10 etapas simples para ampliar o desempenho na usinagem

Todas as empresas de usinagem executam a mesma tarefa: conversão de matéria prima em peças acabadas. Os produtos devem ser usinados no nível especificado de qualidade, na quantidade necessária e entregues no prazo desejado.

Considerações sobre sustentabilidade e problemas ambientais também devem ser resolvidas. Para se manter competitivas e lucrativas, as empresas buscam continuamente maneiras mais econômicas e produtivas de realizar seu trabalho.

O maior exemplo atualmente desses esforços de melhorias do processo é chamadaIndústria 4.0 - estratégia e táticas que integram as modernas tecnologias de aquisição de dados, armazenamento e compartilhamento no processo de fabricação. A Indústria 4.0 é atualmente o nível máximo da evolução da fabricação, exigindo um forte comprometimento da gerência, de pessoal especializado e investimento significativo.


Infelizmente, as empresas que não possuem os recursos dos gigantes da indústria mundial, como a General Electric ou a General Motors, podem achar que as melhorias de produtividade estão fora de seu alcance. No entanto, análises e ações simples e econômicas podem ter grande efeito positivo sobre a produtividade de operações de empresas de pequeno a médio portes. Na verdade, antes de investir em novos computadores, robôs ou pessoal, qualquer empresa, grande ou pequena, deve executar a análise básica do processo e organizar os equipamentos e as práticas atuais. A realidade é que a informatização de operações de empresas desorganizadas resulta apenas em desordem informatizada.

Três fases e dez etapas simples

A organização das práticas das empresas começa com a visualização do processo de produção como três fases. A primeira se refere a uma fase de seleção, envolvendo escolhas de estratégia de corte, ferramentas e condições de corte. A próxima fase é a coleta, em que as ferramentas e estratégias selecionadas são agrupadas em um processo de usinagem. A terceira fase é a de realização, colocando o processo em ação.

Em grande número de casos, os resultados da fase 3 nem sempre atendem às expectativas e, determinadas etapas são necessárias para ajustar a realidade à preparação. As etapas podem ser de natureza técnica, como buscar maneiras de moderar as forças de corte ou tomar ações de economia para reduzir custos. Felizmente, existem dez etapas simples que permitem que uma empresa analise e melhore suas operações de metalurgia. São elas:

Controle inteligente do orçamento

Uma abordagem comum para fazer orçamento em operações de metalurgia é adquirir cada elemento do processo pelo preço mais baixo possível. No entanto, é melhor não basear a seleção da ferramenta somente no preço. Antes de discutir preços, uma empresa deve considerar os resultados finais desejados. Se uma peça de excelente qualidade e tolerância muito apertada for a meta, será necessário uma ferramenta de precisão de custo mais alto para usiná-la.

O custo do esforço com ferramentas de baixo valor excessivo para obter alta qualidade das peças e da produção são inaceitáveis e excederá a despesa com ferramentas de preço mais alto. Por outro lado, quando as exigências de qualidade são menos rigorosas, uma parte dos recursos das ferramentas de alta precisão será desperdiçada. O reconhecimento da meta final do processo é a primeira etapa nas decisões de compras com excelente custo/benefício.

Como lidar com restrições de forma inteligente

As operações de metalurgia do mundo real, em oposição a discussões baseadas em teoria, estão ligadas por restrições práticas que incluem a potência e a estabilidade da máquina e as demandas dos clientes relacionadas a dimensões e qualidade de acabamento da superfície. As condições de corte podem ser amplamente variadas, mas os efeitos de diferentes combinações de parâmetros nas forças de corte e no acabamento da superfície podem limitar algumas opções.

Entretanto, apenas reduzir os parâmetros de corte no geral não é uma forma inteligente de lidar com restrições do processo. Por exemplo, as modificações na profundidade de corte têm maior efeito sobre o consumo de potência da máquina do que as modificações na taxa de avanço. A combinação de redução das profundidades de corte e aumento da faixa de avanço pode melhorar a produtividade dentro da restrição da potência limitada da máquina.

