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Capítulo
3
3. Os Processos de Manufatura Os meios pelos quais os produtos são fabricados têm grande efeito nas decisões do projetista durante a fase de desenho, depois de tudo é importante que o produto possa ser fabricado. Assim, é de vital importância que sejam escolhidos os processos corretos de manufatura na fase de desenho para o projeto não tenha que ser posteriormente alterado para se adaptar às melhores técnicas de manufatura. Obviamente, na indústria o objetivo é produzir um projeto que requeira as menores mudanças possíveis quando está sendo fabricado, pois as mudanças custam tempo, e tempo custa dinheiro. Em alguns setores da engenharia você deverá projetar algum produto pela manha, fabricá-lo à tarde e enviar ao cliente no dia seguinte. Nesta seção trataremos os muitos aspectos da manufatura de um produto. Embora as técnicas aqui descritas não possam ser reproduzidas na sua universidade, os bons estudantes demonstrarão conhecimento das técnicas apropriadas de produção em massa nos seus projetos mesmo que você poderá não ser capaz de alcançar o efeito desejado nas suas apresentações dos mesmos. As técnicas e processos mais comuns de manufatura a serem tratados a seguir são: fundição, fabricação, usinagem, moldagem de plásticos, extrusão, forjamento, injeção, soldas, processos de acabamento e montagem.
3.1.
Os Processos de Fundição e Moldagem A fundição é um processo onde um material fundido é vertido em um molde
com a forma requerida e então solidificado. A moldagem é um processo similar usado para formar materiais plásticos.
O molde deve ser feito de forma que o material
fundido flua para dentro das partes do mesmo, preenchendo todas as suas cavidades.
VANTAGENS Este processo é amplamente usado como o principal processo de moldagem e é apropriado para a produção em grande escala.
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DESVANTAGENS A forma final do material solidificado pode ser diferente em tamanho ao molde porque os metais se contraem quando esfriam.
CONSIDERAÇÕES QUANDO SELECIONAR UM MÉTODO DE FUNDIÇÃO O tipo de processo de fundição mais apropriado para uma aplicação particular é definido por um grande número de fatores, entre eles:
O número de moldes
O custo por peça
O material a ser fundido
O acabamento da superfície e as tolerâncias na peça solidificada
O tamanho da peça Os processos típicos de fundição e moldagem incluem:
Fundição em molde de areia
Fundição por pressão
Fundição centrífuga
Fundição com cera perdida
3 .1 .1 .
Fundição em areia
Envolve a compactação do material do molde (tradicionalmente uma mistura de areia e argila) ao redor do padrão que irá formar a cavidade do molde.
O padrão é
usualmente feito de madeira dura e deverá ser maior que os requisitos de tamanho da peça solidificada para permitir a contração durante o esfriamento.
O
molde
é
então
Figura 3-1 – O metal fundido preenche gradualmente a cavidade do molde. O ar da cavidade escapa através da cavidade superior direita.
dividido de forma que possa ser removida a peça.
VANTAGENS Este processo pode ser usado para uma grande variedade de tamanhos e para pequenas ou grandes escalas de produção. É o processo de moldagem mais barato para pequenas escalas de produção e ás vezes pode também ser econômica para grandes escalas.
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DESVANTAGENS O acabamento superficial e as tolerâncias das peças solidificadas é bastante pobre. Esta forma de moldagem pode alterar significativamente as propriedades dos materiais sendo formados.
O tempo requerido para formar uma peça pode ser
excessivo devido à necessidade de permitir o resfriamento da peça antes de remove-la do molde.
3 .1 .2 .
Fundição por pressão
A fundição por injeção usa um molde metálico no qual o metal líquido é vazado e depois deixado solidificar. Existem dois métodos principais de vazar o metal líquido no molde, a fundição que usa a força da gravidade e a fundição por injeção. A fundição por gravidade usa a força da gravidade para levar o metal líquido para dentro das cavidades do molde. A fundição por injeção envolve o forçamento do metal líquido para dentro da cavidade do molde por uma pressão acima da atmosférica.
Figura 3-2 - A pressão do ar empurra para baixo o pistão forçando o material fundido para dentro do molde.
O uso de fundição por injeção permite formas complexas porque assegura que as todas as cavidades do molde sejam devidamente preenchidas.
VANTAGENS Os custos de usinagem e de acabamento podem ser reduzidos de forma significativa ou até eliminados porque as tolerâncias dimensionais do processo são relativamente boas assim como o acabamento superficial resultante. Todos os processos de moldagem alteram as propriedades físicas do material, entretanto pelo uso da fundição por pressão, este efeito é minimizado.
DESVANTAGENS Este processo é muito caro para pequenas escalas de produção devido ao alto custo da produção do molde. O seu uso é restrito a metais com pontos de fusão menores (ex. magnésio e alumínio) que o metal do molde. Também é amplamente usado com materiais plásticos.
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Fundição Centrífuga
Este processo envolve a rotação do molde enquanto o metal fundido flui nele. A força centrífuga do metal líquido força o preenchimento dos cantos internos das cavidades do molde. Esta técnica é tipicamente utilizada para moldar grandes seções circulares tais como tubulações em geral.
VANTAGENS A força centrífuga assegura que o molde é totalmente preenchido com o material líquido.
DESVANTAGENS Não é apropriado para moldes com formas complexas.
3 .1 .4 . Fundição com Cera Perdida – Microfusão Neste processo são usados moldes metálicos para produzir matrizes de cera da peça a ser produzida. As matrizes de cera são recobertos por uma pasta cerâmica, que depois é aquecida derretendo a cera e endurecendo a cerâmica que formará o molde. O metal fundido é forçado para dentro do molde cerâmico. solidificação do metal o molde é quebrado.
Depois da
Este processo é utilizado para peças
pequenas e leves (menores que 12 Kg).
VANTAGENS Este método é o único confiável para moldar metais com altos pontos de fusão., relativamente barato para pequenas escalas de produção e apropriado para moldar formas pequenas e complexas. O acabamento superficial das peças é bastante bom.
DESVANTAGENS Este processo é apropriado somente para pequenas peças, além de ser um processo caro para escalas maiores de produção.
3.2.
Técnicas de Fabricação Esta técnica envolve a criação de peças a partir de materiais disponível em
formatos padronizados. O material é primeiramente cortado na forma requerido e então é fixado usando uma técnica apropriada de fixação.
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Este processo é apropriado para pequenas escalas de produção onde devem ser evitados os altos custos iniciais associados aos outros tipos de processo tais como o de fundição. Este processo não é apropriado para grandes escalas de produção devido à sua natureza de grande quantidade de trabalho. Existem vários métodos disponíveis para cortar os materiais na sua forma requerida, dentre eles:
Serragem
Corte a fogo
Corte a Plasma
3 .2 .1 . A
Serragem serragem
é
um
processo
de
fabricação que usa uma serra dentada. Para minimizar o desperdício de material, o fio da serra deve ser o mais fino possível. Os tipos mais comuns de serras usadas são a serra circular, embora existam outros tipos tais como: serras lineares, abrasivas e de fricção. As serras abrasivas são pequenas rodas de afiar. As serras de fricção possuem dentes pouco afiados que
Figura 3-3 - Serra circular
atritam com a peça em alta velocidade fundindo o material devido à fricção. Este último tipo de serragem apresenta a desvantagem de deixar cantos irregulares na peça.
VANTAGENS
Cortes regulares e limpos.
O custo do equipamento é relativamente baixo
DESVANTAGENS
Dificuldade de cortar superfícies curvas.
3 .2 .2 .
