M ESTRADO I NTEGRADO E M E NGENHARIA M ECÂNICA Especialização em Tecnologias de Manufatura P...

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA

MECÂNICA

Especialização em Tecnologias de Manufatura

PROJETO DE DISPOSITIVOS DE PRODUÇÃO E MONTAGEM

PARA A INDÚSTRIA AUTOMÓVEL E DOS PLÁSTICOS

Dissertação de Mestrado2012/2013

Aluno:Rui Daniel Vieira da Costa , A53995, MIEMec

Tutor:Prof. Doutor José Machado – DEM, UMinho

Orientador (externo) :Eng.° Paulo Compadrinho – Iberiana Technical

Guimarães, 5 de Dezembro de 2012

2

Resumo

1. Introdução

Parte I – Estado da arte: O Projeto

2. Conceito de Projeto

3. Definição das Especificação de Projeto

4. Projeto para a Manufatura e Montagem

5. Segurança em Máquinas Industriais

Parte II – Aplicação de um caso prático

6. Implementação do Projeto Mecânico

7. Apresentação do problema

8. Projeto mecânico do equipamento

9. Reflexão Critica - Conclusão

3

ITEC – Iberiana Technical (www.itec.pt)

• Criada em Março de 2006

• Comércio de equipamentos, consumíveis e serviços para a indústria eletrónica e automóvel

• Desenvolvimento de máquinas a “feitio”

• Carteira de clientes:

BOSCH Car Multimedia, Delphi-Grundig, PREH Portugal, BOSCH Security Systems, Plasfil,

Visteon, Key Plastics Portugal, BOSCH Travões, GE POWER ELECTRIC, VanPro, Faurecia.

• Certificada pela norma ISO 9001

• PME líder em 2011

1. Introdução - ITEC

4

Parte I - Estado da Arte: O Projeto

2. Conceito de Projeto3. Definição das Especificação de Projeto

4. Projeto para a Manufatura e Montagem

5. Segurança em Máquinas Industriais

5

Parte I - 2. Conceito de Projeto

Definição de Projeto:

Um projeto é uma ação temporária executada com o intuito de se obter um produto ou

serviço. É uma ação temporária porque tem um início e um fim definidos. É um

processo planeado que envolve o desenrolar de várias fases ou etapas que se

desenvolvem progressivamente e realizadas em equipa.

• O que fazer?

• Para quem?

• Como?

• E quando e em que tempo? ?!

6

Parte I - 2. Conceito de Projeto

Tipo Particular de Projeto – Projeto de Engenharia:

É o uso de princípios científicos, informações técnicas e imaginação na definição de

estruturas, máquinas ou sistemas para desempenhar funções pré-especificadas com a

máxima economia e eficiência.

Abordagem ao projeto de Engenharia

• Metodologia de Asimov

• Engenharia simultânea

• Métodos de Gestão e

Registo da Informação

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Parte I - Estado da Arte: O Projeto

2. Conceito de Projeto

3. Definição das Especificação de

Projeto4. Projeto para a Manufatura e Montagem

5. Segurança em Máquinas Industriais

8

Parte I - 3. Definição das especificações de Projeto

A análise da informação respeitante ao produto a desenvolver está na base das

especificações do projeto.

9

Parte I - Estado da Arte: O Projeto

2. Conceito de Projeto

3. Definição das Especificação de Projeto

4. Projeto para a Manufatura e

Montagem5. Segurança em Máquinas Industriais

10

Parte I - 4. Projeto para a Manufatura e Montagem

Projeto para a Manufatura: Projeto para a Montagem:

Estandardização, Padronizar ou Normalizar

POKA- YOKE

Estandardizar

Qua

lidad

e

Cust

os

11

Parte I - Estado da Arte: O Projeto

2. Conceito de Projeto

3. Definição das Especificação de Projeto

4. Projeto para a Manufatura e Montagem

5. Segurança em Máquinas

Industriais

12

Parte I - 5. Segurança em Máquinas Industriais

Regulamentação Europeia:• Diretiva Máquinas 2006/42/CE: dirigida aos

fabricantes e comerciantes de máquinas e

componentes de segurança novos e também a

máquinas usadas e equipamentos provenientes de

países externos.

• Diretiva para a Utilização de Equipamentos

de trabalho: dirigida aos operadores de

máquinas.

