AUTOMATIZAÇÃO EM CÉLULAS DE FUNDIÇÃO DE ALUMÍNIO POR GRAVIDADE

Valdeci Genuino1

Fabiano André Trein 2

RESUMO

Com a chegada da Revolução Industrial, ocorreu uma evasão de mão-de-obra do

campo para a indústria, as quais sentiram necessidade de melhorar a produtividade.

Juntamente com isso apareceu a necessidade das empresas em melhorar seus

processos, sem mudar a qualidade e as características de seus produtos, para que num mundo

competitivo possam se manter no mercado.

A introdução de novas tecnologias implica geralmente na adaptação das

competências profissionais e de uma reorganização do trabalho. Por vezes são suprimidos

postos de trabalho e ao mesmo tempo criados outros novos.

Este artigo visa relatar o aumento da produtividade em uma célula de fundição por

gravidade, utilizando a tecnologia de automação com robôs como estudo de caso real na

empresa Andreas Stihl Moto-Serras3.

O estudo do caso Stihl mostra um levantamento de dados coletados durante o

processo de vazamento de peças em alumínio em uma das células piloto que utiliza os robôs.

A partir da análise destes resultados será possível demonstrar o real aumento de eficiência e

produtividade e posteriormente, levar este conceito para o restante das células de trabalho da

empresa.

Palavras-chave: Produtividade, Tecnologia de automação, Robôs, Estudo de caso.

1 Acadêmico do Curso de Gestão da Produção no Centro Universitário Feevale. 2 Professor orientador do Centro Universitário Feevale, Mestre em Engenharia de Produção/PPGEP-UFRGS. 3 Andreas Stihl Moto-Serras é uma empresa do ramo metal mecânica em São Leopoldo –RS.

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ABSTRACT

With the arrival of the Industrial Revolution, an evasion of man power of the field for

the industry occurred, which had felt necessity to improve the productivity.

Together with this it appeared the necessity of the companies in improving its

processes, without changing the quality and the characteristics of its products, so that in a

competitive world they can be remained in the market.

The introduction of new technologies implies generally in the adaptation of the

professional abilities and a reorganization of the work. By times work ranks are suppressed

and at the same time created other news.

This article aims at to tell to the increase of the productivity in a cell of casting for

gravity, using the technology of automation with robots as study of real case in the company

Andreas Stihl Moto-Serras.

The study of the Stihl case it shows a data-collecting collected during the process of

emptying of parts in aluminum in one of the cells pilot who uses the robots. From the analysis

of these results it will be possible to later demonstrate to the real increase of efficiency and

productivity and, to take this concept for the remain of the cells of work of the company.

Key words: Productivity, Technology of automation, Robots, Study of case.

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INTRODUÇÃO

Devido ao aumento da competitividade no mercado, é imprescindível diminuir o

tempo e os custos de produção sem modificar a qualidade das peças. Aliado a isso, soma-se o

desenvolvimento de novos materiais e novas tecnologias.

Para CASTRCCI (2001), a necessidade das empresas em buscar reorganizar seu

processo de produção de maneira cada vez mais flexível para, num processo de inovação

permanente, estarem afinadas com as demandas atuais, exige estratégias cada vez mais

precisas para manterem sua posição no mercado como também a satisfação de seus clientes.

Neste trabalho, se atuará em um processo importante e estratégico para a empresa,

onde será estudada a influência da automatização em células de fundição de Alumínio (Al)

por gravidade através da utilização de robôs no vazamento de Alumínio (Al) liquido.

Os resultados obtidos com este trabalho, desenvolvido a partir de um estudo de

caso, poderão comprovar que é possível aumentar a produtividade destas células com a

automatização.

1. Revisão Bibliográfica

1.1 Fundição

Segundo SILVA (2001), a fundição é o processo de vazamento de um material na

fase líquida em um molde.

A base de todos os processos de fundição consiste em alimentar o metal líquido na

cavidade de um molde com o formato requerido, seguindo-se um resfriamento, a fim de

produzir um objeto sólido resultante da solidificação.

Os tipos de fundição diferem-se principalmente, na maneira de formar o molde, em

alguns casos, como no da moldagem em areia, constrói-se um molde para cada peça a ser

fundida e, subseqüentemente, ele é rompido para remover-se o fundido, ou seja, desmoldá-lo.