Corte a Fogo - Oxicorte
Este processo é usado para cortar materiais ferrosos, onde o material é préaquecido por uma flama gasosa de oxigênio a uma temperatura suficiente para ocasionar a oxidação do aço ou ferro. A escoria oxidada é então removida da peça pelo jato de oxigênio. Esta técnica usa equipamentos similares ao da solda de oxigênioacetileno exceto pela ponteira de corte especial usada como maçarico de corte. Os aços
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resistentes à oxidação (ex. aço inox) podem ser cortados adicionando ferro em pó ao jato de oxigênio. Este processo pode ser controlado de forma manual ou automático. Se for usado o controle manual, é usada normalmente uma pequena roda de guia fixada ao maçarico para ajudar a guiar o operador.
Se for usado o controle automático são
usados motores elétricos conectados a um controlador.
VANTAGENS
Utiliza equipamentos padronizados amplamente disponíveis.
DESVANTAGENS
O material de rejeito pode ser um problema
Não é apropriado para materiais não ferrosos
3 .2 .3 .
Corte a Plasma
Este processo foi originalmente um desenvolvimento da solda de tungstênio em gás inerte. Um catodo de tungstênio é usado para produzir um arco dentro de um bocal estreito onde flui gás argônio que é desassociado pelo arco formando um plasma. O plasma atinge o material gerando aquecimento localizado de até 20000ºC. O material derrete nesse ponto ocorrendo o corte. É usado um jato secundário de gás ao redor do arco cujo tipo depende do material a ser cortado.
VANTAGENS
Este processo é especialmente apropriado para metais não-ferrosos que não podem ser cortados usando o processo de corte a fogo.
DESVANTAGENS
Resulta em grande quantidade de resíduos de material
Utiliza equipamentos caros não padronizados.
3 .2 .4 .
Estampagem e Corte
Este processo é bastante utilizado para moldar e cortar placas metálicas finas com o uso de moldes e ferramentas de corte, que servem para dar forma a uma determinada peça. É usada uma prensa hidráulica de grande capacidade de pressão.
3.2.5.
O Processo de Forja
A forja pode ser caracterizada como um processo de conservação de massa para matéria no estado sólido (metais), com tipo de energia mecânica (deformação plástica). Utiliza-se uma variedade de processos de forja, sendo o mais antigo o uso de golpes de martelo.
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O metal se aquece a uma temperatura conveniente de trabalho e se coloca no interior da matriz (molde inferior). Depois de abaixa a parte superior do molde (molde superior) para forçar o metal a preencher a cavidade. O material restante é removido como rebarba em toda a periferia da peça pela linha que une os moldes superior e inferior, formando uma linha de “partição” da peça forjada. Essa linha se remove posteriormente através de um processo de esmerilado.
Figura 3-4n - Molde e peça forjada
Quando se usa o termo forja significa forja à quente. A forja a frio tem outros nomes especializados. A perda de material nos processos de forja é usualmente pequena. Devido que as tolerâncias e superfícies que se obtém no processo de forja geralmente não são satisfatórias para um produto determinado, é normal que as peças forjadas requeiram de processos de usinagem. As máquinas de forja incluem o uso de martelos e prensas para forjar com acionamentos mecânicos e hidráulicos.
Essas
máquinas têm movimentos simples de translação.
3 .2 .6 .
O Processo de Laminação
A laminação pode considerar-se como um processo conservador de massa, para materiais de estado sólido que provoca deformação plástica através de energia mecânica. A laminação se usa amplamente na manufatura de placas, perfis estruturais, lâminas, etc.
Figura 3-5 - Rolos de laminação e perfis
Inicialmente se produz um lingote por fundição e a continuação se reduz a sua espessura em várias etapas, geralmente enquanto o material estiver ainda rubro. A largura do material se mantém constante e, portanto aumenta o seu comprimento de acordo com a redução na sua espessura.
Depois da ultima etapa de laminação a
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quente se efetua uma etapa final a frio para melhorar a qualidade da superfície, ajuste de tolerâncias e incremento na resistência mecânica. O perfil do produto se consegue devido que os rolos laminadores têm sulcos periféricos com a forma correspondente do perfil desejado.
3.2.7.
O Processo de Sinterização
A compactação de materiais na forma de pó pode caracterizar-se como sendo um processo de conservação de massa, para material no estado granular, que usa como processo básico a deformação plástica e o fluxo de material. Os materiais adequados para este tipo de processo é o pó metálico, embora a técnica seja útil também para materiais cerâmicos e outros.
Figura 3-6 - Sinterização
Na compactação de pó metálico a cavidade do molde se enche com um volume determinado de pó, o qual se compacta a uma pressão típica15 de 500 N/mm2. Durante esta etapa de compressão as partículas se aglutinam e sofrem deformação plástica.
A densidade típica depois da compactação é de 80% da densidade do
material sólido. As partículas ficam “soldadas” devido à deformação plástica adquirindo suficiente solidez para resistir à manipulação. Depois da compactação, os componentes são submetidos a um tratamento térmico de sinterização, normalmente a 80% da temperatura de fusão do material. A atmosfera para a sinterização deve ser controlada para prevenir a oxidação. A duração do processo de sinterização dura de 30 minutos a 2 horas. Dependendo do material e dos parâmetros do processo, a resistência das peças depois da sinterização pode estar muito próxima da resistência do material sólido correspondente. Na posição fechado, a cavidade do molde corresponde à geometria desejada. O maquinário de compactação consiste em prensas mecânicas e hidráulicas. O ritmo de produção varia entre 6 e 100 peças por minuto.
3.2.8.
O Processo de Extrusão
Este processo é largamente utilizado para formar peças metálicas e plásticas com seções constantes tais como tubulações, fios elétricos e trilhos, por exemplo. 15
Alting, Leo – Processos para Ingeniería de Manufactura – Ediciones AlfaOmega – México – 1990. Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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O processo de extrusão é similar à moldagem por injeção e somente pode ser usado para formas simples, apresentando uma pobre qualidade de acabamento.
Figura 3-7 – Processo de Extrusão
3.3.
Os Processos de Usinagem Todos os processos de usinagem removem material para formar a geometria
necessária das peças. Os metais ainda são os materiais mais usados nos processos de manufatura sendo que os processos de usinagem são usualmente usados para metais. Entretanto, a usinagem também está sendo cada vez mais usada para dar formas a plásticos e outros materiais não-metálicos. Basicamente todas as diferentes formas de usinagem envolvem a remoção de material de uma peça usando um cortador rotativo. As diferenças entre os vários tipos provêm do movimento relativo entre a ferramenta de corte e a peça, e pelo tipo de ferramenta de corte usada. Tipicamente a usinagem é feita usando uma máquina ferramenta.
Esta
ferramenta sustenta a peça e a ferramenta rotativa de corte permitindo o movimento relativo entre ambas. Usualmente a máquina ferramenta é dedicada a um tipo de operação de usinagem, apesar de que algumas ferramentas mais flexíveis permitem efetuar mais de um tipo de operação de usinagem. A máquina ferramenta pode ser operada por controle manual ou automático (CNC16).
