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DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTA PARA SEPARAÇÃO DE INSERTOS EM
PEÇAS DE REFUGO NA LIGA DE ALUMÍNIO
Fabricio conceição de Amorim¹
Jocelene Maria Aviz dos Anjos²
Lilian Cardoso de Souza³
¹ Graduanda em Engenharia de produção – Centro universitário do Norte – Laureate International
Universities. E-mail: [email protected]
² Graduanda em Engenharia de produção – Centro universitário do Norte – Laureate International
Universities. E-mail: [email protected]
³ Professora orientadora –– Lilian Cardoso de Souza, Graduada em Engenharia de Produção
Universidade Nilton Lins- Am e Especialista em Gestão de Projeto – ISEL / Leanorte- E-mail:
RESUMO
A indústria de fundição do alumínio tem um vasto desafio devido algumas
características da liga, que causam reações e devem ser controladas, pois durante este
processo há risco de ocorrer a contaminação de todo material fundido. Pois a uma
desvalorização do metal em função do descarte por não haver processos específicos para o
reaproveitamento, gerando uma considerável perda a empresa, refletindo diretamente no custo
de fabricação. Desta forma, o estudo deste artigo é desenvolver uma ferramenta e um método
para atuar na extração do alumínio metálico contido em peças com aço (Inserto) considerada
refugos dos setores posteriores do fluxo de fabricação do produto, e consequentemente reduzir
as perdas no processo. Neste artigo foi utilizado a metodologias de origem japonesa
conhecida como 3 Gen ́s (Genba “Ir ao local”; Genbutsu “Conhecer objetivo e situação real;
Genjitsu“Avaliar os fatos”) e Ishikawa para análise do processo, ferramentas as quais tem
como analisar a situação real do processo e consequentemente propor uma ação de melhoria
para evitar a reincidência do problema analisado, do mesmo modo foi o desenvolvido uma
ferramenta do tipo cesto (Similar a um Paneiro) como melhoria para separação entre Aço
(Inserto) vs Alumínio junto a um forno de espera tipo cadinho. Tendo como resultado o
reaproveitamento do alumínio com base e análise espectrometria comparativa dos
componentes químico da liga e destinação correta do aço pós separação.
Palavras-Chaves: Desenvolvimento produto, Processo e Melhoria.
ABSTRACT: The aluminum smelting industry has some challenges due to some
characteristics of the alloy that cause reactions that must be controlled because during this
process there is a risk of contamination of all molten material. For to a devaluation of the
metal due to the disposal because there are no specific processes for reuse, generating a
considerable loss to the company, directly reflecting the cost of manufacturing. In this way,
the study of this article is to develop a tool and a method to act in the extraction of the
metallic aluminum contained in parts with steel (Insert) considered as waste from the later
sectors of the product manufacturing flow, and consequently reduce the losses in the process.
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Genjutsu "Evaluate the facts") and Ishikawa for the analysis of the process, tools that have as
analysis the actual situation of the process and consequently to propose an improvement
action to avoid the recurrence of the analyzed problem, in the same way was developed a
basket type tool (similar
to a Paneiro) as an improvement to the separation between Steel (Insert) and Aluminum next
to a crucible-type waiting oven. Having as a result the reuse of the aluminum based and
comparative spectrometric analysis of the chemical components of the alloy and correct
destination of the steel post separation.
Keywords: Product development, Process and Improvement.
1 INTRODUÇÃO
As indústrias de fundição de alumínio possui um crescimento vasto, empresas
dedicada na produção de peças em liga de alumínio, no qual a maioria são montadas em
veículos como motocicletas, além disso trata do maior contribuidor em relação ao menor
peso, potencial em questão térmica, dirigibilidade em segurança, durabilidade em resistência a
corrosão e flexibilidade do alumínio.
O alumínio possui grande aplicação de peças para veículos, pois permite a diminuição
do peso, e consequentemente, grande economia de combustível. Por ser muito resistente a
corrosão, também é empregado na fabricação de esquadrias par residências industriais,
tanques pra transportes e armazenamentos de combustíveis e produtos químicos. É facilmente
moldado e permite todo tipo de processo de fabricação: pode ser laminado, forjado, prensado,
repuxado, dobrado, serrado, furado, torneado, fixado e polido. As peças de alumínio também
podem ser produzidas em areia, em coquilhas, ou sob pressão, o que confere maior qualidade
as peças. (ALMEIDA, 2018)
O alumínio por se tratar de um produto com propriedades físicas, químicas e mecânica
mais elevada, torna-se uns dos metais mais utilizados na produção de peças para veículo,
devido se comportar de forma excelente em vastas combinações técnicas de propriedades
uteis viáveis a indústria e de qualquer outra forma necessária. Assim tendo um melhor
desenvolvimento e eficácia em aceitação no mercado produtivo. A produção de peças em liga
de alumínio, ocorre em vários processos produtivos, porem o mais utilizado ocorre através da
fundição sob pressão, conhecido com Injeção sob pressão, onde utiliza-se maquinas injetoras
em escalas variada em capacidade de toneladas, em que o alumínio é vazado com uma concha
transportada por um braço mecânico ( Braço do Colherão) até a câmara quente incorporada a
máquina, logo sofre uma compressão automática, em que ocorre os estágio do processo de
injeção com um pistão em aço temperado, forçando o preenchimento das cavidades do molde.
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Além da formação da peça em alumino, pode-se inserir metais em ferro (Inserto) no qual
posiciona em um alojamento em uma região fixa no molde, assim tornando-se parte da peça.