Racionalização de aplicação da ferramenta

Considerando o grande número de geometrias, tamanhos e materiais de ferramentas disponíveis, as possíveis configurações de ferramentas de corte de metal são praticamente infinitas. As empresas metalúrgicas geralmente fazem as escolhas de aplicação de ferramentas em uma operação de cada vez, escolhendo uma ferramenta específica para criar determinada característica em uma peça e, em seguida, pegando outra ferramenta para usinar outra característica diferente.

Em um exemplo de caso, duas ferramentas separadas serão usadas para tornear um eixo e produzir uma ranhura larga com dois esquadrejamentos. Especificamente, uma ferramenta torneia o eixo para o diâmetro desejado e corta um esquadrejamento e a largura da ranhura, enquanto uma segunda ferramenta corta o outro esquadrejamento. Cada ferramenta é programada e otimizada separadamente, representando custos administrativos e de programação separados.

Uma estratégia contrastante de seleção da ferramenta é desenvolver uma ferramenta customizada altamente especializada que pode criar várias características em uma passada de usinagem. A estratégia é conveniente, mas o projeto e a fabricação de ferramentas especiais são dispendiosos.

Entre os dois extremos está uma abordagem que utiliza uma ferramenta standard projetada para executar mais de uma operação (ferramenta multidirecional). Um exemplo perfeito dessa abordagem é uma ferramenta MDT da Seco.

As características da ferramenta permitem que ela torneie o diâmetro, penetre para criar um esquadrejamento, mova-se ao longo do eixo para cortar a ranhura e seja retirada para formar o segundo esquadrejamento. Mesmo que essa ferramenta multidirecional não opere nos parâmetros de corte otimizados das duas ferramentas separadas, a economia em ferramenta, programação, tempo de troca de ferramenta e custos de inventário tornam a ferramenta multidirecional a escolha preferida.

Abordagem complexa de peças (tecnologia do grupo)

Em comparação com a técnica de aplicação de ferramentas que combinam duas ou mais operações, uma empresa pode escolher ferramentas que são capazes de criar características semelhantes em uma gama de peças. Uma empresa pode usinar uma ampla gama de peças diferentes, mas as peças compartilharão características comuns, como furos, ranhuras e superfícies fresadas.

Para agilizar a usinagem de peças complexas, uma empresa pode visualizar características similares como um grupo e escolher uma ferramenta otimizada para uma determinada operação, como furação, que é repetida em peças diferentes. A ferramenta otimizada maximiza a produtividade e também reduz o custo ao considerar o tempo de engenharia necessário para programar repetitivamente as ferramentas para cada peça separada. A abordagem da tecnologia do grupo ajuda a reduzir o inventário de ferramentas.


Como obter a qualidade mínima funcional da peça

Embora o conceito inicialmente possa parecer estranho, as empresas devem estar cientes de que é necessário obter apenas a mais baixa possível qualidade da peça que atenda às especificações do cliente e aos requisitos funcionais.

Não há necessidade de exceder esses requisitos. Se a tolerância de uma peça for 5 mícrons, obter 3 mícrons será perda de tempo e dinheiro. Ferramentas de melhor qualidade e processos operacionais mais precisos serão necessárias para atingir a tolerância mais apertada. Porém, os clientes se recusarão a pagar pela melhor qualidade não solicitada, e o trabalho será uma proposta de perda de dinheiro para a empresa.

Alguns problemas de qualidade, como rebarbas, obviamente devem ser resolvidos. E existem situações em que as considerações de custos mais baixos são irrelevantes - as diferenças de custo de ferramenta de alguns Reais ou centavos são insignificantes quando comparadas ao valor de um grande componente aeroespacial de titânio que a ferramenta usinará. Para maximizar a economia, o fabricante deve ajustar a qualidade da produção aos requisitos funcionais e de qualidade da peça.