O controle automático é mais caro pela necessidade de investir nos
mecanismos de controle necessários porém ele é o mais adequado assim que o número de peças produzidas aumenta porque os custos de trabalho são reduzidos. A velocidade na qual a máquina ferramenta pode processar as peças individuais é função da velocidade de corte da ferramenta e do tempo perdido na substituição da peça e na manutenção da ferramenta (isto usualmente envolve a troca das partes afiadas da ferramenta de corte). Algumas máquinas muito flexíveis permitem a troca automática de componentes das ferramentas de corte, embora essa 16
CNC: Computer Numerical Control – Controle Numérico Computacional. Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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característica adicione um sensível aumento no preço de compra da máquina ferramenta. A velocidade de corte da ferramenta é usualmente definida pelo tipo de material sendo usinado, em geral quanto mais duro for o material, mais lento o ciclo de corte. A velocidade de usinagem pode ser aumentada pelo incremento da velocidade rotacional do cortador, embora isto seja feito a expensas do tempo de vida da ferramenta. Neste caso existe uma velocidade de corte ótima que regula os custos da ferramenta com a velocidade de operação. Para poder dissipar o calor gerado entre a peça e a ferramenta de corte é borrifado um fluido na ferramenta. O fluido de corte também atua para remover o material cortado da região de corte e lubrifica a ferramenta. Dependendo do fluido utilizado e do tipo de peça, pode haver a necessidade de limpeza da mesma no final do processo de usinagem. Existem vários tipos diferentes de operações de usinagem disponíveis para remover material. Dentre elas podemos citar:
Fresado
Torneado
Esmerilado
Perfuratriz
Eletro-erosão
VANTAGENS
Os processos de usinagem permitem produzir peças com alta precisão e de forma rápida.
DESVANTAGENS
Os processos de usinagem não são adequados para remover grandes quantidades de material.
Podem deixar grande quantidade de refugos
3 .3 .1 .
Fresado
Neste tipo de usinagem, a peça é mantida estacionária enquanto o cortador se movimenta.
O
cortador
da
fresa
é
uma
ferramenta multiponto e como tal apresenta uma ação de corte interrompida, i.e., cada
Figura 3-8 – Tipos de ferramentas de corte em fresas
borda de corte entra em contato com a peça numa fração de cada revolução do cortador. O controle de uma máquina de fresagem pode ser manual ou automático.
As modernas
D e s c o b r i n d o a E n g e n h a r i a : E n e r g i a eFigura M a t e3-9 r i a i-sFresa da Bridgeport (www.bpt.com)
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máquinas CNC são altamente sofisticadas e caras, porém são capazes de produzir peças com formas complexas.
VANTAGENS
Permite produzir uma grande variedade de formas.
DESVANTAGENS
Os custos iniciais são elevados.
3 .3 .2 .
Esmerilado
Este processo usa uma roda de esmeril rotativa que possui partículas abrasivas de areia na sua superfície para remover material de uma peça. É uma forma especializada de usinagem em que no lugar de haver ferramentas de corte, usa um conjunto de partículas de areia. Neste tipo de processo somente podem
ser
quantidades
removidas de
material
pequenas de
forma
econômica, e por isso este método é usado
Figura 3-10 - Máquinas de esmerilado
como um processo de acabamento. O processo pode ser controlado de forma manual ou automática.
VANTAGENS
Apropriado para acabamento de peças
Relativamente rápido
Não requer de mão de obra especializada.
DESVANTAGENS
Não é apropriado para remoções de grande quantidade de material
Os custos iniciais são elevados.
3 .3 .3 .
Torneado
Neste processo a peça é fixada em dois suportes rotativos que fazem contato com uma ferramenta de corte que remove material
da
superfície
da
peça.
Pelo
movimento da ferramenta de corte ao longo
Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais Figura 3-11 – Funcionamento do torno
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do comprimento da peça, as seções circulares são rapidamente produzidas.
A
ferramenta pode alterar a distancia da peça para criar peças com diâmetros variáveis e na forma cônica. O torno pode ser usado para produzir componentes tais como eixos e barras cilíndricas. O controle das ferramentas de corte pode ser manual ou automático. As máquinas modernas multi-suporte permitem o processamento rápido de um grande número de peças.
Figura 3-12 - Peça torneada
VANTAGENS
Técnica rápida de processamento
DESVANTAGENS
Somente produzem formas cônicas e circulares
Os custos iniciais são relativamente elevados.
Figura 3-13 – Vista de uma torno
3 .3 .4 . A
Perfuratrizes perfuração
é
um
processo
utilizado para produzir furos nas peças.
muito Para
criar um furo uma broca é girada em alta velocidade. A forma de parafuso da broca permite que o material cortado seja puxado para fora da peça sendo trabalhada. Figura 3-14 – Perfuração de peças
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Existem muitos tipos de máquinas perfuratrizes disponíveis. As furadeiras manuais são bastante úteis para fazer furos em qualquer lugar, porém requerem do um uso correto. A peça é normalmente fixada de forma que não se mova para auxiliar a furar de forma mais exata possível. As furadeiras de bancada tem o problema de que a peça tem que ser pequena o suficiente para caber na mesa de trabalho. Para cada tipo de material a ser perfurado existem brocas especiais. Figura 3-15 – Máquina perfuratriz
3.3.5. Processos de Eletro-Erosão A usinagem por eletro-erosão ou EDM17 pode ser caracterizada como um processo de redução de massa para materiais do estado sólido, onde o processo básico é do tipo térmico (fusão e evaporação).
Figura 3-16 – Usinagem por eletro-erosão
O processo EDM elimina material por ação erosiva de numerosas descargas elétricas pequenas (faíscas) entre o material da peça e a ferramenta (eletrodo), tendo esta última a forma inversa da geometria desejada. Cada descarga ocorre quando a diferença de potencial entre o material da peça e o eletrodo é suficientemente grande para ocasionar uma descarga em um fluido colocado entre ambos. O fluido, normalmente óleo mineral, tem várias funções: serve como dielétrico e refrigerante, mantém uma resistência elétrica uniforme ao fluxo de corrente e retira o material erodido. O faiscamento ocorre milhares de vezes por segundo e sempre tem lugar no ponto onde a peça é menor e gera tanto calor que pequenas quantidades de material se evaporam e se dispersam no fluido. A superfície do material da peça finalizada apresenta um grande número de pequenos furos.
3 .3 .6 .
Processos Eletro-Químico
A usinagem eletroquímica ou ECM18 pode ser caracterizada como um processo de redução de massa para materiais de estado sólido cujo processo básico é do tipo 17
EDM: Electrical Discharge Machinig – Usinagem por Descarga Elétrica. Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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químico
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(dissolução
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eletrolítica).
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dissolução
A
eletrolítica
da
peça
se
efetua
estabelecendo um circuito elétrico onde o material funciona como anodo, e a ferramenta que tem a forma inversa da peça a ser fabricada funcionam como catodo. O eletrólito comum é uma solução salina a base de água (cloreto e nitrato de sódio).
Usinagem eletroquímica
A tensão elétrica fica na faixa de 5V a 20V, mantendo altas densidades de corrente elétrica na ordem de 1 a 2 A/mm2, o que gera uma taxa de eliminação de material elevada.
3.4. Principais Processos de Fabricação de Itens de Material Plástico 3 .4 .1 .
Injeção
Esta técnica é amplamente usada para formar materiais termoestáveis e termoplásticos. É similar às técnicas usadas para forma metais por fundição. O plástico (na forma granula ou em pó) é colocado no distribuidor. Um parafuso sem fim força o material plástico através de um aquecedor que provoca a fusão do material. Quando todo o material tem sido fundido o parafuso força o plástico para dentro do molde, onde resfria e solidifica.
Figura 3-17 – Injetora de plástico.
A moldagem por injeção é um processo comum usado na manufatura de carcaças de praticamente todos os produtos eletrônicos tais como TVs e rádios, solados para calçados, copos, autopeças e outros.
Vantagens 18
ECM: Electrochemical Machinig – Usinagem Eletrquímica. Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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São possíveis altas taxas de produção. Um ciclo de tempo típico para uma peça de 3 mm de espessura fica em torno de 40 segundos.