A fundição é um processo no qual a liga fundida é vazada, isto vertida por gravidade
ou injetada sob pressão, para dentro de um molde se solidifica na forma da cavidade desse
molde. (KIMINAMI, et.al (2013, pág. 21)
O processo de injeção sob pressão do alumínio possui alguns desafios devido algumas
características relacionadas a qualidade do produto, pois compromete a exigência de conferir
o formato e medidas que corresponda ao modelo das peças a ser produzidas, por tanto a
injeção de peças em alumínio persiste em ocorrências geradas pelas falhas decorrente do
processo de injeção, falhas que geram vários problemas referente a qualidade visual e
mecânica da peça, tais como: Junção Fria, Porosidade, Manchas, Rechupe, Chupagens
Trincas, Agarramento e etc. As perdas geradas durante a injeção sob pressão são consideras
como refugos de processo, tendo simultaneamente a obedecer um ciclo de retorno para um
processo de refusão ,onde ocorre a etapa de fusão, ou seja, o derretimento desse refugo, no
qual utiliza-se equipamento específicos como forno fusores, transformando-a em alumínio
liquido com intuito de retorna-las as injetoras, assim retomando o ciclo de produção das peça
a serem produzidas.
2 OBJETIVO
2.1 OBJETIVO GERAL
Este artigo tem como objetivo reduzir o descarte do alumínio, pós processo de injeção sob
pressão (peças de refugos), com implementação de uma ferramenta que auxilie durante a
refusão, por meio de um processo de fusão com forno de espera (Cadinho).
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizando o processo como:
• Analisar as características na fusão da liga de alumínio HD4, e realizar estudo para
determinação do método adequado para classificação e extração do alumínio;
• Listar das etapas da sistemática de recuperação do alumínio em peças de refugos, e
determinar a configuração da ferramenta a partir das necessidades do processo;
• Analisar a eficiência da remoção com uso do sexto de refusão através dos resultados
da análise química entre padrão da composição e após a refusão;
• Comparar resultados entre sucateamento de peças em aço.
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3 REFERENCIAL TEORICO
3.1 HISTÓRIA DO ALUMÍNIO
A história do alumínio é muito vasta, tendo raízes na Roma antiga, quando se
empregava a pedra-ume como mordente em tinturarias, que se tratava de um sal duplo de
alumínio e potássio. O isolamento inaugural do alumínio é atribuído a Friedrich Wöhler, o
que teria ocorrido em 1827. O nome alumínio foi atribuído a Humphrey Davy em 1827.
(SILVA DA SILVA)
O alumínio começou a despertar interesse em nosso país por volta de 1920, quando
foram reveladas jazidas de Bauxita em Ouro Preto, Nova Lima e Poços de Calda.
Sucessivamente foram descobertas jazidas no Espirito Santo e as volumosas reservas de
Paragominas e Trombetas, no Pará.
No final da década de 1930, durante o governo de Vargas, a indústria de alumínio,
recebeu apaio para alavancar a produção do metal no país, e as primeiras fábricas nacionais
começaram a despontar no cenário internacional durante a segunda guerra mundial. Surgiram
Industrias do metal alumínio gerando uma fasta aplicação com tecnologias especiais para
novas transformações dos metais nas industrias e serviços, e em peças e utensílios. O
alumínio não é encontrado de forma pura, sempre forma composto quimícos com outros
elementos. (HEBELARDO, 2015, p. 56).
3.2 EXTRAÇÃO DO ALUMÍNIO
O processo de obtenção do alumínio tem três etapas:
3.2.1 Obtenção do minerio (bauxita).
É formada pela decomposição de rochas alcalinas que durante milhões de anos
sofreram infiltração de água e transformaram-se em argila; essa argila pe composta,
principlamente, de óxido de amluínio hidratado, que é alumina, misturado com óxido de ferro,
silica, titâncio e outras impurezas. (SENAI, 2015).
3.2.2 Obtenção da alumina.
É dissolvida, a silica contida na pasta é eliminada e as outras impurezas são separadas por
processos de sedimentação e filtragem. A solução resultante, chamada aluminato do sódio, é
colocada em um precipitador e obten-se a alumina hidratada, que pode ser usada como
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máteria-prima ou pode ser levada para calcinadores – quando será desidratada para servir a
outros fins. (SENAI, 2015).
3.2.3 Obtenção do alumínio
È conseguido pela retirada do óxido existente na alumina, onde é dissolvida dentro de
fornos eletrolíticos em uma banho quimíco a base de fluores. Os fornos são ligados a um
circuito elétrico em série, que fornecem corrente contínua. Quando a correte eletrica passa
pelo banho quimico, ocorre uma reaçãoe o alumínio se separa da solução e libera o óxido.
(SENAI, 2015).
3.3 CARACTERÍSTICAS DO ALUMÍNIO
As características do alumínio e suas ligas que mais se destacam são a relação
resistência-peso, resistência à corrosão e elevada condutividade térmica e elétrica. A
densidade do alumínio é cerca de 2770 kg/m³, comparada aos 7750 kg/m³ do aço. O alumínio
puro possui uma resistência à tração aproximada de 90 MPa, mas pode ser elevada
consideravelmente por trabalho a frio e também por meio de ligas com outros matérias. O
modulo de elasticidade do alumínio, bem como de suas ligas é de 71,7 GPa, significando que
ele possui cerca de um terço da rigidez do aço.
Considerando o custo e a resistência do alumínio e suas ligas, eles se encontram entre
os matérias mais versáteis do ponto de vista de fabricação. O alumínio pode ser processado
por fundição em areia, fundição em matriz, trabalho a frio ou a quente ou extrusão. Suas ligas
podem ser usinadas, trabalhadas por prensa ou soldas (soldagem de estanho, brasagem ou
caldeamento). O alumínio puro funde a 660ºC, o que o torna muito interessante para a
produção de peças fundidas em moldes areia e em moldes permanentes. Ele pode ser
encontrado no mercado na forma de chapas, barras, lâminas, folhas, bastões e tubos, bem
como em formas extrudadas e estruturais. (BUDINAS e NISBETT, 2016, p.66).