Em outros casos, como por exemplo, na fundição sob pressão, usa-se um molde permanente e

repetidas vezes, para uma sucessão de fundições, removendo-se o fundido após cada fundição,

sem danificar o molde. Em ambos os casos, entretanto, é necessário uma provisão de metal

líquido que preencha todas as partes do sistema e permaneça no local até que sua solidificação

termine.

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Usualmente o molde é feito em duas partes: uma superior e outra inferior. A

superfície do modelo é tratada para facilitar sua remoção após a moldagem. Se o fundido deve

possuir regiões ocas, são feitos modelos separados denominados machos que são colocados

no interior da cavidade deixada pelo modelo fundido. O espaço entre a cavidade e o macho

será então preenchido pelo metal líquido, que solidifica, formando-se a peça fundida.

O metal entra no molde por meio de um sistema de canais de alimentação. São

abertos canais alargados para permitir que o metal escoe para fora da cavidade do molde após

seu preenchimento, mantendo assim uma cabeça metalostática durante a solidificação. Esses

canais são conhecidos como massalotes ou montantes.

Terminada a solidificação, a peça fundida é removida do molde por um processo

conhecido como desmoldagem. Em seguida, os machos são extraídos por impacto e os

alimentadores são cortados. A areia restante é removida e a peça esta pronta para as operações

de rebarbação.

No processo de molde permanente são usados normalmente moldes metálicos que

possuem os requisitos necessários para os sistemas de vazamento e alimentação. As

dificuldades que envolvem a produção de moldei metálicos são responsáveis pelo alto custo

dos processos que utilizam moldes permanentes. (BRECIANI FILHO, 1978).

1.2 História do Processo de Fundição por Gravidade.

Ao longo de toda a história, temos depoimentos da utilização deste tipo de molde,

que na maioria dos casos possuem buracos na sua parte superior para a saída de borbulhas de

ar. Nesta parte, igualmente, encontramos uma abertura para a entrada de metal. Na França

foram utilizados entre os séculos XI e XVI servindo fundamentalmente para a fundição de

chumbo em pequenos relevos. Ainda que evidentemente estes moldes apresentem algumas

vantagens por permitir vazamentos consecutivos até verdadeiro número de vezes. Sua

realização quando se tratava de moldes em pedra era muito complexa pela execução de uma

gravura em negativo. A partir daí iniciou-se um grande mercado para peças fundidas, e com a

revolução industrial em expansão teve inicio a produção em larga escala para a indústria

automobilística (BRECIANI FILHO, 1978).

O maior desafio para estas empresas de fundição foi à escolha do tipo de liga

(material) a utilizar. O zinco e o alumínio foram largamente utilizados e grandes avanços

foram obtidos até a década de 30. Durante o período da guerra, a fundição teve grande

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desenvolvimento principalmente na indústria aeronáutica. Mas foi na década de 50 e 60 que

esta indústria teve seu grande apogeu, principalmente nos EUA e Japão, entrando na década

de 70 com grande competitividade e equipamentos cada vez mais sofisticados. A década de

80 foi à época da grande transição, de empresa de arte (ensaio e erro) para a indústria de alta

tecnologia, com grande investimento em pesquisas (FONSECA, 2001).

1.3 Aplicação da Fundição por Gravidade

Pode-se fundir peças com geometria mais complexa, peças com partes ocas, etc.

Nos anos recentes, a fundição evoluiu de tal maneira que não existe peça que não possa ser

fundida. Deve-se sempre, porém, dirigir-se o projeto da peça às vantagens e limitações de

cada processo de fundição.

O fator material mais importante na escolha do processo de fundição é a temperatura

de fusão.

Os processos que utilizam material refratário para os moldes (por exemplo, fundição

em areia) podem ser usados em uma variedade ilimitada de ligas. Por outro lado, aqueles que

requerem molde metálico permanente, ou matriz, devem ser usados normalmente para as ligas

de baixo ponto de fusão (liga à base de alumínio, cobre, magnésio, etc.). Tal limitação é

necessária para assegurar uma vida útil aceitável da matriz.