A moldagem por injeção permite produzir produtos com bom acabamento e com boa qualidade.
Figura 3-18 - Diagrama de um sistema de injeção de plástico
Desvantagens
A moldagem de termestáveis pode apresentar problemas devido a que o termestável pode endurecer nos bicos injetores.
Figura 3-19 - Peça formada pela injeção de plástico
3 .4 .2 .
Sopro
A moldagem por sopro é usada para fabricar garrafas e contenedores com
paredes
finas.
Ela
requer
extrusão de um tubo de plástico.
a O
tubo é amolecido e extrudado entre as duas paredes do molde.
Antes de o
plástico esfriar as duas partes do molde são colocadas juntas e o ar sopra no cetro do material através de um orifício de sopro. Isso força o plástico para as paredes do molde, onde posteriormente é resfriado e removido.
Figura 3-20 – Máquina de sopro.
Vantagens Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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Altas taxas de produção
Desvantagens Qualidade pobre de acabamento Somente pode ser usado para peças com paredes finas.
3 .4 .3 .
Extrusão
Este processo se inicia como nos anteriores, porém o produto resultante é obtido através de um perfil, que pode ter forma de um U, um marco de porta, ou de forro, etc. Ou então produz uma chapa plana, ou ainda uma bobina plana, ou ainda um espaguete, ou um cano para água, etc., dependendo do molde. Outra variação do processo é a extrusão de balão,
de
direção
vertical,
em
que
através
de
insuflamento de ar se obtém uma bolha, que depois de bobinada de forma contínua, serve para fabricação
Figura 3-21 – Extrusora.
de sacos plásticos em uma máquina de Corte e Solda, que corta a bobina e ao mesmo tempo solda o seu fundo.
3 .4 .4 .
Termoformagem
Uma chapa plana ou uma bobina é colocada na máquina de vacuum forming, onde é aquecida por resistências elétricas até um ponto em que fica quase fluida, e em seguida por processo de vácuo vai tomar a forma do molde. É o sistema de fabricação de tanques de refrigerador, copos plásticos, laterais de portas de automóvel, etc.
Figura 3-22 – Termoformagem.
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3.4.5.
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Rotomoldagem
O plástico em forma de pó é colocado dentro de um molde que sofre processo de rotação, e pela força centrífuga, é atraído para a parte externa do mesmo. Sofrendo aquecimento, o pó vai se fundir, de acordo com a fôrma. A seguir é resfriado e retirado já pronto. Servem para fabricação de casinhas de vigilantes, brinquedos
para
crianças,
tarros
de
leite,
reservatórios, etc. Os plásticos são materiais muito versáteis que podem ser processados de várias formas para produzir formas complexas de forma muito rápida. Os
plásticos
podem
ser
usados
para
formar
praticamente qualquer coisa desde tubulações até carcaças de formas complexas.
3 .4 .6 .
Figura 3-23 – Rotomoldagem.
Moldagem a Vácuo
A moldagem a vácuo é usada para fazer moldes simples usando finas folhas de material termoplástico. Um molde de madeira é colocado na superfície de uma maquina de formação de vácuo. A folha plástica é aquecida até ficar amolecida.
A superfície com o molde é
suspensa na posição e é aplicado vácuo para que o plástico se deposite sobre o molde. A Figura 3-24 – Moldagem a vácuo
formação a vácuo somente é apropriada para plásticos finos e moldes simples. A espessura do plástico deve ser ajustada de acordo com a forma requerida.
3.5.
Processos de Limpeza A limpeza das superfícies das peças antes da aplicação do acabamento é vital
para assegurar que o acabamento fique aderido. Existe um grande número de diferentes técnicas e processos disponíveis para limpar as peças, podendo ser classificados em métodos mecânicos (ex. jato) e químicos (ex. ácidos), sendo que todos apresentam as suas vantagens e desvantagens. Os processos de limpeza mais comuns são:
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Limpeza com álcali
Limpeza com solventes
Limpeza em tambor rotativo
Limpeza por jato
Escovação
3.5.1.
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Limpeza com ácidos
Este processo é normalmente usado para remover o excesso de óxidos na superfície de um produto. É aplicado ácido sulfúrico ou hidroclorídrico à peça por pulverização ou num tanque de imersão. Os custos deste processo são relativamente elevados pela necessidade de prevenir o espalhamento do ácido no meio de trabalho. A limpeza de aço com este tipo de processo pode apresentar problemas. O hidrogênio do ácido pode ser absorvido pelo aço causando fragilidade do material.
3.5.2.
Limpeza com Álcali
É o método de limpeza empregado mais comum. Os compostos de limpeza são baratos e o processo é bastante custo-eficiente. Depois de limpar as peças com uma solução de álcali, as mesmas devem ser enxugadas com água para remover qualquer excesso de álcali. Este processo não pode ser usado para peças de alumínio.
3.5.3.
Limpeza com Solventes
Este processo é usado para remover sujeiras, graxas e gorduras da superfície de uma peça. Este processo usualmente envolve a suspensão da peça acima de um tanque de solvente em ebulição (normalmente um composto de cloro). O solvente em ebulição condensa na superfície fria da peça e penetra nas sujeiras ou na graxa. De forma alternativa, o solvente pode ser escovado ou pulverizado na peça, porém nesses casos é necessária de bastante força de trabalho.
3.5.4.
Limpeza por Tambor Rotativo
A limpeza por tambor rotativo envolve a colocação da peça a ser limpa num tambor contendo bolinhas abrasivas e um lubrificante apropriado. O tambor é girado e as bolinhas abrasivas se esfregam contra a peça limpando-a. Este processo é apropriado para peças pequenas, uniformes e robustas. A força de trabalho é pequena porém o custo do equipamento é relativamente alto.
3.5.5.
Limpeza a Jato
Este método de limpeza consiste em que partículas de um material abrasivo (geralmente areia, aço ou vidro) são forçadas contra a peça. Este processo é
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tipicamente usado para remover outros materiais tais como óxidos na superfície da peça. A força de trabalho necessária não é muito elevada, porém o custo do equipamento é relativamente elevado.
3.5.6.
Escovação
Como o nome sugere, a escovação envolve a limpeza da superfície da peça com uma escova metálica antes de aplicar algum tipo de acabamento. É um processo que requer de bastante força de trabalho, porém o investimento requerido de capital é bastante pequeno.
3.6.
Processos de Acabamento Durante o projeto de um produto pode ser importante considerar como o
mesmo deverá ser acabado. Por exemplo, o produto será pintado? Assim como as tolerâncias dimensionais o acabamento da melhor qualidade requer de mais tempo e mais dinheiro. O acabamento pode requerer a limpeza das superfícies da peça antes de ser aplicado. Alguns processos comuns de acabamento são:
Pintura
Galvanização
Recobrimento em banho quente
Anodização
3 .6 .1 .
Pintura
A pintura é o processo mais comum de acabamento de superfície aplicável a qualquer produto. O número de tipos de pinturas diferentes é imenso. Em geral, a pintura é aplicada em pelo menos duas camadas, sendo a primeira para ajudar na adesão da posterior, preencher qualquer defeito menor e melhorar a resistência da peça à corrosão. A camada final fornece um recobrimento com as propriedades estéticas desejadas. Antes da pintura a superfície precisa estar livre de gorduras. A pintura é um processo relativamente barato comparado com os processos de galvanização porém não alcança os níveis de proteção à corrosão destes últimos.
3 .6 .2 .