De acordo com o Senai (2015, p.10) o alumínio e suas ligas constinuem um dos
materiais métalicos mais versáteis, econômico e atrativo para uma série de aplicações.
[....]Possui uma densidade de 2,7 g/cm, aproximadamente um terço da densidade do aço, o
que somado a sua elevada resistência mecânica o torna bastante útil na construção de
estruturas móveis, como veículos e aeronaves.
Além disso, o alumínio com determinados tratamentos e/ou elementos de liga torna-se
resitênte a corrosão em meios agressivos. Também encontra em peças decorativas, graças a
sua superficie brilhante e refletiva.
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3.4 ALUMINIOS E SUAS LIGAS
Sobre o tema o Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial - SENAI (2015, p.80)
descreve que, o aluminio tem uma leveza, ductilidade, resistência a corrosão e aos ataques do
meio ambiente, alto valor econômico da sucata e enorme jazidas são qualidades que tornaram
o alumínio o material mais utilizado depois do aço. Para melhorar ainda mais a caractéristica
desse material, desenvolveram-se novas ligas que permitem utilizar o metal para fins
especificos.
Os elementos químicos adicionados ao alumínio puro e liquefeito formam as ligas de
alumínio. Essas ligas são formadas, principalmente, coma adição de cobre (Cu), magnésio
(Mg), Manganês (Mn), Silício (Si), ou Zinco (Zn). A escolha dos elementose suas proporção
na liga dependem das propriedades finais que se quer obter.
A liga de alumínio e cobre, submetida a processos especiais de tratamento térmico,
terá uma resistência à tração equivalente ou até maior do que de alguns aços de baixo teor de
carbono, ex.: indicada para indústria aeronaútica e automobilistica.
A liga de alumínio e o manganês aceita acabamento de superfície, é resistente a
corrosão e possui elevada condutividade elétrica, embora sua resistência mêcanica seja
limitada, ex.: Indicada na fabricação de latas de bebidas, plascas de carro, telhas, equipaentos
químicos, refletores, trocadores de calor e como elementos decorativos na construção cívil.
A liga de aluminio-silício apresenta baixo ponto de fusão e boa resistência a corrosão,
a liga se torna adequada para produzir peças fundidas epode servi como material de
enchimento em processo de soldagem e brasagem.
A liga alumínio-magnésio é excelente para soldagem além de ser resistênte a corrosão,
principalemente na atmosfera marinha; por isso, é muito empregada na fabricação de barcos,
carrocerias de ônibus e furgões e no revestimento de tanques criogênitos usados para
armazenar gases ou liquido sobre temperatura extremamante baixas.
É possível, também combinar vários elementos químicos em uma só liga, são as
variações das quantidades e combinações dos elementos que originam ligas co propriedades
adequadas a cada uma das aplicações para confecção de produtos.
3.5 NORMATIZAÇÃO DA LIGA DE ALUMÍNIO - ABNT
Conforme texto publicado pelo Comitê Brasileiro de Alumínio (ABNT/CB-35), em 14
de setembro, a norma ABNT NBR 14232:2012 - Alumínio e suas ligas - Tratamento de
superfície - Anodização para bens de consumo, que revisa a norma ABNT NBR 14232:2007.
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Esta Norma estabelece os requisitos da anodização para bens consumo de alumínio e
suas ligas, e se aplica aos produtos de alumínio e suas ligas, utilizados na confecção de
puxadores e frisos para as indústrias moveleira e de eletrodomésticos, molduras de quadros e
porta-retratos, utensílios de decoração, vitrines, gabinetes para painéis elétricos, rodapés,
trilhos de cortina, divisórias internas, forros, boxes para banheiro e acessórios. (ABNT-NBR
12609: 2017).
3.6 FUNDIÇÃO DO ALUMINIO
Conforme publicação da ABAl (Associação Brasileira do Alumínio) a fundição do
alumínio “é um dos primeiros processos industriais utilizados na produção de artigos de
metal. A fundição em alumínio pode ser feita por gravidade, com uso de areia ou molde
metálico, e sob pressão, (alta ou baixa).”
Trata-se de um processo onde o metal líquido é vazado para o interior de um molde com o
objetivo de lhe conferir formato e medidas correspondentes ao modelo da peça a ser
produzida.
Junior (2016, pág. 14) destaca o processo de fundição do alumínio como” .... essencial na
indústria devido a sua grande versatilidade de produção, sendo que na fundição é possível
produzir peças muito simples ou de alta complexidade, além de peças que possuam poucas
gramas ou até que possuam toneladas.”
Compreende-se que o alumínio é material multifacetado, com grande capacidade de
destacar-se na produção de peças que sofrem constante transformação, devido a sua perfeita
performance na fluidez do preenchimento das cavidades de moldes.
Segundo Smith et. Al (2013, pág. 301) a fundição o molde de areia é o processo de
vazamento mais simples e versátil das ligas de alumínio. No processo de fundição em molde
permanente o metal liquido é introduzido no molde permanente por gravidade, baixa pressão
ou simplesmente por centrifugação.
O processo de fundição de alumínio é um dos mais antigos para o processamento deste
metal. Com um ponto de fusão considerado baixo, em torno de 660°C, o alumínio destaca-se
por ter uma alta gama de utilizações e um processo de fundição relativamente simples.
A fundição é um dos primeiros processos industriais utilizados na produção de artigos de
metal. A fundição em alumínio pode ser feita por gravidade, com uso de areia ou molde
metálico, e sob pressão, (alta ou baixa). As peças fundidas em alumínio têm suas principais
aplicações na área automotiva e de transportes. Como exemplo, pode-se citar blocos de motor,
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cabeçotes, caixas de câmbio, carcaças e rodas para automóveis e veículos pesados, entre
outros (ABAL,2016).