Para SILVA, (2001), os processos de fundição são extremamente flexíveis quanto

ao tamanho e peso das peças, sendo que fundidos com menos de um grama até multas

toneladas encontram-se em produção normal. Os fundidos maiores usam, invariavelmente, o

processo de fundição em areia ou uma de suas variantes. Os fundidos menores são produzidos

mais adequadamente pelo processo em matriz ou por cera perdida, dependendo da liga.

Segundo Fonseca (2001) a indústria de Fundição por Gravidade tem hoje um

variado campo de aplicação para seus produtos. Podemos citar como principais peças para

indústrias:

a) Automobilística;

b) De equipamentos eletroeletrônicos;

c) De material bélico;

d) De brinquedos;

e) De eletrodoméstico.

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1.4 Tipos de fundição

1.4.1 Fundição em Areia

Utiliza-se a areia como material de moldagem. A areia deve ser previamente

preparada através de homogeneização. A gravidade é usada para vazamento do metal líquido.

O método mais simples de se conformar o molde é construí-lo manualmente. Esta é

uma prática ainda comum para moldes grandes, ou quando estão sendo produzidas amostras

de fundidos.

Para produção em larga escala são adotados processos automáticos ou semi-

automáticos, utilizando máquinas de moldagem.

O processo básico de fundição em areia apresenta muitas vantagens. Possui grande

flexibilidade como processo e é simples, econômico e pode ser usado na produção de peças

fundidas de grande variedade de tamanhos, desde alguns gramas até várias toneladas. As

perdas de material do molde são pequenas, já que a areia pode ser recuperada. Por outro lado,

a fundição em areia não pode ser empregada para seções finas, pois a precisão dimensional e

o acabamento superficial são geralmente pobres. Em muitos casos e particularmente com

peças fundidas muito grandes, a erosão da face do molde pelo metal líquido traz sérias

dificuldades. Para superar tais problemas, a maior parte dos desenvolvimentos em fundição

em areia tem sido feita no tocante ao aumento da rigidez dos moldes e machos.

1.4.2 Fundição em Casca (Shell Molding)

Para peças precisas usa-se resina fenólica para recobrir a areia. Pode ser usada onde

haja necessidade de melhor acabamento superficial. Neste caso pode-se aplicar a moldagem

manual ou mecanizada (SILVA, 2001).

1.4.3 Fundição em Moldes Permanentes

O processo é particularmente adequado para a produção em larga escala de peças

fundidas pequenas e simples, sem rebaixos complexos ou partes internas intrincadas. Com

moldes permanentes obtém-se bom acabamento superficial e alta definição de detalhes

(SILVA, 2001).

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1.4.4 Fundição com cera perdida

Onde o modelo é feito de cera ou de plástico, que se desintegra quando da confecção

do molde em sua etapa de queima para endurecimento (SILVA, 2001).

1.4.5 Fundição com molde cheio

Em que o modelo é feito de material combustível sólido ou material vaporizável

(normalmente poliestireno expandido). O molde é conformado em tomo deste e o metal

líquido é vazado sem a retirada do modelo, o qual vai se decompondo progressivamente até

que o metal preencha totalmente o molde (SILVA, 2001).

1.4.6 Fundição em Coquilha (Sob Pressão)

A fundição sob pressão em matriz metálica difere da fundição em molde permanente

por ser mantida uma pressão positiva sobre o metal no interior do molde e durante a

solidificação. A tolerância dimensional e a rugosidade superficial desse processo são

melhores que em todos os outros.

As matrizes são construídas de aço ferramenta de médio carbono, e com refrigeração

interna a fim de prolongar sua vida. Podem ser obtidas peças com seções bastante finas,

devido à injeção sob pressão (SILVA, 2001).