Galvanização
O processo da galvanização pode ser usado para recobrir uma grande quantidade de plásticos e metais. Os plásticos devem ser recobertos primeiro com um material condutor elétrico. O processo envolve o uso da peça funcionando como catodo em uma solução do metal que fará a cobertura. Aplicando uma corrente contínua, os íons do metal da solução são depositados na superfície da peça. Os metais mais Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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usados neste processo são: cromo, cádmio, zinco e a prata. Antes de ser aplicada a galvanização, as superfícies precisam ser cuidadosamente limpas.
3 .6 .3 .
Recobrimento em Banho Quente
Como o nome indica este processo envolve mergulhar a peça num metal fundido. Este processo é mais usado para recobrir superfícies de aço com zinco (galvanização por imersão a quente), embora possam ser também usados o chumbo, estanho ou alumínio. Como as temperaturas envolvidas neste processo são elevadas, ele é apropriado somente para metais com altas temperaturas de fusão tais como aço, ferro fundido e cobre.
3 .6 .4 .
Anodização
A anodização é um processo eletrolítico de acabamento aplicado à superfícies de alumínio para fornecer um acabamento resistente à corrosão. O alumínio apresenta de forma natural uma pequena camada de óxido de alumínio na sua superfície, e pelo uso da peça como anodo, a espessura desta camada superficial é aumentada. A camada anodizada pode ser colorida pela adição de tintas no eletrólito. A superfície deverá ser limpa antes do processo usando álcali.
3.7.
Métodos de União e Montagem Os processos de junção são necessários quando as peças devem ser montadas
juntas para formar um produto. Existe um grande número de diferentes técnicas de montagem que podem ser usadas para unir diferentes componentes. Alguns métodos mais usados são:
fixadores rosqueados
rebites
adesivos
soldaduras
3.7.1.
Fixadores Rosqueados
Parafuso é o nome usado em geral para os dispositivos de fixação que usam um pino rosqueado. A descoberta dos princípios do parafuso é atribuída a Arquimedes no século III AC, entretanto não há duvidas que esses elementos já eram usados bem antes. Existe um grande número de fixadores em parafuso disponíveis no mercado, mas lamentavelmente muitos engenheiros ainda não se dão a real conta das conseqüências da seleção de um elemento de fixação para a sua aplicação. Por exemplo, um avião tal como o Boeing 747 contém em torno de 2.5 milhões de Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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elementos de fixação. Se os projetistas selecionarem o elemento de fixação errado isto pode fazer o avião ficar mais caro e pesado. A seleção incorreta do elemento de fixação pode ter efeito na segurança ou custar à companhia muito mais do que a construção do produto. Desta forma é importante que os engenheiros entendam os procedimentos para a especificação dos elementos de fixação a partir das alternativas disponíveis.
TIPOS DE FIXADORES ROSQUEADOS Os fixadores rosqueados podem ser agrupados em três famílias básicas:
Parafuso sextavado e porca
Parafuso sextavado
Perno
Figura 3-25 - Três tipos de parafusos. (a) Parafuso sextavado e porca (bolt and nut); (b) Parafuso sextavado (cap screw); (c) Perno (stud)19.
Os elementos de fixação rosqueados são fabricados principalmente de aço carbono e de uma grande variedade de outros materiais tais como plásticos, alumínio, latão, cobre, aço inox e outras ligas de aço, podendo estar recobertos para reduzir o atrito da rosca e para isola-lo do meio ambiente. Para confundir ainda mais a seleção existem muitos tipos de parafusos com cabeças diferentes, cada um dos quais é ideal para um tipo especifico de fixação.
APLICAÇÕES DE FIXADORES ROSQUEADOS A primeira aplicação dos parafusos é a de fornecer conexão mecânica de forma a permitir montagem e desmontagem de forma não destrutiva e que seja forte o suficiente para resistir às cargas a que as peças serão submetidas. Alguns exemplos típicos de aplicação incluem a fixação das rodas de um automóvel, fixação das cabeças dos cilindros ao bloco e para grampear tubulações e cabos.
Vantagens
Fácil de usar, i.e., não é necessária nenhuma habilidade especial para montar ou desmontar uma conexão com parafuso.
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Barato
Facilmente disponível
Disponibilidade de dados experimentais de engenharia e atuais, coletados por muitos anos.
Desvantagens
As juntas do parafuso podem ser perdidas na presença de vibrações.
Dificuldade de seleção pela grande quantidade de tipos. Em muitos casos, os parafusos são selecionados pelos projetistas de forma
arbitraria, por exemplo, eles podem escolher um tipo de parafuso porque ele existe no almoxarifado. Isto é especialmente verdade com aplicações não criticas onde as cargas são pequenas, como por exemplo, os parafusos para fixar as placas do carro. Neste caso quase qualquer tamanho será suficiente incluindo os tamanhos menores que aqueles normalmente utilizados. A seleção de parafusos em aplicações não críticas é freqüentemente feita baseada em critérios tais como custo, facilidade de manipulação e montagem, disponibilidade, aparência visual e outros fatores. Isto se aplica onde as cargas mecânicas forem insignificantes e conhecidas de antemão. Neste caso, parafusos maiores que o necessário é às vezes escolhidos para melhorar a estética. No uso industrial, por exemplo, onde a segurança é um fator critico, o tamanho dos parafusos deve ser calculado ou obtido a partir de tabelas levando em consideração os seguintes fatores:
Magnitude e direção das cargas mecânicas
Tipo de materiais
Facilidade de montagem e manutenção
Tempo de vida do produto Padronizando o menor número possível de diferentes tipos de parafusos, uma
empresa pode reduzir os seus níveis de estoque e melhorar a sua habilidade de competição no mercado global.
3.7.2.
Os Rebites
Os rebites são dispositivos de fixação permanentes que permitem o ajustamento quase perfeito entre o furo e o dispositivo de fixação. Os rebites são normalmente usados para materiais que apresentam problemas de soldagem (ex. alumínio) e em junções que podem sofrer gradientes térmicos muito grandes que possam fragilizar as soldaduras convencionais.
Figura 3-26 Aplicação do rebite
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A fixação com rebites é apropriada para montagens permanentes, sendo que para desmontar, os rebites deverão ser destruídos. O processo é barato e muito simples.
3.7.3.
Adesivos
Os adesivos (ou colas) são substancias químicas usadas para unir duas superfícies. Historicamente os adesivos têm sido usados para um grande número de aplicações tais como a cola PVA para madeira. Existe um grande número de tipos de adesivos que podem ser usados pelos projetistas e estes podem ser divididos em aplicações estruturais e não-estruturais. Nas aplicações estruturais a junção produzida pelo adesivo deve ser capaz de agüentar forças de intensidade significativa. Na atualidade existe um limitado número de tipos de adesivos que são fortes o suficiente para serem considerados verdadeiros adesivos estruturais.
Figura 3-27 - Uso de adesivos na industria automotiva
Os adesivos também têm aplicações não estruturais tais como a fixação de porcas num parafuso ou da asa quebrada de uma xícara. A seleção de um adesivo particular é definida por um grande número de fatores tais como a força requerida para a junta e o tempo de cura do adesivo. O tempo de cura é o tempo requerido para a solidificação do adesivo de forma que obtenha uma resistência mecânica razoável. Alguns adesivos levam dias de espera antes para que a junção possa ser usada.
VANTAGENS
Podem ser produzidos produtos mais leves que os que utilizam parafusos.
Em juntas bem projetadas o uso de adesivos pode resultar em diminuição de custos.
Materiais diferentes podem ser cocados, por exemplo, metal e plástico.
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Numa junção bem projetada, a junta poderá ter melhor acabamento que aquelas deixadas pelas soldas e as cabeças de rebites. Isto é de especial importância para aplicações de asas de avião onde deve ser evitado tudo o que impede o fluxo de ar sobre a sua superfície.
