com ferramentas de metal duro.

Ferramentas de

Metal Duro

Utilizados Propostos Redução [%]

vc [m/min] tc [min] vcmxp [m/min] tc [min]

Broca de centro* 14,8 1,12 --- --- 100%

Broca 8,5 16,8 2,46 87,0 0,47 80,9

Broca 9,0 17,3 1,23 87,0 0,24 80,5

Broca 11,0 17,3 0,64 87,0 0,13 79,7

Macho M10 6,3 1,71 68,0 0,16 90,6

Total 7,16 1,00 86,0

*A broca de centro é utilizada exclusivamente na usinagem com ferramenta HSS.

3.3. Análise da Vida Útil das Ferramentas

No processo atual, a vida útil da broca de centro (em número de furos) é maior que o necessário para efetuar todos

os furos do lote, por isso não é preciso substituí-la. Sendo assim, é utilizada até sua falha. As brocas HSS de 8,5 mm,

9,0 mm e 11,0 mm são substituídas na metade do número de furos do lote, por receio de quebra e por não haver

controle da afiação e do desgaste das mesmas. Assim, são substituídas uma vez durante a produção do lote. O macho

roscador (também de HSS) é usado até que a dimensão da rosca não atenda às especificações; ao mesmo tempo, não há

controle de quantos furos é sua vida útil; contudo a ferramenta não é substituída durante a fabricação do lote.

Se as brocas de HSS forem utilizadas na velocidade de corte de máxima produção (conforme as especificações do

fabricante) e com uma afiação correta, a vida útil para as condições do processo seria suficiente para a produção de todo

o lote. Para as brocas de metal duro, a vida útil também é superior ao lote. Tais situações são mostradas na Tab. (9).

Tabela 9. Vida útil das ferramentas (em n° de furos)

Ferramentas N° Furos do Lote Vida Útil

HS

S a

fia

da

s

ma

nu

alm

ente

Broca de centro 1624 1624

Broca 8,5 928 464

Broca 9,0 464 232

Broca 11,0 232 116

Macho M10 928 928

No

va

s d

e

HS

S

Broca 8,5 928 475

Broca 9,0 464 475

Broca 11,0 232 475

Macho M10 928 812

Met

al

Du

ro Broca 8,5 928 2187

Broca 9,0 464 2187

Broca 11,0 232 2187

Macho M10 928 27363

3.4. Comparativo dos tempos totais e avaliação dos custos

A Tabela (10) evidencia o comparativo do tempo de produção entre a condição atual, a utilização das ferramentas

de HSS usadas adequadamente e as ferramentas de metal duro. Observa-se que na utilização das ferramentas de metal

duro, o ganho de tempo é bastante significativo.


Tabela 10. Redução no tempo total.

Tempo do

conjunto [min]

Tempo do lote

[h]

Redução do

tempo [%]

Condição inicial com afiação manual 13,43 12,98 ---

HSS com parâmetros de máxima produtividade 9,58 9,90 23,7

Metal Duro com parâmetros de máxima produtividade 6,22 6,53 49,7

A Tabela (11) apresenta um comparativo do custo por furo com cada uma das ferramentas e a Tab. (12) o

percentual de diferença entre as situações analisadas.

Tabela 11. Custo de ferramentas.

Ferramentas Custo da

ferramenta [R$]

N° furos até 1ª

afiação

Custo por furo

[R$]

N° de furos a

serem feitos

Custo total do

lote [R$]

HS

S n

ov

as

(co

nd

içã

o a

tua

l) Broca de centro 12,50 1624 0,0077 1624 12,50

Broca 8,5 14,73 464 0,0317 928 29,42

Broca 9,0 13,62 232 0,0587 464 27,24

Broca 11,0 22,89 116 0,1973 232 45,77

Macho M10 87,02 928 0,0937 928 87,02

Custo total: 201,95

HS

S n

ov

as

(ap

erfe

iço

ad

os)

Broca de centro 12,50 1624 0,0077 1624 12,50

Broca 8,5 14,73 475 0,0310 928 28,77

Broca 9,0 13,62 475 0,0287 464 13,32

Broca 11,0 22,89 475 0,0482 232 11,18

Macho M10 87,02 812 0,1072 928 99,48

Custo total: 165,25

Met

al

Du

ro Broca 8,5 170,00 2187 0,0777 928 72,11

Broca 9,0 176,00 2187 0,0805 464 37,35

Broca 11,0 216,00 2187 0,0988 232 22,92

Macho M10 282,00 27363 0,0103 928 9,56

Custo total: 141,94

Tabela 12. Redução de custo de ferramentas.

Custo sem

Ferramentas

Custo das

Ferramentas Custo Total

Redução do

custo [%]

Condição inicial com afiação manual 1 1 1 ---

HSS com parâmetros de máxima produção 0,764 0,818 0,774 22,6%

Metal Duro com parâmetros de máxima produção 0,540 0,703 0,572 42,7%

Na análise da Tab. (11), foi considerada a vida útil das ferramentas até antes da sua primeira afiação, ou seja, as

ferramentas serão depreciadas integralmente nessa condição. Observando o custo com ferramenta de HSS e

comparando com o custo obtido para as ferramentas de metal duro, observou-se uma redução de 14,1% do custo.