1.4.7 Fundição em Coquilha (por gravidade)

Este tipo de fundição é o objeto de estudo deste trabalho e está descrito a seguir com

maior detalhamento. A fundição por gravidade, também conhecida como coquilha, é um

processo no qual o metal, é fundido e conduzido, através da força da gravidade, para dentro de

um molde de aço, que possui uma pequena camada de tinta em suas paredes a qual tem a

função de controlar o fluxo de material, assegurando que este atinja todas as partes da

coquilha com quantidade de calor adequada para que não ocorram defeitos de enchimento, a

tinta também tem a função facilitar a extração da peça e promover um bom acabamento

superficial e aumentar a vida útil do molde metálico, sendo que, nesse tipo de molde o

processo de solidificação da peça e mais lento pelo fato de o molde não possuir um sistema de

refrigeração. Decorrido algum tempo, geralmente na ordem de minutos o molde é aberto e a

peça é retirada em condições de acabamento praticamente finais.

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As peças obtidas por fundição por gravidade reproduzem com precisão os detalhes

da superfície do molde e mantém as tolerâncias. (BRECIANI FILHO, 1978).

Segundo Breciani Filho (1978), de um modo bastante simplificado, as etapas de um

ciclo de vazamento são as seguintes:

a) Aquecimento da coquilha;

b) Fechamento da coquilha;

c) Vazamento da liga metálica;

d) Abertura da coquilha;

e) Extração da peça.

1.5 Conceito de Célula de Produção.

Segundo Ohno (1997), o arranjo físico ou layout é um dos fatores diretamente

relacionado ao aumento da produtividade nas empresas, trata-se do estudo da distribuição

espacial ou do posicionamento relativo dos diversos elementos que compõem o posto de

trabalho. O arranjo físico denominado células de produção é obtido quando se agrupam as

máquinas ou postos de trabalho de forma que cada grupo (célula) fabrique os produtos

totalmente (preparação, montagem e acabamento). Na célula são produzidos produtos de uma

determinada família que apresentem alguma semelhança no processo produtivo. As células de

produção dependem essencialmente da multifuncionalidade dos operadores, ou seja, todos

devem ser capazes de operar as várias máquinas que compõe a célula.

Conforme Onho (1997), estes são alguns benefícios alcançados a partir da

configuração das células de produção:

a) Melhor comunicação entre os operadores;

b) Operadores necessitam ser mais capacitados (multifuncionais);

c) Eliminação de estoques intermediários;

d) Movimentação dos produtos é facilitada;

e) Menor ocupação de áreas na fábrica;

f) Menor nível de material em processo;

g) Ampliação do conhecimento pela troca de experiências;

h) Redução do tempo de preparação das máquinas;

i) Aumento de produtividade.

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1.6 Produção em Células

A utilização de células de produção é um sistema diretamente ligado ao conceito just

in time. Vale a pena observar que o trabalho na forma de células tem as máquinas de produção

utilizadas de maneira mais dedicada do que no sistema tradicional. Assim, o conceito de

trabalho em célula demanda um sistema de manutenção de máquinas bastante eficiente, pois

estas não são mais compartilhadas. Com as máquinas em uma disposição voltadas para

atender às necessidades de uma seqüência lógica de processos, e não mais por produtos ou

família de produtos, as novas disposições das células de fabricação são uma alternativa para o

incremento da produtividade conforme o conceito da Produção Enxuta. É a substituição do

conceito da produtividade individual pelo da produtividade global (OHNO, 1997; SLACK,

1997).

1.7 Automação

Normalmente quando são abordados temas relacionados à Robótica e Automação, é

gerada uma reação que desperta desconfiança e medo no que se refere ao "desemprego", e não

com o objetivo maior que seria a melhoria da qualidade de nossas vidas, que esta diretamente

ligada à utilização de tecnologia para amenizar ou solucionar problemas ligados à sociedade.

A automação é uma necessidade e cabe aos dirigentes, vislumbrarem as crescentes

necessidades de inovações tecnológicas e da globalização, e fornecer a capacitação necessária

à população para absorver e desfrutar essas novas tecnologias.

A Robótica é uma ciência que atualmente encontra-se em constante e acelerado

crescimento, pois situações que no passado não muito distante do presente em que vivemos

foram consideradas ficções científicas, hoje são perfeitamente possíveis, graças ao avanço de

pesquisas em áreas como a da eletrônica, mecânica, informática e também da Inteligência

Artificial (FELDMANN, 1988).