3.7 METODOS DE FUNDIÇÃO DO ALUMÍNIO
Há diferentes métodos para a fundição do alumínio, dentre eles destacam-se a
fundição de injeção, fundição de centrifugação, fundição continua, fundição sob pressão.
3.7.1 Fundição de injeção
Obedece ao mesmo processo da coquilha, porém o molde é mecanizado. Existem
menos restrições à geometria das peças, pois o molde é fabricado por modernos processos
como eletroerosão, por laser, entre outros, que dão excelente acabamento, possibilitando
menos usinagens nas peças. Conforme (OLIVEIRA, 2009)
3.7.2 Fundição de centrifugação
O processo consiste em vazar-se aluminio líquido num molde dotado de movimento de
rotação, de modo que a força centrífuga origine uma pressão além da gravidade, que obriga o
aluminio líquido ir de encontro com as paredes do molde onde aquele se solidifica. Como
explica Oliveira (2009)
3.7.3 Fundição contínua
Esse processo consiste em fundir e conformar o produto final em uma única operação,
eliminando tempos intermediários de esfriamento em moldes, garantindo controle e
constância de propriedades físicas e geométricas de cada produto. De acordo com puplicado
por (CIMM, 2010).
3.7.4 Fundição sob pressão
No entendimento do autor “a fundição sob pressão se diferencia do processo em matriz
por gravidade, basicamente por metal fundido ser, neste caso, vasado sob pressão garantindo,
assim, o pleno preenchimento do molde.” Kiminami, et.al (2013, pág. 48).
Trata-se de uma técnica que possui seu diferencial devido a fácil fluidez do metal fundido
e pela compactação em peças mais complexas, independente da espessura da parede da peça.
De acordo com Smith et. al (2013, p. 301).
Na fundição injetada sob pressão se atingem taxas de produção
máximas no vazamento de peças idênticas, sendo o metal liquido
forçado a entrar no molde por ação de uma pressão elevada. As
duas metades do molde metálico estão convenientes fechados
para permitir uma pressão elevada.
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A fundição sob pressão de alumínio é um processo muito agressivo, e necessita de uma
máquina que suporte estes esforços e as elevadas temperaturas a que são submetidas. As
injetoras podem produzir peças extremamente técnicas com repetibilidade e qualidade. São
equipamentos com um alto grau de complexidade e requer mão de obra específica para
realizar sua programação e manutenção. Processos de injeção sob pressão ideais são
caracterizados pelas condições de fusão, que evitam inclusões de gases, porosidades e junta
fria, mas ao mesmo tempo, fornecem parâmetros de enchimento ótimos e tempos de ciclo
curtos. Uma produção econômica tem como objetivo um ótimo controle de temperatura, uma
vida longa do ferramental, pequena quantidade de material por ciclo e parâmetros da máquina
ajustados de uma forma ideal.
Ainda de acordo com a explicação de Smith et. al (2013, p. 301) as ligas de alumínio para
a fundição têm sido desenvolvidas com intuito de melhorar que as propriedades relacionadas
ao vazamento, com fluidez e a capacidade de alimentação do molde, quer as propriedades
como resistência mecânica, a duetilidade e resistência a corrosão. Por isso a composição dessas
ligas é muito diferente das composições químicas, as propriedades mecânicas e as aplicações
de algumas das ligas de alumínio para fundição; estas últimas são classificadas nos Estados
Unidos de acordo com a nomenclatura da Aluminum Association.
Consiste na injeção de um metal líquido contido em um recipiente (câmara de injeção)
para o interior da cavidade de um molde fabricado em aço, por meio de um pistão. Na
primeira fase, o ar é eliminado da câmara de injeção. Depois, há um rápido preenchimento da
cavidade do molde para evitar o resfriamento do metal. A última etapa é a compactação do
metal para diminuir o volume das microporosidades decorrentes da contração de solidificação
do metal. (ABAL,2016).
A alimentação do metal fundido na câmara de injeção para fundição da peça, é realizada
em alguns equipamentos através do braço alimentador, que desempenha um movimento de
transladação para levar o alumínio fundido do forno de espera até o canal de alimentação da
máquina injetora, assim formando a peça de acordo com o modelo do molde.
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3.8 RECICLAGEM DO ALUMÍNIO
O alumínio é o primeiro nome lembrado quando o assunto é reciclagem. A
reciclabilidade é um dos principais atributos do metal e reforça a vocação de sua indústria
para a sustentabilidade em termos econômicos, sociais e ambientais. O alumínio pode ser
reciclado infinitas vezes, sem perder suas características no processo de reaproveitamento, ao
contrário de outros materiais.
O alumínio pode ser reciclado tanto a partir de sucatas geradas por produtos de vida
útil esgotada, quanto por sobras do processo produtivo. Utensílios domésticos, latas de
bebidas, esquadrias de janelas, componentes automotivos, entre outros, podem ser fundidos e
empregados novamente na fabricação de novos produtos.
A sucata de alumínio provém da produção de semimanufaturados – constituída de
resíduos industriais que são reincorporados – e do descarte pela obsolescência de produtos
acabados e bens de consumo, no qual a lata de alumínio para bebidas é o maior exemplo. Esse
processo constitui um ciclo produtivo praticamente estanque: no Brasil, quase a totalidade do
alumínio empregado na produção de chapas que se tornam latas acaba retornando à produção
de chapas ou de outros produtos de alumínio
Esse processo é entendido pelo autor, onde fala que:
O alumínio é um metal nobre, considerado não ferroso e é
extraído a partir da bauxita. Ricco, 1993, alega que são
necessárias cinco toneladas para se obter uma tonelada de
alumínio, e por tão grande perda na transformação, sua
reciclagem significa uma poupança enorme de matéria-prima.