Regulamentação Nacional:• Decreto de Lei n.º 103/208 de 24 de

Junho: regulamenta a colocação no

mercado e a entrada em serviço de

máquinas (remete para a Diretiva

Máquinas).

Cada estado membro da UE aplica a Diretiva de forma semelhante, assentando em princípios básicos comuns

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Parte I - 5. Segurança em Máquinas Industriais

Métodos de Avaliação e Redução de Risco

Duas fases:

1. Avaliação dos Riscos

2. Redução dos Riscos

• Há riscos que podem ser eliminados pela alteração do design da máquina (aplicável nas fases

iniciais do projeto);

• Há riscos que são inerentes ao funcionamento da máquina:

• Esses riscos devem ser reduzidos (adoção de medidas de proteção técnicas)

• Alguns riscos não podem ser evitados pelo que devem ser assinalados

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Parte I - 5. Segurança em Máquinas Industriais

Dispositivos de Proteção – Dispositivos Optoelectrónicos e Físicos

15

Parte I - 5. Segurança em Máquinas Industriais

Paragem de Emergência

Esta função deve existir e estar operacional em todas as circunstancias,

impendentemente do modo de funcionamento.

A Paragem de Emergência é uma medida de segurança complementar que se traduz pela

interrupção do trabalho da máquina, para uma posição de segurança, pela ativação do botão de

emergência ou pela ativação de sensores de segurança.

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Cores das luzes

Cores dos comandos

Parte I - 5. Segurança em Máquinas Industriais

Significado das Cores:

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Parte II – Aplicação de um caso prático

6. Implementação do Projeto

Mecânico 7. Apresentação do Problema

8. Projeto Mecânico do Equipamento

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Parte II - 6. Implementação do Projeto Mecânico

Enquadramento do Proj. Mecânico:

1. Comercial solicita a intervenção do Departamento de

Mecânica;

2. O problema é apresentado;

3. Faz-se um esboço 2D ou 3D da solução;

4. Após a adjudicação do projeto:

a) Apresentação do projeto à equipa de trabalho;

b) Estudo do caderno de encargos ou levantamentos de

informações junto do cliente;

c) Definição de prazos;

d) Determinação do responsável do projeto;

e) Adjudicação e calendarização de tarefas.

5. Definição das especificações do projeto;

6. Elaboração do desenho 3D em Autodesk Inventor.

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!!

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19

Parte II - 6. Implementação do Projeto Mecânico

Nova documentação:

Toda a documentação é armazenada num servidor, segundo o modelo:

• 2D Drw: desenhos técnicos• Peças , desenhos de conjunto, desenhos de conjunto explodidos

• 3D Drw: desenhos tridimensionais• Peças, conjuntos

• Mnf Drw: ficheiros que seguem para o fabrico• pdf dos ficheiros da pasta 2D Drw (acessível a todos/ histórico de

alterações)

• Cli Drw: ficheiros enviados ao cliente• Desenhos em STEP, imagens, desenhos técnicos

• OLD Drw: armazenamento de trabalho antigo (back up)

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Parte II - 6. Implementação do Projeto Mecânico

Nomenclatura de ficheiros:

• Desenhos técnicos:

BR000xxx.aaa.bb

BR000xxx: numero adjudicado ao projeto

aaa: número do desenho

bb: sub-número do desenho (aplica-se a desenhos de conjunto)

Aplicável a desenhos técnicos e desenhos para fabrico.

• Desenhos para fabrico:

BR000xxx.aaa.bb.Vc

BR000xxx: numero adjudicado ao projeto

aaa: número do desenho

bb: sub-número do desenho (aplica-se a desenhos de conjunto)

Vc: versão do desenho

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Parte II - 6. Implementação do Projeto Mecânico

Modelo de Legenda dos desenhos técnicos:

22

Parte II - 6. Implementação do Projeto Mecânico

Modelo de Legenda dos desenhos técnicos:

23

Parte II – Aplicação de um caso prático

6. Implementação do Projeto Mecânico

7. Apresentação do Problema8. Projeto Mecânico do Equipamento

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Parte II - 7. Apresentação do Problema

Apresentação do Problema de Projeto

Colocação de 4 conjuntos de 4 parafusos em orifícios da parte fixa de um molde de uma máquina de injeção de plásticos

100 x 100 [mm]