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1.8 Conceito de Robótica:

De acordo com a definição adotada pelo Instituto de Robôs da América, o robô é um

equipamento multifuncional e reprogramável, projetado para realizar tarefas com eficiência e

precisão. Possuem grande aplicação na indústria de modo geral, além disto, destacam-se com

eficiência para realizar tarefas em lugares onde a presença humana se torna difícil, arriscada e

até mesmo impossível, como o fundo do mar, a imensidão do espaço, locais com temperaturas

adversas às condições humanas. E é na realização dessas tarefas, que se faz cada vez mais

necessária a presença de equipamentos automatizados (robôs), que as realizam sem colocar

em risco a vida humana. A Robótica é a área que se preocupa com o desenvolvimento de tais

dispositivos, constituindo uma área multidisciplinar altamente ativa que busca o

desenvolvimento e a integração de técnicas e algoritmos para a criação de robôs. A formação

em Robótica envolve o conhecimento de matérias como Engenharia Mecânica, Engenharia

Elétrica, Inteligência Artificial, entre outras, com uma perfeita harmonia, que se faz

necessária para se projetar essas maravilhosas tecnologias (FELDMANN, 1988).

1.9 Vantagens da Robótica:

A indústria certamente tem sido a grande beneficiada com a utilização da automação

e da robótica. A automação possibilita grandes incrementos na produtividade do trabalho,

possibilitando o atendimento das necessidades básicas da população. Os equipamentos

automatizados além de aumentar a produção, possibilitam uma melhora na qualidade do

produto, padronizando a produção, eliminando perdas e refugos. A automação também

permite que sejam eliminados tempos mortos, ou seja, possibilita que a produção possa

trabalhar sem interrupções para descansar, pois os robôs não cansam, isto leva a um grande

crescimento na rentabilidade dos investimentos. A automação e a microeletrônica permitem

flexibilidade ao processo de fabricação, ou seja, auxiliam para que os produtos sejam

produzidos conforme as tendências do mercado, evitando que se produzam estoques de

produtos invendáveis. As características citadas acima mostram que a automação possibilita

que não haja nem escassez nem desperdício, com melhor qualidade de vida e de produção,

aliadas a um menor esforço do homem (FELDMANN, 1988).

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2 ESTUDO DE CASO

O presente estudo de caso foi realizado na empresa Andreas Stihl Moto-Serras do

ramo de atividades metal-mecânico, situada em São Leopoldo-RS, no período de março a

abril de 2006.

2.1 Histórico da empresa

Os dados utilizados para a elaboração do histórico da empresa foram obtidos junto à

área de Recursos Humanos e no site da empresa, endereço: www.stihl.com.br/hit.htm.

A Stihl é uma empresa alemã, fundada e constituída em outubro de 1973. Produz e

comercializa 73 modelos de máquinas e equipamentos. Destes, 25 são produzidos em sua

fábrica estabelecida em São Leopoldo, no Rio Grande do Sul, sob a razão social de Andreas

Stihl Moto-Serras Ltda.

A Stihl fabrica equipamentos portáteis e motorizados, servindo principalmente para

as atividades de silvicultura e jardinagem, divididos da seguinte forma:

a) Moto-serras – utilizadas no manejo florestal;

b) Roçadeiras – para atividades na manutenção de áreas públicas, silvicultura e

jardinagem;

c) Motobombas portáteis – equipamentos de múltipla aplicação utilizados no

bombeamento de água;

d) Lavadoras de alta pressão – para serviços de limpeza em geral;

e) Cortadores a disco – usados para fazer corte de concreto, granitos em geral e

aços;

f) Podador – para poda de árvores frutíferas e cafezais;

g) Derriçador – para a colheita de café;

h) Pulverizador – serve para pulverizar líquidos e granulados na agricultura e na

fruticultura.

O grupo Stihl foi fundado há mais de 76 anos pelo engenheiro Andreas

Stihl, inventor da moto-serra. A participação do grupo no Brasil iniciou em 1948. Em 1973,

foi fundada a subsidiária brasileira no RS.

O relacionamento institucional entre a Stihl Brasil e o Grupo Stihl é estreito e se

evidencia em processos como o de planejamento e desenvolvimento de novos produtos. Tanto

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no primeiro, quanto no segundo, a organização define o escopo que a subsidiária deve seguir e

esta adapta a estratégia de ação ao perfil de seu país.