Na reciclagem de alumínio poupa-se ainda 95% de energia
elétrica, o que se soma a vantagens anteriormente exposta e
reflete-se na economia de recursos financeiros também.
VEIGA (1998, pag. 163).
Um diferencial do alumínio, a reciclabilidade sem perda de propriedades físico/químicas,
torna o metal uma excelente escolha, principalmente para as embalagens de bebidas
carbonáticas (refrigerantes, cervejas e etc.). O processo de reciclagem, além de colaborar com
a preservação ambiental, tem na economia de energia uma das suas maiores vantagens –
utiliza apenas 5% da energia necessária para a produção do metal primário a partir do
minério.
Estes tipos de fornos são próprios para a fundição da sucata de alumínio: rotativos,
rotativos selados, sidewell sem sal, de indução (pouco utilizados) e de plasma (em
desenvolvimento). Os primeiros, de tecnologia mais antiga, têm rendimento metálico entre
50% e 60%. Já os fornos rotativos selados com sal de cobertura têm um aproveitamento de até
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85% e apresentam pouca geração de borra preta. Os fornos do tipo sidewell, também
chamados de revérberos, são de tecnologia mais moderna, ideais para retalhos de baixas
espessuras (0,15-0,20mm).
Fruto da recuperação da sucata do alumínio, as ligas secundárias permitem que o metal
seja utilizado na fabricação de diversos semielaborados e elaborados, como chapas, perfis,
etc., prontos para reutilização nos mais diversos segmentos da indústria do alumínio.
(ABAL,2016).
Compreende-se do processo descrito a cima que dentre os produtos de alumínio
reciclados, as latas de alumínio têm um grande destaque, porem existem outros produtos os
quais estão correlacionados a indústria trata-se de peças. O alumínio é um metal reciclável
que gera bom retorno tanto financeiro, quanto em reaproveitamento daquilo seria descartado,
principalmente a empresas que atuam na área de produção em peça de alumínio, O processo
de reciclagem consiste na reutilização do alumínio para a confecção de novos produtos fim
retorna a um fluxo continuo de produção tornando-se rentável a empresa.
3.9 FORNO DE ESPERA – CADINHO
“O forno cadinho de fusão é o método mais barato para a fusão de pequenos volumes de
metais. Além disso, não há nenhum choque direto da chama sobre o metal, e a perda de calor
para o lado de fora é limitado pela espessura das paredes” (CORREIA JUNIOR, 2016, p.34).
Sobre o tema a cima, compreende-se que são fornos projetados e fabricados para fusão
e manutenção de alumínio e suas ligas, em que garanti uma excelente condição de trabalho do
equipamento, pois promove uma proteção do banho do metal como mantenedor da
temperatura do alumínio, com aquecimento por resistências elétricas e através de um
revestimento de manta de fibra cerâmica e espessura dimensionada para reduzir ao mínimo as
perdas térmicas, assim estável a temperatura e qualidade do alumínio.
Fornos cadinho são utilizados em pequenos empreendimentos, como fabricas de pequeno
porte e laboratórios destinados a fundir ligas de baixo ponto de fusão. Esse tipo de forno é,
normalmente, aplicado em fundições de ligas não ferrosas, tais como chumbo, alumínio,
bronze, etc. São caracterizados por uma forma cilíndrica, com revestimento externo feito com
chapas metálicas e sua parte interna revestida por tijolos refratários. Eles são bastante
utilizados em pequenos empreendimentos devido a sua versatilidade em termos de
produtividade, que varia apenas com a mudança do tamanho do cadinho. Outra característica
do forno cadinho é a sua versatilidade no uso de combustíveis, que podem ser óleo queimado,
gás liquefeito e óleo diesel (OLIVEIRA, 2013).
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A combustão também pode ocorrer externamente aquecendo o cadinho que contém o
metal, como é caso dos fornos de cadinho, onde a temperatura de trabalho varia de 200 a
1.400ºC, com capacidade de cadinho de 10 a 1.000kg, sendo a taxa de fusão em torno de
100kg/h. Os fornos cubilô são usados para a fusão dos ferros-fundidos, o calor é gerado pela
queima do carvão e calcáreo é usado para controle da escoria. A estrutura de forno cubilô é
cilíndrica de cuba vertical, com altura de cerca de 6 vezes o diâmetro de 55 a 230 cm
internamente. A capacidade é tipicamente na faixa de 6 t/h e pode alcançar nos grandes
cubilôs, até 100t/h. KIMINAMI et, al (2013, pág. 33,34).
3.10 ANÁLISE DA EXPECTROMETRIA EM MASSA
Sobre o tema, o autor fala que:
A espectrometria em massa é um método analítico usado para
identificar os compostos diferentes baseados na constituição
atômica da amostra das moléculas e de seu estado da carga, que
permite a análise das “cortinas” de uma amostra desconhecida
sem nenhum conhecimento prévio de sua composição. A
análise dos dados gerados pela espectrometria em massa é um
específico complicado da edição ao tipo de experiência usado
para sua produção. Há umas subdivisões gerais do fundamento
dos dados para a compreensão apropriada; além, é altamente
importante saber se os íons observados são negativamente ou
positivamente – cobrado. (MEŠTROVIĆ, 2019)
Entende-se sobre o tema que a análise química espectrometria é realizada com base a
parâmetro de avaliação em que os valores são apontados por uma norma, estes dados são
previamente imputados no sistema de leitura do espectrômetro e no momento da análise o
equipamento dispõe de recursos que possibilitam a identificação da liga correspondente ao
material analisado e aponta de imediato condição da liga, se mesma atende aos pré-requisitos
normativos e se apresenta a contaminação do alumínio
De acordo com Dias Pereira et, al (2016, p. 228)” A espectrometria é uma técnica
analítica instrumental que visa a mensurar a concentração de metais presentes em matrizes de
amostras. “
Trata-se de medir os elementos que compõem na liga de alumínio, conforme norma de
especificação dos clientes. Essa análise é realizada através de amostras, que são coletadas do
banho do forno fusor, transformando-as em um corpo de prova.