DESVANTAGENS
O processo de colagem é relativamente complicado. A preparação da superfície é muito importante e a temperatura e umidade do ambiente de trabalho deve ser controlada para que o adesivo cure de forma apropriada.
O tempo em que as peças devem ser mantidas juntas enquanto curam pode parar as máquinas de produção.
A utilização da maioria dos adesivos não é apropriada para altas temperaturas.
Pode ser difícil fazer uma inspeção visual para testar a qualidade da colagem.
Se gasta mais tempo para desenhar uma boa junção.
TIPOS DE ADESIVOS Existe um grande número de famílias de adesivos disponíveis para o projetista
Adesivos baseados em poliamidas
Adesivos baseados em poliuretano
Cianocrilatos
Resinas epóxi
Adesivos acrílicos
ADESIVOS BASEADOS EM POLIAMIDAS Esses podem ser classificados como adesivos relativamente fracos. Apesar disso eles apresentam uma considerável vantagem que é o uso em altas temperaturas, mantendo a sua força a temperaturas de até 300ºC. Essa boa característica em altas temperaturas permite que tenha aplicação limitada em áreas tais como a indústria aeroespacial. A sua pequena resistência mecânica limita o seu uso como adesivo estrutural.
ADESIVOS BASEADOS EM POLIURETANO Os adesivos de poliuretano podem ser uma das partes de um adesivo de duas partes. Com os adesivos de uma parte se coloca diretamente o adesivo entre os materiais a serem colados e se espera endurecer. Com os adesivos de duas partes, os adesivos de cada parte devem ser misturados antes de usar. Os adesivos de uma parte de poliuretano devem ser curados pela aplicação de calor, enquanto que os adesivos de duas partes podem curar à temperatura ambiente. Em geral esses adesivos são relativamente fracos e não são apropriados para aplicações estruturais. Esses adesivos têm uma boa capacidade de preenchimento de espaços e são usados para colar os pára-brisas nos veículos. Não é um adesivo muito bom para colar
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metais que estejam sujeitos a umidade e a altas temperaturas e o seu tempo de cura é relativamente longo.
CIANOCRILATOS Esta família de adesivos se caracteriza pela cura ser extremamente rápida, sendo que alguns tipos curam em até 2 segundos. O adesivo vendido como nome de SuperBonder® é um adesivo baseado em cianocrilato. Esses adesivos são frágeis e com pequena resistência mecânica, amolecem no aquecimento e estão sujeitos ao ataque da umidade quando usados em junções metálicas. Além disso, requerem que a superfície esteja bem preparada.
RESINAS EPÓXI Esses adesivos são provavelmente os mais comuns usados em aplicações estruturais e existe um grande número de tipos disponíveis. As resinas de duas partes solidificam pela mistura (a taxa de endurecimento pode ser aumentada por aquecimento), enquanto que os adesivos de uma parte requerem de aquecimento para curar, embora estas últimas sejam mais fortes que as primeiras. A principal vantagem destas resinas é a sua resistência mecânica, permitindo o seu uso para uma grande variedade de aplicações. São difíceis de aplicar em peças pequenas e a sua resistência mecânica somente permite junções permanentes.
ADESIVOS ACRÍLICOS Estes adesivos são baseados em resinas acrílicas, embora elas não sejam tão fortes quanto os adesivos de epóxi, elas podem ser classificadas como de resistência mecânica média. Os adesivos acrílicos apresentam bom preenchimento dos espaços entre as peças e pode ser aplicado em superfícies semi-limpas.
3.7.4.
Soldadura
A solda é um processo para unir dois materiais, usualmente metais e plásticos. Esta técnica utiliza calor para ajudar à fusão da junta. A natureza do processo de soldagem permite a formação de uma junção permanente. Os processos de soldagem são amplamente usados e bem entendidos, e as junções produzidas são fortes e duráveis. A separação de peças soldadas não é uma tarefa fácil. A distorção dimensional dos materiais sendo soldados pode ser um problema devido ao uso de altas temperaturas. O
termo
“soldabilidade”
indica
a
facilidade de fazer uma solda. Essa facilidade depende principalmente dos materiais a serem
Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais Figura 3-28 - Processo de soldagem
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unidos. Existem vários tipos diferentes de tecnologias de soldagem, sendo que o uso da técnica correta depende da aplicação. Os tipos de tecnologias de soldagem mais comuns são:
Oxiacetileno
Solda a arco
Solda de metal-gás inerte (MIG)
Solda de tungstênio-gás inerte (TIG)
Solda ponto
Solda com gás quente
Solda de Latão Outros tipos de processos de soldagem incluem: ultra-som, eletrodo de núcleo
fundente, costura, arco de plasma, feixe de elétrons, laser e fricção.
A SOLDA PONTO Neste processo, os dois materiais a serem soldados são pressionados entre dois eletrodos através dos quais é aplicada uma corrente elétrica provocando uma fusão local onde os dois materiais estão em contato. Depois de a solda ter solidificado a pressão exercida pelos eletrodos é liberada. Este método é usado para unir longas seções de placas de metal e é muito usado na indústria automotiva. Este processo permite uma produção muito rápida de solda, tipicamente leva 1 segundo. Por outro lado, os custos são relativamente altos e é
Figura 3-29 - Solda ponto
adequado para a produção em grande escala.
OXIACETILENO A solda de oxiacetileno às vezes denominada de solda a gás é um dos tipos mais simples de solda.
Oxigênio e acetileno são queimados em um maçarico onde
uma chama aponta para o local da junção para provocar a fusão dos metais. Normalmente existe um pequeno gap entre os materiais a serem soldados,e por isso se deixa derreter um outro material de enchimento na junção para preencher esse espaço. A soldagem a gás é usada geralmente em processos de conserto e reparação em campo no lugar de ser um método padrão de manufatura, exceto para aplicações especiais onde os custos iniciais dos outros tipos de solda ficar proibitivo. É um processo simples que não requer de grandes habilidades do operador e os custos são
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relativamente baixos, porém é um procedimento relativamente lento e pode provocar alterações dimensionais nas peças devido à perda do controle da fonte de calor.
SOLDAGEM A ARCO VOLTAICO A solda a arco usa a eletricidade para criar um arco voltaico entre um eletrodo e a peça a ser soldada. Esta é a forma mais simples de solda a arco, onde o eletrodo é movido lentamente para a peça assim que o mesmo é consumido num processo de fusão. Para soldas grandes, o eletrodo deve ser substituído durante o processo. Para prevenir a contaminação e oxidação excessiva do metal com a solda, o eletrodo é normalmente coberto por uma substância protetora chamada de fluxo. Assim que o eletrodo funde, o fluxo evapora e
Figura 3-31 - Solda a arco
forma uma camada protetora na solda. Este processo é mais controlável do que o oxiacetileno. É um processo manual e, portanto lento. O fluxo em
eletrodos
padronizados
pode
corroer
o
alumínio.
SOLDA METAL-GÁS INERTE – MIG A área da solda é blindada por um gás (tradicionalmente era um gás inerte, entretanto pelo elevado custo dos mesmos, é substituído por outros gases como o dióxido de carbono – CO2 – por exemplo).
O arco é inicialmente estabelecido
pelo contato intermitente do eletrodo com a peça a ser soldada. O tipo de metal a ser soldado define o
Figura 3-30 - Solda MIG
tipo de gás. Como não pode ser usado nenhum tipo de fluxo neste processo, os elementos anti-oxidantes deverão estar contidos no eletrodo. Este processo pode ser manual ou automático, sendo apropriado para soldar folhas metálicas devido a que a distorção dimensional é mínima. Este processo é mais caro que a soldagem por arco voltaico.