Manutenção preditiva da ferramenta

A manutenção tradicional da ferramenta é reativa. Quando uma ferramenta desgasta ou quebra, ela é substituída. No entanto, essa abordagem gera custos além daqueles da ferramenta em si, incluindo o tempo de inatividade dos processos de fabricação e possíveis danos à peça. A manutenção preventiva da ferramenta é uma etapa além da manutenção reativa.

Os tempos de vida útil até mesmo de ferramentas idênticas geralmente variam acima e abaixo do tempo médio de duração. A manutenção preventiva da ferramenta é baseada na substituição da ferramenta antes que ela atinja seu tempo mais curto esperado de trabalho para ter certeza de que a modificação seja feita antes de a ferramenta desgastar demais ou quebrar. No entanto, essa abordagem desperdiça ferramentas com uma vida útil igual ou superior à média.

Uma abordagem relativamente nova, com base na modelagem do tempo de vida útil da ferramenta, usa o cálculo de computador e a simulação para fornecer dados preditivos sobre a deterioração da ferramenta e para indicar quando a substituição é necessária. Com uma despesa relativamente maior, o uso de sensores pode melhorar ainda mais os resultados controlando o desgaste da ferramenta em tempo real. O uso de manutenção preditiva da ferramenta tem o potencial para reduzir custos com ferramentas em 15%, 20% ou mais.

Controle de inventário de ferramenta

Ao lidar com a segunda fase de produção em metalurgia - coleta - é importante observar que o controle de inventário de ferramenta é diferente do gerenciamento de ferramentas. O gerenciamento se refere à organização de um inventário existente e a sua disponibilização para produção.

Para essa tarefa, uma variedade de sistemas automatizados de gerenciamento de ferramentas está disponível. Por outro lado, o controle de inventário de ferramenta é um esforço para racionalizar e consolidar o número de ferramentas que uma empresa dispõe para se concentrar no que é realmente necessário. Se as ferramentas não forem racionalizadas antes de serem carregadas em um dispensador automatizado de ferramentas, o resultado será simplesmente uma desordem automatizada.

Análise do trabalho prático - Em seu livro “On the Art of Cutting Metals”, de 1907, o engenheiro norte-americano e pioneiro na análise de trabalho Fredrick Winslow Taylor observou que algumas das atividades em uma empresa, como o fresamento de uma superfície, claramente agregam valor a uma peça. Por outro lado, ele observou que muitas atividades necessárias para a produção de uma peça acabada não agregam diretamente valor. São elas, por exemplo, a fixação da peça na máquina ou a criação do programa de usinagem.

Taylor disse que tarefas sem valor agregado devem ser concluídas o mais rápido possível e de forma que minimizem seus efeitos sobre os custos totais de produção. A automação pode realizar tarefas, como o carregamento e a fixação de peças, e economizar tempo e dinheiro.

Os fabricantes geralmente acreditam que a melhor maneira de reduzir o tempo de processamento é aumentar os parâmetros de usinagem. A maioria das empresas não reconhece totalmente o tempo consumido por atividades como a engenharia. Uma tarefa que pode representar cerca de 40% do tempo total para uma peça percorrer as etapas de desenho até a entrega.

O tempo de inatividade não planejado, causado pela falha da ferramenta, as questões de qualidade ou os problemas de controle de cavaco também podem passar despercebidos. Ao fazer a análise de atividades e custos do trabalho, é essencial considerar todos os fatores que contribuem para o tempo de produção de peças.

Aplicação prática de otimização

A terceira fase da produção de peças, a fase de realização, coloca em ação as ferramentas e estratégias selecionadas na fase 1 e coletadas na fase 2. Raramente, para não dizer nunca, um processo é feito exatamente conforme planejado, e é nesse ponto que a otimização das operações em termos de velocidade, confiabilidade e outros fatores é necessária. Além disso, a maioria das empresas também procura melhorar os processos em andamento.