Especificamente, em relação ao desenvolvimento de novos produtos a matriz alemã é

responsável por esta atividade, sendo que a produção é distribuída entre as filiais de acordo

com a conveniência gerada pelo processo de globalização.

A matriz se destaca ainda como fornecedora de know-how e tecnologia para as

demais subsidiárias, servindo de modelo para os sistemas da qualidade, informática e

produção, entre outros.

A Stihl está sediada em mais de 16 hectares do Distrito Industrial de São Leopoldo

(RS), com área construída de mais de 21.275 m². Sua capacidade de produção é superior a

218 mil motores por ano.

O grupo Stihl atua em 3 mercados: Brasil, América Latina e empresas coligadas. A

Stihl Brasil tem uma atuação marcante na América Latina, onde é responsável por 2/3 do

faturamento total do grupo neste mercado, no segmento de moto-serras.

A subsidiária brasileira é formada por aproximadamente 1.020 colaboradores entre

eles 4 diretores, 18 gerentes e 998 funcionários. Este número representa 13% do total do

Grupo.

A empresa é líder no segmento de moto-serras, detendo 30% do mercado mundial e

71% do brasileiro. Nas roçadeiras, detém 10% do mercado mundial e 44% do brasileiro. A

Stihl firmou algumas parcerias estrategicamente importantes para alcançar seus objetivos.

Entre elas, está a Blount, que provê correntes de corte com a marca Stihl, que por sua vez,

fornece sabres com as marcas Oregon e Husqvarna.

Em 1997, a Stihl iniciou a implantação do software R/3, da SAP, para gerenciamento

empresarial. A adoção deste software de gestão empresarial, com todos os módulos já

implantados, possibilita a gestão integrada das informações nas atividades de planejamento,

controle, avaliação do desempenho organizacional, e de todo o processo da cadeia logística

(Compras, Produção e Vendas), com a disseminação de informações atualizadas e acesso

rápido, direto e em tempo real pela matriz na Alemanha, pelos funcionários, clientes e

fornecedores.

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2.2 Metodologia

O tipo de pesquisa que será utilizado para a realização deste trabalho é o estudo de

caso.

O estudo de caso é apenas uma das muitas maneiras de se fazer pesquisa em

ciências sociais [...] Em geral, os estudos de caso representam a estratégia

preferida quando se colocam questões do tipo ‘como’ e ‘por que’, quando o

pesquisador tem pouco controle sobre os eventos e quando o foco se encontra em

fenômenos contemporâneos inseridos em algum contexto da vida real. (YIN,

2001, p.18).

O trabalho será desenvolvido na área de fundição de alumínio por gravidade na

fábrica de cilindros da empresa Andreas Stihl Moto-Serras Ltda.

A técnica de coleta de dados utilizada para a realização deste trabalho será a de

documentação direta utilizando meios como:

a) Observação, do tipo direta realizada na célula de fundição de Al com o

objetivo de coletar dados, entender e avaliar o processo.

b) Entrevista, do tipo despadronizada, realizada com os funcionários da célula

de produção e com os analistas de métodos e processos da engenharia, totalizando

aproximadamente sete pessoas.

c) Relatórios, tais como índices de produtividade, capabilidade e sucata.

Os dados obtidos durante a pesquisa serão tabulados em planilhas eletrônicas para

serem analisadas através de gráficos.

2.3 Análise dos dados

A análise dos dados foi realizada considerando as duas possíveis situações existentes

na fábrica, que são: processo de vazamento manual, e vazamento com a utilização do robô,

conforme identificado a seguir.

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2.4 Processo de Injeção de Alumínio por Gravidade sem robô.

A Stihl utiliza o processo de coquilha por gravidade e atualmente possui duas

coquilhaderas horizontais banco fixo, as quais foram produzidas pela empresa Calende. Na

confecção dos machos de areia utiliza uma maquina de sopro pelo processo Shell Moldin.

A Stihl trabalha com o conceito de célula, e no processo de fundição de alumínio

por gravidade, parte-se de lingotes de liga de Alumínio até que a peça esteja pronta para a

usinagem que é a próxima etapa do processo.