4 METODOLOGIA
O autor trata o assunto como sendo “um procedimento reflexivo, sistemático, controlado
e crítico, que permite descobrir novos fatos ou dados, soluções ou leis, em qualquer área do
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conhecimento...Voltado para a solução de problemas por meio dos processos dos métodos
cientifico.” (RAMPAZZO, 2005, p.34)
Como fundamento de desenvolvimento deste artigo foi utilizado o método como
sequência operacional do processo de fundição, onde inicia com abastecimento dos fornos
fusores ( Lingote x Scrap) para a fusão do alumínio até atingir o estado liquido, logo é
transportado para as maquinas injetoras sob pressão, onde da-se a origem as peças, em seguida
são transferidas para dos demais processos como: Acabamento, Usinagem, Inspeção e
Embalagem. Durante estes processos ocorrem perdas mínimas, em que são retornadas para
processo de fundição, assim fazendo o reaproveitamento dessas peças, transformando-as em
alumínio liquido. Objetivo é levantar eventual problema com relação a quantidade de perda no
processo produtivo de fusão e custo para a organização.
Uso da Metodologia Japonesa os 3 Gens’s (Genba, Genbutsu e Genjitsu)
GENBA: ir ao local do processo, no qual ocorreu o problema ou possibilidade de
melhoria e observar detalhadamente o ambiente.
O Genba mostrou que no processo de fusão do alumínio, não houve uma análise para
elaboração de procedimento e/ou método para tratativa de peças com inserto, assim havendo a
necessidade de descarta o principal elemento, no caso alumínio. Alumínio em que por sua vez
é o principal componente para fabricação do produto.
GENBUTSU: Conhecer o objeto e situação real, obter informações vendo, tocando e
entrando em contato com elementos reais. Tanto técnico quanto humano.
O genbutsu mostra que as peças com inserto não poderiam ir diretamente para o forno
fusão devido conterem metal não especificado na composição da liga, em evidencia os
insertos, risco contaminação. O levantamento dos dados reais, onde indica o alto índice de
perda do alumínio, pelo fator técnico de haver a possibilidade de ocorrer a contaminação de
todo material alocado no banho do forno fusor e pelo descarte de peças onde a pequenas
quantidades de alumínio.
GENJITSU: Ser realista, avaliar sempre baseado nas informações obtidas no local de
ocorrência e conhecer bem a realidade.
O Genjitsu mostra que dentro do perfil com descarte da matéria-prima varia dentro da
cadeia produtiva, ou seja, para o processo de fusão de alumínio detectou-se que não há uma
tratativa quanto a peças que contem inserto, devido o mesmo ser considerado contaminante,
diferente das escorias que são descartadas e vendidas para terceiros para reprocesso. Com a
realidade ocorrida no processo detectado que ocorrendo um grande prejuízo financeiro para
empresa e da perda da matéria-prima o alumínio.
14
Portanto, como esclarecimento entende-se que no processo de fusão de alumínio, deve se
acompanhar atentamente, pois o risco de ocorrer a contaminação do alumínio é alto, por não
cumprir os métodos processuais e pelo fato de não haver uma ferramenta que apõe para
tratativas especificas durante produção, assim gerando um alto desperdício com descarte e
comprometendo a resistência mecânica peças por contaminação. Com base a analise
mensurada pela metodologia dos 3 Gen’s, houve propor uma ação como melhoria no processo
de fusão do alumínio, onde foi elabora um novo procedimento é desenvolvido uma ferramenta
para apoio durante a fusão do alumínio.
Foi utilizando ainda como método de pesquisa umas das ferramentas da qualidade
chamada Diagrama de Ishikawa, que consiste em uma ferramenta gráfica, utilizada pelo setor
administrativo para o gerenciamento e controle de qualidade em diversos processos. De
acordo com Scheidegger (2006) o Diagrama de Ishikawa possibilita a visualização de várias
causas para um determinado problema e a partir disso determinar as ações corretivas
necessárias.
Oliveira et, al. (2018 apud MIRANDA,2015) as ferramentas de qualidade são
instrumentos específicos para se identificar os problemas. Outra ferramenta utilizada como
método para solucionar o problema proposto foi o brainstorming, que consiste num processo
onde um grupo de pessoas é reunido e os participantes irão dar suas ideias conforme elas vão
surgindo na mente.
Figura 1- Análise detalhada Ishikawa
Fonte: Autor,2018
Com base na utilização da ferramenta do diagrama de Ishikawa foi levantado em
consideração os 6 tipos de possíveis causas que afetam o processo, sendo elas: máquina, mão-
de-obra, meio ambiente, material, método e medida. Detectado que no Método não há
procedimento para refusão de peças com inserto, assim sendo propicia a perda de matéria-
15
prima no processo de fusão, sendo essa a causa raiz do problema. Portanto, de forma resumida
o descarte de peças com inserto estar relacionada por não haver um método ou uma
ferramenta de apoio para fusão das mesmas, assim aumentando os custos e os descartes.
Desta forma compreende-se que o processo de refusão consiste em várias etapas, tais
como: abastecimento do forno com scrap e lingote, aguardar a fusão o alumínio até atingi a
temperatura e o estado liquido, fazer a análise química do alumínio e aguardo a liberação do
material já fundido e por último fazer o abastecimento das injetoras dá-se início a produção
das peças, passando essas etapa, foi levantado um proposta para melhorar o processo de fusão,
principalmente em peças com insetos.