SOLDA A TUNGSTÊNIO-GÁS INERTE – TIG É um processo similar à solda de MIG, entretanto
é
utilizado
um
eletrodo
de
tungstênio. Um fio de material de enchimento é
Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais Figura 3-32 - Solda TIG
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alimentado em separado se for necessário. É usado um gás inerte para blindar a solda durante o processo. Neste processo não é possível criar um arco pelo contato intermitente do eletrodo com a peça para não contaminar o eletrodo, e por isso é usado uma corrente em alta freqüência para gerar o arco. Este tipo de solda é apropriado para unir a maioria dos tipos de metais e é tipicamente usado para soldar folhas metálicas e seções tubulares. Um operador habilidoso pode produzir soldas de alta qualidade e visualmente agradáveis com este processo. A soldagem de ligas de alumínio pode apresentar problemas devido à camada de oxido presente na superfície dessas ligas.
SOLDA A GÁS QUENTE Esta técnica pode ser usada para soldar materiais termoplásticos. É similar á técnica do oxiacetileno para soldar metais. Um jato de gás quente tal como o próprio ar, dióxido de carbono ou nitrogênio (no caso do material ser suscetível a oxidação) é usado para derreter os dois materiais e uma barra de material similar de enchimento para preencher qualquer gap. É um processo relativamente barato comparado com outras formas de soldagem de termoplásticos, porém apresenta maiores custos de mão de obra.
SOLDA DE LATÃO Diferente dos outros processos de soldagem, a solda de latão não funde com o material da peça, entretanto, no lugar desse é fundido um segundo material com menor ponto de fusão para formar a junção. O tipo mais comum de solda de latão é a solda com maçarico. O calor produzido pela queima de um gás em um maçarico de latão é usado para derreter um material de enchimento. Com esta técnica podem se soldar materiais diferentes, com diferentes espessuras, materiais fundidos em geral. As propriedades mecânicas não são significativamente alteradas. Por outro lado, as junções são mais fracas que o metal das peças. Deve se ter um especial cuidado em soldar o alumínio porque o seu ponto de fusão é pouco maior que a temperatura da chama.
3.8.
Análise de Custos Todas as empresas de manufatura vendem os seus produtos para gerar lucros.
O lucro de cada produto vendido pode ser definido como a diferença entre o preço de venda do mesmo e o custo total para fabricá-lo. Desta maneira, os custos têm um papel muito importante no processo do projeto do produto. Para um produto ser bem sucedido ele não deve somente satisfazer o conjunto de funções definidas na especificação do projeto, mas também ele deve ser possível de construir dentro de um conjunto de critérios de custo estimado no início do projeto. Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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Antes de desenvolver qualquer produto é essencial efetuar algum tipo de análise econômica para determinar a viabilidade de construção. Isto pode envolver algum tipo de análise de marketing para determinar quanto o cliente vai quer pagar pelo produto. Os custos envolvidos de qualquer produto devem ser divididos em custos de desenvolvimento e custos de produção. É interessante comentar que muitas empresas não conhecem exatamente se o preço de venda dos seus produtos pode4m ser menores que os custos dos mesmos. Um exemplo disto foi o Mini Morris no Reino Unido produzido inicialmente na década de 1960.
O departamento de marketing
sugeriu que o carro deveria ser vendido por menos de £500, e desta forma a empresa definiu o preço de venda em £499. Mais tarde, quando analisaram os custos de produção do veículo eles encontraram que o custo total ficava em torno de £530, resultando em grandes perdas para o fabricante empresa. Preço de Venda
Lucro Custo para fabricar e vender o produto
3.8.1.
Custos de Desenvolvimento
Os custos de desenvolvimento devem ser vistos como todos os gastos gerais requeridos para produzir todos os seus produtos e para manter os seus negócios funcionando. Estes incluem os custos de análise de marketing, pesquisa e desenvolvimento, publicidade, uso de ferramentas, estoque, manutenção da fábrica, etc.; isto é, todos os custos que não possam ser relacionados a algum produto em particular, porém são custos necessários para que a empresa continuar se desenvolvendo. As decisões sobre os custos de desenvolvimento normalmente são feitas pelo engenheiro sênior da empresa.
3.8.2.
Custos de Produção
O custo de produção de um produto é o custo de todos os diferentes componentes que formam o mesmo. Eles podem ser quantificados pelo preço de compra se os componentes provêm de fornecedores externos ou pelo custo combinado do material e o processo de manufatura se a peça é feita na própria fábrica.
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O engenheiro projetista tem o papel principal na toma de decisão dos custos do projeto porque ele especifica os materiais, processos e peças a serem compradas. É uma responsabilidade dos engenheiros considerarem os custos dos seus projetos e minimiza-los quando for possível. Existem quatro tipos de custo que formam o custo de produção do produto:
Custos de material
Custos de manufatura
Custos dos componentes
Custos de estocagem
CUSTOS DE MATERIAL O custo do uso dos materiais deve ser considerado. O custo relativo dos materiais mais comuns é mostrado no gráfico a seguir:
Magnésio
Aço Inox
Alumínio
Termoplásticos Termestáveis Aço fundido Aço carbono
Figura 3-33 - Custo relativo dos materiais de engenharia
CUSTOS DOS PROCESSOS DE MANUFATURA Os custos dos processos de manufatura são definidos pelo número de peças que deverão ser fabricadas usando um determinado processo. A medida que a produção começa, no aumento do número de componentes fabricados devem ser consideradas as técnicas de produção em massa tais como os processos de automação.
Custos de Fundição Geralmente o processo mais econômico de fundição será definido pela escala de produção. Para pequenas escalas, o custo de um molde somado aos custos iniciais do processo formará uma grande parte do custo da fundição. Para grandes escalas de produção, o custo do molde somado aos outros custos iniciais será muito pequeno e os custos de material serão mais importantes.
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Para pequenas escalas de produção a fundição com molde de areia é usualmente o processo mais econômico, enquanto que para produção em larga escala as fundições por pressão e a centrífuga ficam mais viáveis economicamente falando. Em geral, os custos de fundição decrescem consideravelmente com o aumento da escala de produção.
Custos de Usinagem Os custos de usinagem dependem do tipo de material a ser usinado, da quantidade de material a ser removido, do tamanho da peça e da escala de produção. Para produções em larga escala são usadas técnicas de automação para reduzir os custos de mão de obra embora haja um custo inicial maior.
Custos de Fabricação Os
custos
das
técnicas
de
fabricação
e
montagem
não
diminuem
significativamente com o aumento da escala de produção a não ser que os processos sejam automatizados, com o conseqüente aumento os custos iniciais.
Custos de Soldagem Em geral, para grandes escalas de produção, as técnicas de automatização reduzem os custos de mão de obra aumentando os custos iniciais por ter que comprar uma nova máquina de solda. Os diferentes processos de soldagem implicam em custos diferentes. As soldas MIG e TIG são mais caras que as soldas manuais de arco voltaico e de oxiacetileno pelos altos custos envolvidos nos materiais de consumo utilizados, e no caso da TIG, o aumento dos custos de mão de obra pela menor velocidade da solda.
Custos de Fixação por dispositivos rosqueáveis Em geral, o aumento do número de parafusos resultará num produto mais caro pelos problemas com a manipulação e inserção dos mesmos. Assim, seguindo este raciocínio é preferível usar um menor número de parafusos mais fortes a usar um maior número de parafusos menores e mais fracos. Os preços dos parafusos individuais será definido pelo tipo de material, tipo de rosca, tipo de porca, etc.