O molde é pintado nas partes onde há o contato com alumínio, essa pintura tem por

finalidade lhe dar proteção evitando o desgaste prematuro, além de promover uma menor ou

maior velocidade de resfriamento durante o processo. Este processo também tem por

finalidade criar uma barreira entre a peça e o molde, facilitando assim a sua extração.

O molde ou coquilha, que tem a função de dar forma à parte externa da peça, deve

ser pré-aquecido a uma temperatura de aproximadamente 300°C. Para o pré-aquecimento são

utilizados queimadores que envolvem o molde e após se atingir a temperatura ideal é iniciado

o ciclo produtivo. O controle rigoroso desta temperatura é essencial para o sucesso do

processo.

O macho de areia, que tem a função de dar a forma interna da peça, e colocado em

um flange central o qual tem por finalidade garantir o posicionamento do macho, além disso o

flange e responsável pelo controle do resfriamento para que haja uma perfeita solidificação.

Após o posicionamento, o operador dá início ao processo produtivo, a coquilha

então é fechada, e o alumínio é transferido do forno até a coquilha pelo forneiro.

A etapa de transferência ou vazamento é de fundamental importância por isso o

responsável deve ter um cuidado especial, para que a velocidade seja uniforme. Caso essa

velocidade seja muito rápida, pode ocorrer o derramamento do metal liquido não havendo

preenchendo da cavidade e podendo ate causar acidentes. Se for lento pode ocasionar falhas

no preenchimento, por entrada de ar.

O alumínio liquido e vazado na coquilha e vai dando forma à peça, solidifica e

contrai, quando então a máquina pode ser aberta. Esse tempo de solidificação e de

aproximadamente 2,2 min podendo variar, dependendo do tamanho da peça. O controle do

tempo que o molde permanece fechado e feito pelo CLP.

Como a construção do molde e feita de maneira a que a peça e o canal de injeção

sejam expulsos progressivamente isto facilita a sua extração.

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Após a injeção o conjunto injetado é resfriado e em seguida e feito o corte do canal

e massalote. Após o corte a peça e colocada em uma maquina, que por meio de vibração retira

o macho de areia de dentro da peça, em uma próxima operação a peça e rebarbado em prensa

e ferramenta de cisalhamento, é dado um acabamento final nas peças com a utilização de

limas rotativas e as peças estão prontas para a usinagem.

O ciclo básico de produção pode ser resumido nas seguintes etapas:

a) Aquecimento da coquilha;

b) Fechamento da coquilha;

c) Vazamento da liga metálica;

d) Abertura da coquilha;

e) Extração da peça.

As coquilhas são desmontadas após um número de ciclos para sofrer novo

revestimento (pintura). Este número de ciclos depende da qualidade da tinta, do cuidado na

aplicação e dos cuidados na produção. Além da pintura quando desmontada a coquilha todos

os itens que dão forma a peça são avaliados, havendo algum tipo de trinca e imediatamente

feito o conserto.

2.4.1 - Processo de Injeção Alumínio por Gravidade com utilização do robô

As etapas do processo de injeção com a utilização do robô são as mesmas já

descritas anteriormente, porém a atividade de aplicação de vazamento passa a ser realizada

por um robô ABB Robotics - Robô IRB 2400 Foundry (10 Kgf), conforme figura 1.

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Figura 1: robô ABB Robotics - Robô IRB 2400 Foundry (10 Kgf).

Fonte: catálogo ABB Robotics, 2006.

Esta etapa já havia sido identificada anteriormente por um grupo de trabalho da

engenharia, como sendo uma das etapas de maior importância no processo e onde a

automatização com a utilização de robôs traria melhores resultados.

Com esta alternativa de automação, que já está em funcionamento em uma das

células de fundição pretende-se comprovar alguns prováveis benefícios como:

a) Redução do tempo do tempo de ciclo;

b) Afastar operador de área de risco;

c) Redução dos problemas de LER;

d) Aumento da estabilidade de processo;

e) Melhora no acabamento das peças;

f) Redução do custo da peça.

2.4.2 Comparativo tempo de vazamento: operador x robô

A tabela a 1 mostra o comparativo dos tempos de vazamento, realizada pelo

operador ou com a utilização do robô.