Contabilizando os custos de produção da Tab. (11), obtêm-se a redução total do custo do lote, da condição inicial

para a condição com ferramentas de HSS “otimizadas”, de 18,2%. Da condição inicial para a condição com ferramentas

de MD, obtêm-se uma redução de 29,7% no custo do lote.

Como se pode ver na Tab. (12) o custo reduziu significativamente em relação ao custo do processo inicialmente

utilizado. Com a utilização de ferramentas de HSS, em condição de máxima produção, reduz-se o custo a 76,4% do

inicial sem considerar a ferramenta em si; considerando-a, a redução é de 81,8%. Já com a utilização de ferramentas de


MD tem-se analogamente 54,0% e 70,3%. Esses dados confirmam que acontecerá a “otimização” do processo com uma

melhora de 22,6% com o uso de ferramentas HSS e de 42,7% com o uso das ferramentas de MD.

3.5. Avaliação do Dispositivo de Fixação das Peças

O dispositivo utilizado para fixação das peças tem capacidade para fixar um conjunto de 4 (quatro) peças. Seu

tamanho é de 850 600 mm. A mesa da máquina tem as dimensões de 1000 600 mm. Isto mostra que não é possível

aumentar o numero de peças no fixador. O tamanho do dispositivo está adequado. Com relação à distância entre as

peças, já estão adequadas, não sendo cabível a redução dos deslocamentos das ferramentas entre as peças. Quanto à

fixação das peças, os grampos são de fácil operação, porém, são parafusados e desparafusados manualmente.

3.6. Avaliação dos Tempos Improdutivos

O tempo de troca das ferramentas no magazine já está “otimizado” ao máximo, pois a máquina já está programada

para fazer essa troca com a máxima velocidade.

Os tempos de deslocamento das ferramentas entre um furo e outro e entre as peças também já estão reduzidos ao

máximo. O programa CAM faz a furação na sequência dos furos pela proximidade, ou seja, “otimiza” o percurso para

fazer o menor deslocamento possível.

A distância entre as peças também já está a menor possível, obtendo o menor deslocamento entre peças. A

velocidade de avanço (deslocamento das ferramentas) também já está no limite da máquina. Para diminuir o tempo de

fixação das peças, foi proposto o uso de uma parafusadeira automática.

O tempo de colocar e retirar as peças do dispositivo só poderia ser reduzido com o uso de um alimentador

automático, o que inviabiliza o processo pelos altos custos de investimento.

Uma recomendação é feita quanto ao tempo de setup da máquina, que leva aproximadamente 45 min, de projetar

um sistema de guias para posicionar o dispositivo na mesa da máquina com maior agilidade, diminuindo-o.

4. CONCLUSÕES

A broca que sofre maior utilização é a de 8,5 mm. Tomando-a como padrão de comparação, notou-se que em um

lote de 232 peças a broca faz 928 furos, sendo necessária a parada da máquina para sua substituição e afiação da

ferramenta recentemente usada, pois a sua vida útil é de 464 furos. Comparando as ferramentas em questão na condição

inicial, nota-se que com a ferramenta de HSS utilizada com velocidade de máxima produção (recomendada pelo

fabricante), o ganho em desempenho é mínimo, passando de 464 furos para 475, um aumento e apenas 2%. Já a

ferramenta de metal duro, é capaz (segundo o fabricante) de realizar 2187 furos e tem uma “capacidade de furar” 42%

maior. Como tem uma durabilidade 4,7 vezes maior que a broca de HSS é possível de realizar a operação completa de

quatro lotes sem que haja a necessidade de troca de ferramenta.

Em análise semelhante ressalta-se que a broca de 9,0 mm efetua 464 furos por lote, mas tem uma vida útil de 232

furos até a afiação. Em comparação análoga à anterior, notou-se que a broca HSS utilizada na condição de máxima

produção apresenta desempenho 104% superior. Já a broca de MD pode realizar 2187 furos, apontando um desempenho

843% superior e durabilidade 9,4 vezes maior que a broca de HSS.

Verificando a broca HSS de 11,0 mm na condição inicial, ela é capaz de efetuar até 116 furos antes da afiação; já

na condição maximizada recomendada pelo fabricante é capaz de realizar 475 furos e isso representa um aumento de

310%. Já a ferramenta de MD realiza os 2187 furos, mostrando um desempenho 1785% superior e durabilidade 18,8

vezes maior em relação às ferramentas HSS.

O macho M10 usado no sistema inicial é capaz de efetuar 928 roscamentos sem a necessidade de troca ou afiação.

Pelo fabricante, ele é capaz de efetuar roscas em 812 furos. Logo, sua aplicação está eficiente, e se forem adotadas as

recomendações do fabricante, a produtividade pode diminuir. Entretanto, o macho de metal duro realiza 27363 roscas

sem a necessidade de troca, indicando um desempenho 2900% superior e durabilidade 29,5 vezes maior.