5 ESTUDO DE CASO
5.1 DESCRIÇÃO DO PROCESO
O processo de fundição de peças de alumínio consiste em quatro etapas que são:
Etapa 1 - É realizada pela fusão do alumínio em um forno fusor até atingir a temperatura já
definida sistematicamente.
Etapa 2 - O alumínio é transportado para maquina injetora que é despejado em um forno de
espera chamado (Cadinho) no qual mantem-se a temperatura para trabalho.
Etapa 3 - O alumínio é despejado em um recipiente agregado a máquina injetora e
transformado em peça conforme molde.
Etapa 4 - As peças são transferidas para os demais setores como, (Acabamento, Usinagem,
Inspeção e Embalagem) dando continuidade no fluxo de produção.
Durante esses processos ocorrem rejeição por falhas processuais, gerando assim um
índice de refugo das peças produzidas.
As peças consideradas como refugo, são dadas baixa via sistemas e encaminhadas para
o setor de fusão, em que são reprocessadas no forno fusor, afim retornar ao ciclo de produção
já mencionado.
Com isso existe um exceção para esse processo, trata-se das peça onde são inclusa aço
(Inserto), pois as mesma não podem ir diretamente ao forno fusor, havendo o risco de
contaminar todo material locado no mesmo, com tudo houve a necessidade de cria um
processo especifico, como exemplo: Armazenar em caixa conforme a liga (Liga HD4) e
identificar agregar-se as peças com inserto em área isolada das demais peça refugos, Dispor
de um colaborador apto com uso da serra circular, serrar essas peças, principalmente na região
onde se localiza o inserto, fazer a separação da área com inserto e área com alumínio puro, as
peças com insertos são descartadas em contêiner e vendida como sucata conforme sua
16
destinação (Cliente Especifico para esse processo), as peças de alumino puro são retornadas
para o processo de fusão conforme será apresentado na Figura 2.
Figura 2: Processo de serra na região do aço (Inserto).
Fonte: Autor, 2018
Após apresentação do processo de separação com a serra em que este material é
descartado e vendido como sucata de ferro, porem ocorre uma perda, porque o custo de venda
como sucata do aço (Inserto) é inferior ao custo de venda do alumínio, de modo gerando um
prejuízo para empresa, pois ainda há um índice alto de alumínio impregnado na peças de
inserto, assim como mostra a tabela 1 abaixo as perda com esse descarte.
Tabela1: Análise da perda.
Fonte: Autor, 2018
Analisando ainda mais sobre as perda do aluminio a figura 3 demonstrar a perda anual
no processo atual, onde foi analisado os custo com a material-prima (Alumino), serra
circular, mão de obra e energia, asssim gerando um total anual de R$69.121,66 para empresa.
Figura 3: Demostrativo de perda com processo atual
Fonte: Autor,2018
ITEM LIGA PESO DO
INSERTO
PESO ALUMÍNIO
+ INSERTO DIF.
PEDAL DIREITO 1 HD4 29,31 g 53,82 g 24,51 g
PEDAL ESQUERDO 2 HD4 30,48 g 137,57 g 107,09 g
SUPORTE INF. DO
GUIDÃO HD4 54,34 g 101,56 g 47,22 g
PEDAL DIREITO 2 HD4 104,53 g 188,39 g 83,86 g
PEDAL DIREITO 3 HD4 104,53 g 188,39 g 83,86 g
17
6 PROPOSTA DE MELHORIA
Com base as analise já mencionadas na metodologia (3 Gen’s e Ishikwa), foi
desenvolvido uma ferramenta para auxiliar no processo de fusão de peças com inserto e
padronizando sistematicamente. Esta ferramenta a qual é similar um cesto do tipo paneiro,
tem como objetivo separar o alumínio do aço (inserto) com apoio de um forno de espera
chamado (Cadinho), do mesmo modo que este processo possa colher este material para
melhor aproveitamento.
Este processo tem como etapas:
Primeira: Realizar a pintura do cesto de refusão com tinta antiaderente ao alumínio,
checa a temperatura do forno de espera cadinho;
Segunda: Fazer o pré-aquecimento do cesto na borda do cadinho ( Evitar que ocorra
choque térmico e evitar o respingar o alumínio na direção do colaborador;.
Terceira: Receber as peças com inserto;
Quarta: Armazena-las em caixas menores conforme a cor da liga ( HD4-Azul);
Quinta: Utilizar uma pá para abastecer o cesto com as peças de inserto x alumínio;
Sexta: Utilizar ponte rolante para manobrar o cesto até o cadinho (apenas pessoas
aptas para utilizar ponte rolante);
Sétima: Fazer a imersão do cesto dentro do cadinho (fazer-o lentamente, para não
respingar o alumínio);
Oitava: Aguardar a fusão até o derretimento das peças, retirar o cesto (continuar a
sequência de abastecimento até atingir o nível do cadinho);
Nona: Após o enchimento do cadinho fazer análise química da liga conforme norma,
(positiva: Abastecer injetora, Negativa: Fazer correção com resultado);
Décima: Fazer o abastecimento das injetora para retorna ao fluxo de produção. Como
mostra a figura 4.
Figura 4: Processo de fusao das peça com inserto com uso
de cesto de refuão e forno de espera
Fonte: Autor,2018
18
7 RESULTADO
Após a conclusão do processo de refusão, foi realizado a análise química da liga de
alumínio HD4 com base no método da espectrometria, trata-se da coleta do alumínio já
fundido no forno, transformando-se em um corpo de prova, para comparar a composição
química dos elementos compostos conforme a especificação definida pelo cliente na HES
C10193. Para melhor compreensão desse método, o processo foi apresentado de forma
ilustrativa, como mostra na Figura 5 e Tabela 2 abaixo.
Figura 5: Resultado da analise espectrometria da liga de aluminio HD4.