Depois de realizar as etapas de organização e racionalização das fases 1 e 2, a otimização prática permite que uma empresa encontre benefícios técnicos e econômicos em uma combinação de avanço, velocidade e profundidade de corte que produz os resultados desejados.

Introdução inteligente de nova tecnologia

Os fabricantes enfrentam atualmente uma gama de desafios relativamente novos, incluindo mandatos para sustentabilidade e proteção ambiental. A introdução inteligente de novas tecnologias e processos permite que as empresas cumpram os desafios.

O fresamento a seco, por exemplo, permite uma facilidade para reduzir o uso de líquidos de refrigeração que, por sua vez, reduz os efeitos potenciais dos fluidos no meio ambiente, bem como o custo de descartá-los de forma segura. O uso crescente de materiais isentos de chumbo tem por objetivo remover os metais prejudiciais do meio ambiente. A melhoria dos parâmetros de processo e o desempenho das ferramentas de produção resultará em economias mensuráveis em despesas com a energia.

Conclusão:fase 4 e treinamento STEP

À medida que fabricantes de qualquer porte utilizam as dez etapas simples para melhorar suas operações, uma quarta fase do processo de produção envolve o treinamento interno contínuo. A meta desse treinamento é garantir que o pessoal das empresas perceba que as soluções para os problemas de produtividade nem sempre necessitam de enormes investimentos, alta tecnologia e expansão de mão de obra.

As lições aprendidas ao melhorar uma operação ou uma família de operações podem ser reaplicadas e expandidas para incluir situações semelhantes em toda a empresa. Essas lições podem ser complementadas com o treinamento organizado, como o STEP (Seco Technical Education Program, Programa de treinamento técnico da Seco), um programa prático e bem desenvolvido, criado para familiarizar os usuários com os mais recentes sistemas de ferramentas e técnicas.

Combinado com a experiência prática em análise e melhoria dos processos, o treinamento é fundamental para estabelecer uma cultura de resolução de problemas e melhoria do processo que resultará no sucesso contínuo da fabricação.


Como controlar custos elusivos

Durante a execução da análise do trabalho prático, os custos podem ser óbvios, ocultos ou ignorados. Os fatores que afetam o custo total de conversão de matérias-primas em peças acabadas geralmente podem ser agrupados em oito categorias. As categorias incluem: ferramentas e sistemas de ferramentas, materiais, processos e dados de processo, pessoal e organização, manutenção, fatores especiais, equipamentos periféricos e vários fatores aleatórios.

O tempo de processamento é o fator de custo mais óbvio e inclui o tempo de usinagem, bem como o tempo gasto na preparação da máquina e da ferramenta, nas operações de manuseio do trabalho e na inspeção de qualidade. Obviamente, é necessário planejar um tempo de inatividade para a preparação e o manuseio do trabalho, mas um subconjunto menos aparente de tempo de processamento são as interrupções de trabalho não planejadas resultantes da deterioração não prevista da ferramenta, problemas de cavacos e qualidade inconsistente.

Processos de usinagem não confiáveis que produzem peças de má qualidade ou rejeitadas, ferramentas quebradas, peças danificadas e problemas de sistemas aumentam desnecessariamente os tempos de processo e as despesas. Os principais fatores, como tempo de usinagem e substituição programada de ferramentas, podem contribuir menos para o tempo de processamento geral do que os efeitos de erros do operador e anomalias do sistema.

Engenharia - consiste em atividades gerais, geométricas (programação) e técnicas (seleção de ferramentas e parâmetros de usinagem) - é quase sempre ignorada como um fator contribuinte para o tempo de produção geral.

A programação de peças representa uma parte significativa do tempo de engenharia, mas uma grande quantidade de atividade de engenharia também é consumida em problemas tecnológicos, como seleção da ferramenta e escolha de parâmetros de usinagem.

Fonte Usinagem Brasil

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