A ferramenta de metal duro possibilita um processo bastante vantajoso no que diz respeito ao tempo de produção.

Como se pôde notar na Tab. (10), com a ferramenta HSS utilizada como parâmetro, a fabricação com metal duro

apresenta-se 49,7% mais rápida. Além disso, quanto aos custos totais (Tab. 12), a aplicação da ferramenta de metal duro

mostra-se mais lucrativa. A vantagem econômica é clara, pois o custo é inferior, proporcionando uma economia de

aproximadamente 42,7% em relação às ferramentas de HSS.

O dispositivo de fixação das peças é bastante desenvolvido. Contudo, o que se poderia aprimorar a fim de obter

uma redução nos tempos de manuseio do dispositivo é a adição de parafusadeiras automáticas para a colocação e

retirada dos grampos de fixação das peças, pois como foi mencionada, a operação é realizada com chaves manuais.

Os tempos improdutivos de movimentação já estão bastante reduzidos e chegaram ao mínimo em função da

capacidade da máquina. Sendo assim, a menos que sejam investidas grandes somas para compra de novas máquinas

ferramentas, com maiores velocidades, não há melhorias a serem feitas.


5. AGRADECIMENTOS

À Metalúrgica Corazza – Indústria de Moldes e Matrizes, pelo incentivo à pesquisa, e à CAPES, pela bolsa de

estudos concedida.

6. REFERÊNCIAS

Diniz, A.E., Marcondes, F.C., Coppini, N.L., 2003, “Tecnologia da usinagem de materiais”, Editora Artliber Ltda., São

Paulo, Brasil.

Karlsson C., Sköld M., 2007, “The manufacturing extraprise: an emerging production network paradigm”, 2007,

Journal of Manufacturing Technology Management Vol. 18 No. 8, pp. 912-932.

Machado, Á.R., Abrão, A.M., Coelho, R.T., Silva, M.B., 2009, “Teoria da usinagem dos materiais”, Ed. Edgard

Blücher Ltda., São Paulo, Brasil.

Walter Tools, 2011, Seção Downloads/TEC. Disponível em <www.walter-tools.com>. Acesso em 24/10/2011.

Webster, M., Alder, C., Muhlemann, A.P., 1997, “Subcontracting within the supply chain for electronics assembly

manufacture”, International Journal of Operations & Production Management, Vol. 17, No. 9, pp. 827-841.

Weigelt, C.; Sarkar, M.B., 2011, “Performance implications of outsourcing for technological innovations: managing the

efficiency and adaptability trade-off”, Published online Early View in Wiley Online Library

(wileyonlinelibrary.com), DOI: 10.1002/smj.951.

IMPROVEMENT OF DRILLING AND TAPPING OPERATIONS IN THE

MANUFACTURING PARTS ON A MACHINING CENTER: A CASE STUDY

Jeferson Alecsander Rigo, [email protected]

Marcelo Mennet Marchiori, [email protected]

André João de Souza, [email protected]

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) – Departamento de Engenharia Mecânica (DEMEC) – Rua

Sarmento Leite, nº 425 – Cidade Baixa – CEP 90050-170 – Porto Alegre, RS.

Abstract: The case study conducted in a supplier of components for agricultural machines is intended to improve the

manufacturing process of parts on a machining center involving drilling and tapping steps. For this, the manufacturing

times to identify the process steps and examine the opportunities for improvement was determined. The fixture of parts

on the machine center was also examined for their suitability. Once purchased the times and stages, the evaluation of

cutting parameters (cutting speed and feed rate) was performed. By this analysis, it was found that the tools were being

underutilized. Thus, modifications have been suggested in the cutting parameters to increase the efficiency (reducing

costs and production times of the batch). Therefore, the data to obtain the maximum production rate was generated by

a software (electronic catalog) from a particular manufacturer. Also, it was thought the possibility that carbide tools

could produce an even more significant effect. So, carbide drills and taps have been suggested, as well as the

application of optimal values for the cutting parameters (provided by software). Concomitantly, there was the analysis

of the unproductive times in order to reduce or delete them. Finally, it was possible to estimate the reduction in the

batch manufacturing time of 23.6% with the changes in the parameters of maximum production of high-speed steel

tools and 46.1% in production time with cemented carbide tools (also with parameters for maximum production rate).

It is also estimated a reduction in the batch production costs with respect to the current procedure of 22.6% using

high-speed steel tools, and 42.7% with carbide tools, both with parameters for maximum production rate. The batch

production with conclusive cost and time reductions in manufacturing parts justified this work.

Keywords: machining process efficiency, productivity, drilling, tapping.

RESPONSIBILITY NOTICE

The authors are the only responsible for the printed material included in this paper.

aperfeiÇoamento de operaÇÕes de furaÇÃo e …ajsouza/conem2012-0666.pdf · a peça é feita em...

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