Fonte: Metalfino,2018
Ainda como resultado foi elaborado uma tabela para demonstrar o comparativo da
análise química da amostra coletado no forno de espera cadinho, com intuito de validar os
parâmetros com conforme a especificação já citada, desta forma obtendo o resultado positivo
podemos considerar que o processo de recuperação do alumínio com cesto de refusão é
favorável. Como demonstra a tabela 2.
ELEMENTO SPEC HD4 REAL Laudo
Cobre 0.10 0.068 OK
Silício 0.50 ~ 1.10 0.875 OK
Magnésio 4.0 ~ 5.50 4.710 OK
Zinco 0.10 0.059 OK
Ferro 0.50 ~ 0.80 0.685 OK
Manganês 0.50 ~ 0.80 0.646 OK
Níquel 0.10 0.010 OK
Chumbo 0.20 0.002 OK
Estanho 0.10 0.003 OK
Cádmio 0.10 0.007 OK
Outros 0.3 0.002 OK
Tabela 2: Avaliação da Análise Química.
Fonte: Autor,2018
APROVADO!
19
A Tabela 3, avalia a eficiência da melhoria com uso do cesto de refusão, em que foi
avaliado o rendimento com base ao cálculo em função da quantidade rejeitos (Incerto e Borra)
e alumínio extraído durante o processado com uso do cesto. Desta forma a atuação do novo
método perante o processo, ocorreu de maneira mais real possível, objetivando a identificação
de fatores negativos e pontos de melhorias a serem implementados, afim de maximizar os
resultados com a inclusão de método e sistemática do processo de fabricação do alumínio
fundido.
Liga Descrição MÊS
1
MÊS
2
MÊS
3
MÊS
4
MÊS
5
MÊS
6
MÊS
7
HD4
Peça de Refugo
alumínio x inserto
(Kg)
5.685 6.594 4.919 6.600 5.755 4.869 1.836
Inserto após
Separação (Kg) 766 875 747 328 767 619 407
Alumínio Recuperado
(Kg) 4.815 5.579 4.072 6.152 4.886 4.150 1.321
Borra gerada/Escoria
(Kg) 104 140 100 120 102 100 108
%Descarte do inserto 13% 13% 15% 5% 13% 13% 22%
%Alumínio
Recuperado 85% 85% 83% 93% 85% 85% 72%
%Borra
gerada/Escoria 2% 2% 2% 2% 2% 2% 6%
Total de descarte
(Inserto x Borra) 870 1.015 847 448 869 719 515
Total Alumínio
Recuperado 4.815 5.579 4.072 6.152 4.886 4.150 1.321
% Descarte (Inserto x
Borra) 15% 15% 17% 7% 15% 15% 28%
% Alumínio
Recuperado 85% 85% 83% 93% 85% 85% 72%
Tabela 3: Analise do processo de recuperação do aluminio – Eficiencia do equipamento
Fonte: Autor,2018
Conforme dados apresentados foi obtido uma médio de 84% mensal com resultado do
alumínio recuperado e com a perda de uma média de16%, assim tendo uma excelência com o
novo método e ferramenta. gerado em função da utilização no processo de separação, assim
ocorrendo um reaproveitamento do alumínio, em que antes era considerado rejeito.
Os resultados da atuação do novo método foram acompanhados por sete meses
consecutivos, o que nos possibilitou a análise de eficiência em função do reaproveitamento da
liga utilizada no processo.
20
8 CONCLUSÃO
Com o referencial teórico levantada nos possibilitou um conhecimento mais amplo sobre
o processo de fundição, bem como os processos de beneficiamento dos rejeitos gerados na
fusão e no processo de injeção sob pressão do alumínio, o que gerou maior confiabilidade
para o desenvolvimento da ferramenta e nos proporcionou a escolha da melhor concepção do
projeto e método.
Este artigo teve como finalidade descrever e propor melhorias para o processo de fusão
do alumínio, com o intuito de reduzir os desperdícios gerado na produção. A importância da
redução dos desperdícios, uma vez que, no mercado competitivo atual, as empresas cada vez
mais buscam o melhor aproveitamento dos recursos reduzindo assim os custos de produção e
de grandes investimentos em equipamentos novos.
Desta forma foi utilizado duas ferramentas para análise, os 3 Gen’s e Ishikawa onde foi
detectado que havia um desperdício por não haver um método para tratativa em peças de
refugo com aço (inserto). Através desta análise do processo foi levantado uma solução, no
qual o resultado foi a implantação de uma ferramenta do tipo cesto similar a um paneiro,
proposto como melhoria. Tendo em vista o resultado de separação entre alumínio e aço
(Inserto) propondo o indicador de performasse da ferramenta e a eficiência no processo de
refusão, gerando ganhos em qualidade e redução de custos para eliminação de retrabalhos e
desperdícios de materiais.
As análises químicas realizadas nas amostras de alumínio recuperado, possibilitou a
verificação da variação na concentração dos elementos de composição da liga. De modo geral,
verificamos que houve um excelente resultado nos elementos químicos, fator positivo gerado
pela sistemática de reaproveitamento adotada no processo.
O acompanhamento do desempenho da ferramenta e do novo método nos meses
subsequentes, possibilitou a análise de viabilidade do projeto bem como a mensuração dos
índices do material que é considerado como descarte e do alumínio recuperado no processo.
Por fim, observamos que os objetivos incialmente propostos junto as analises, foram
alcançados com sucesso, tanto teórico quanto prático, possibilitando no seu desenvolvimento
a aplicação dos conhecimentos adquiridos durante todo o estudo de elaboração deste artigo.
Como melhorias sugere-se distinguir ferramentas de maior durabilidade na utilização no
processo de refusão do alumínio, para aperfeiçoar a qualidade e a produtividade dos
resultados.
21
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