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Tabela 1: Comparativo de tempos de vazamento: manual x robô.

Fonte: Dados coletados na empresa, elaborado pelo pesquisador, 2006.

Com os dados relacionados no quadro acima, pode-se verificar que, os tempos de

vazamento através do processo manual são significantemente mais altos do que os tempos

com a utilização do robô. Sendo necessário um número de horas 19,03 % a menos para

realizarmos a produção anual.

Com este resultado há uma redução de 788 horas/ano para a mesma produção, se

considerarmos o custo hora de coquilha R$ 336,86 obteremos uma econômia anual de R$

265.534.415.

2.4.3 – Investimento necessário para implantação do bobo.

A tabela 2 lista os investimentos necessários para a implantação do sistema com a

utilização do robô, o investimento é de US$ 56.890,00 por célula de injeção.

Comparativo de tempos totais de ciclo: manual x robô. Horas necessárias

Modelo peça

Tempo ciclo Manual

(min/peça)

Tempo de ciclo com

Robo (min/peça)

Produção 2006 Atuais Robô

% Redução

1128-022 2,146 1,749 65.000 2.324,833 1.894,750 22,70 1135-022 2.168 1.765 36.000 1.300.800 1.059.000 18,59 1138-022 2.165 1.715 42.000 1.515.500 1.200.500 20,79 1121-022 2.185 1.946 58.000 2.112.167 1.881.133 12,28 201.000 4.930.792 4.142.528 19,03 Total de horas economizadas / ano 788.263

Custo hora máquina R$ 336,86

Economia anual R$

265.534.415

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Tabela 2: Investimentos para implantação sistema robô.

Fonte: Orçamentos com fornecedores, elaborado pelo pesquisador 2006.

Se o investimento necessário for comparado com o retorno obtido, pode-se concluir

que é totalmente viável, pois para um investimento de US$ 56.890,00 obten-se um retorno

anual de aproximadamente US$ 148.425,94. Isto mostra que o investimento se pagará em

menos de meio ano após sua implantação, tornando-o totalmente viável.

Descrição US$

Robô 40.000,00

Despesas importação 7.600,00

Cabeçote Concha 2.000,00

Despesas importação 5.440,00

Base robô 400,00

Grade robô 450,00

Instalação 1.000,00

TOTAL 56.890,00

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

Independente do tipo e do tamanho da empresa, soluções tecnológicas, são bem

vindas nos dias de hoje. A agilidade em se atender um cliente, verificar posições de produção,

fazer o melhor seqüenciamento, controlar as finanças, elaborar projetos de produtos, ter um

ótimo tempo de ressuprimento de matérias-primas e capacidade de produção bem definida,

são fatores que podem ser decisivos na competitividade das empresas. A questão

produtividade está em evidência, e hoje pode ser questão de sobrevivência das empresas, pois

quanto mais produtivas, menores são os custos fixos e maiores são as margens de lucro. O

aumento da lucratividade de uma empresa está diretamente ligado à eficiência desta. Quanto

mais produtiva ela for, mais serão diluídos os custos fixos. Isto permitirá à empresa obter uma

margem de lucro maior, ou mesmo, repassar parte da redução dos custos para os preços dos

produtos, aumentando a competitividade e alavancando o crescimento do volume

comercializado.

Com a realização deste estudo de caso, tornou-se possível identificarmos o quanto é

viável a utilização de robôs para automatizar células de injeção de alumínio por gravidade. O

uso da tecnologia relacionada à robótica gerou grandes benefícios no caso descrito, a

automação possibilitou incrementos na produtividade decorrentes da redução do tempo de

ciclo de produção em torno de 19%, permitindo desta forma utilizar estas horas disponíveis

para aumentar o número de peças produzidas. Além do aumento de produção, observaram-se

também outros benefícios com o uso de robôs, como a melhora na qualidade do produto, a

redução do esforço físico do operador.

Os aspectos citados acima mostram que a automação possibilita a redução do

desperdício, com uma maior produtividade e melhor qualidade de vida, aliadas a um menor

esforço. Desta forma torna-se viável o investimento em automação, bem como a implantação

do mesmo conceito nas demais células da fábrica.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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São Leopoldo, junho de 2006.