Custos de Colagem Colagem O custo da colagem depende dos custos do adesivo usado e da mão de obra. O preço dos adesivos pode variar grandemente dependendo do tipo de adesivo. A menos que seja automatizado, o processo de colagem precisa de muita mão de obra e de tempo, tendo que haver cuidado na preparação das juntas e esperar o tempo suficiente para que o adesivo endureça. Geralmente os custos de colagem são
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similares aos dos outros processos de fixação e junção tais como a utilização de soldas e parafusos.
CUSTOS DOS COMPONENTES A decisão de comprar ou não um componente ou serviço de um fornecedor externo é uma decisão complexa que os engenheiros projetistas serão forçados a tomar em algum estágio. Isto requer do conhecimento dos custos associados coma fabricação dos componentes na própria fábrica e nos custos de adquirir o componente de um fornecedor externo. Poderão haver outras considerações da empresa a serem feitas antes de tomar esta decisão. Por exemplo, a empresa é relutante a comprar componentes de um concorrente mesmo que os custos de manufatura de fabricar o produto na própria fábrica ser menores que comprá-los do concorrente. Alguns fatores a serem considerados são:
Qual é a escala de produção? Se for pequena, a compra de componentes de outros fornecedores pode ser mais barato.
O fornecedor existente pode fornecer o número de componentes necessário, no tempo necessário?
Existe mais de um fornecedor par ao mesmo tipo de peças?
Se começamos a fabricar os componentes na própria fábrica, teremos que comprar novas máquinas ou utilizar mais pessoas?
Qual é a política da empresa para a substituição de peças?
OS CUSTOS DO ESTOQUE Tradicionalmente
os
fabricantes
mantêm
materiais
e
componentes
de
fornecedores externos no estoque, antes de serem realmente necessários para o processo de produção, para evitar falta de fornecimento, aumento de preços, capacidade de negociação, otimização do transporte, etc. Esta estratégia possui algumas limitações como o caso da grande quantidade de espaço necessária, mão de obra de organização e catalogação do estoque, e o perigo de haver uma rápida mudança nos produtos levando a uma grande quantidade de peças em estoque que viraram obsoletas. Para resolver esses problemas foi desenvolvida uma metodologia de estoque chamada “Just In Time” ou JIT, que se tornou uma estratégia de controle de estoque bastante popular. A filosofia JIT implica em fazer os pedidos de compra para os fornecedores externos somente quando a linha de produção os necessitar iminentemente. Isto limita os problemas inerentes aos procedimentos de estoque tradicional, porém introduz outros tipos de problemas próprios. O principal problema é que a empresa deve manter estreitas relações organizacionais com os fornecedores externos de forma assegurar que os componentes cheguem a tempo.
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A estratégia JIT requer um bom controle computacional de estoque, com sistemas que assegurem a existência de uma pequena quantidade mínima dos itens usualmente utilizados, registrando como os componentes estão sendo usados e contabilizando o quão bem o produto está sendo vendido. Quando os níveis de estoque baixar de um valor mínimo, o sistema computacional deverá automaticamente gerar uma ordem de compra para o fornecedor externo.
3.9.
Análise de Marketing O marketing pode ser visto como desenvolvendo dois papéis principais em uma
organização: identificar os requisitos de marketing para um novo produto e de vender o produto. Pela identificação dos requisitos de marketing, o mesmo pode representar um importante papel no processo de projeto do produto. Os requisitos para um novo produto ou para a revisão de um já existente, são tipicamente ditados por uma de duas fontes: 1 – um cliente se aproxima do fabricante (ou a vários fabricantes) com os requisitos de um produto. 2 – Sem nenhum cliente em particular para fornecer os requisitos, uma analise do mercado atual e conversando com clientes potenciais podem se determinar quais requisitos de um produto devem ser tentados e procurar por nichos de mercado. Isto implica em pesquisas intensivas de mercado para determinar os requisitos que o produto deve satisfazer. É inútil desenvolver um produto, não interessa o quão bem ele é construído, se não existir mercado para ele. O departamento de marketing tem ainda o importante papel de vender o produto ao mercado. Qualquer seja a forma em que os requisitos do produto forem identificados, a necessidade do cliente tem grande influencia nas decisões tomadas pelos engenheiros. O departamento de marketing terá maior influência na elaboração da especificação de projeto de produto (EPP). A EPP é um documento de importância vital no processo do projeto que contém toda a informação necessária para que a equipe de projeto tenha sucesso completo em alcançar os requisitos do produto final.
3 .9 .1 .
Analisando o Mercado
Uma forma de decidir as características das necessidades que produto deverá ter é analisar os produtos que os concorrentes têm. Existe um grande número de técnicas diferentes disponíveis para analisar o mercado para identificar os requisitos do novo produto, dentre elas podemos citar:
Análise paramétrica Descobrindo a Engenharia: Energia e Materiais
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Análise de Necessidades
Matriz de Análise
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ANÁLISE PARAMÉTRICA Esta técnica é usada para determinar o lugar do produto no mercado e os concorrentes. São feitos gráficos de diferentes aspectos do produto (por exemplo, a velocidade do carro versus o custo) com os correspondentes aspectos dos produtos concorrentes. Esta técnica mostrará as relações entre os diferentes aspectos que podem num primeiro momento ser óbvios ou conhecidos. Para ser eficiente, devem ser traçados um grande número de gráficos diferentes sendo que a maioria não mostrará relações relevantes, porém uns poucos poderão revelar fortes relações entre os diferentes aspectos. Por exemplo, se um gráfico revelar que o custo do produto é maior que o do concorrente quanto relacionado com a velocidade do veículo, sugere que o custo alvo para o produto é muito alto. Esta informação ajuda a produzir uma EPP para o novo produto. Esta técnica tem a vantagem de ser relativamente barata porque os gráficos são feitos usando dados disponíveis ao publico dos produtos concorrentes.
ANÁLISE DE NECESSIDADES A análise de necessidades tenta determinar os verdadeiros requisitos de um cliente. Isto é efetuado pela análise de dados de mercado disponíveis ao público que indicam os hábitos de compra dos clientes. Essas publicações indicam as reações dos consumidores aos diferentes produtos através de questionários e entrevistas com as pessoas. Elas podem ser preparadas e operacionalizadas por empresas de pesquisas de mercado. A especificação de projeto de produto servirá de base para as entrevistas e questionários. As características do produto nas quais a equipe do marketing está insegura sobre a reação do cliente, podem ser analisadas sem ainda ter produzido o produto.
MATRIZ DE ANÁLISE Este é um método gráfico e implica em listar os diferentes modelos dos produtos concorrentes ao longo do eixo horizontal com as funções que o produto correspondente apresenta. Contando o número de ocorrências de cada produto se quantifica percentualmente o total de características do produto. Este sistema de classificação pode ser usado para mostrar como um produto potencial poderá atender o mercado e para levantar um perfil dos produtos concorrentes. Esta metodologia fornece informação relevante das características que um produto deve possuir para competir num certo setor do mercado.
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A matriz abaixo mostra as características de automóveis contra um conjunto de modelos fictícios para obter o perfil de características. Este perfil sugere que para competir neste setor de mercado devem ser atendidas as necessidades de segurança, especialmente o Air-Bag. Tabela 3-1 – Matriz de Análise Modelo
Características Air-Bag
Tchev Uptra
x
Tuyuti Colora
x
Ondix Cevec
x
Reno Lagan
x
Total
4
Vidros
Controle
elétricos
x
Faróis
Teto
Ar
de
de
solar
condicionado
tração
neblina
x
x
x x
2
2
ABS
x
x
X
x
X
x
X
3
1
3
x
2
3.10. Referências Bibliográficas
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