Produto final: componente destinado à industria automóvel

x 16

Tempo de ciclo: 30 segundos

Automatizado Manual

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Parte II - 7. Apresentação do Problema

Proposta Adjudicada

O projeto não tinha caderno de encargos

Nome do Projeto: Célula de Inserção Automática de ParafusosNúmero de Projeto: BR000199

Especificações:• Estrutura mecânica, tipo cabine, em perfil de

alumínio 45x45;

• Cobertura em Policarbonato ESD;

• Robô cartesiano IAI tipo IK (oX;oY) + Cilindro SMC

tipo MXS (oZ) para posicionamento dos parafusos:

Área de trabalho 400 x 300

• Eixo elétrico IAI do tipo Slider para movimentação da

base: Curso de 600 mm

• Alimentador vibratório Böllhof para parafusos;

• Cabeça de orientação de parafusos do tipo pinça;

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Parte II - 7. Apresentação do Problema

Proposta Adjudicada

• Luz verde: máquina operacional

• Inicio de ciclo: botão Start

• Deteção da base na área de trabalho: inicio da

inserção dos parafusos

• Deteção de todos os parafusos na base: base avança

• Remoção dos parafusos: base regressa

• Botão de emergência: Luz vermelha, pára a máquina

• Retomar ciclo: botão Rearme

• Máquina faz purga de parafusos

• Para fusos que já estão na base são retirados

manualmente

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Parte II – Aplicação de um caso prático

6. Implementação do Projeto Mecânico

7. Apresentação do Problema

8. Projeto Mecânico do

Equipamento

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

29

Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

1. Estrutura tipo cabine em perfil de alumínio

2. Robô cartesiano3. Sistema de

posicionamento dos parafusos

4. Base de receção dos parafusos

5. Eixo de transporte da base

6. Alimentador de

Parafusos7. Placa de botoneiras e

luzes8. Quadro elétrico9. Placa para acessórios

pneumáticos10. Portas de acesso11. Placas de proteção

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Estrutura Tipo Cabine

• Perfil de Alumínio Bosch Rexroth 45x45L• Material: AlMgSi0,5F25• Ref: 3 842 511 702

Acessórios de montagem

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Robô Cartesiano

Coloca os parafusos em posição

Eixo XY da IAI tipo IK

• ΔL oX: 400 mm

• V oX: 250 mm/s

• ΔL oY: 300 mm

• V oY: 450 mm/s

• Capacidade de carga oy: 6 kg

Tempo de posicionamento total = 26,12 s + 1,4 = 27,52s

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Sistema de Posicionamento dos Parafusos

Dispositivo que recebe o parafuso proveniente do alimentador vibratório e o coloca na posição predefinida.

Sistemas Convencionais:

Parafuso é empurrado e força a abertura das pinças

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Sistema de Posicionamento dos Parafusos – Sistema Projetado

1. Nozzle

2. Cilindro para movimento vertical : SMC MXS2-12L

3. Cilindros para acionamento das pinças

4. Pinças

5. Bucim

Material:

• Noozle: Aço com tratamento de

Tempera

• Pinças: Aço com tratamento de Tempera

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Base de Receção dos Parafusos

A base recebe os parafuso provenientes do noozle. Quando todos os parafusos estão colocados, a base avança para a área de trabalho do robô da máquina de injeção.

1. Base em liga de alumínio anodizado

2. Casquilhos em liga de aço temperado

3. Sensor Schneider Electric

XS7J1A1PAL01M8

4. Veio de guiamaneto normalizado (encargo

do cliente)

5. Conjunto Guia + Patim Hiwin MGN15H

6. Calha articulada IGUS E08-30-028

7. Eixo IAI RCP3 SA6C-I-42P-12

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Alimentador de ParafusosAlinha os parafusos e sopra-os para o noozle.

Böllhoff Uniquick Feeder 340 1. Pote de triagem

2. Placa Defletora

3. Unidade de separação e alinhamento

4. Unidade de isolamento e alimentação

Sensor de controlo da passagem do parafuso para o noozle

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Interface Homem-máquinaBetoneiras de comando e luzes indicadoras de estado.

• Comutador com Chave: liga o tanque de aumento de capacidade do alimentador de

parafusos;

• Botão de Emergência do tipo “cogumelo”;

• Botão preto – Rearme: dá início ao funcionamento da máquina, após paragem por bloqueio

de emergência ou abertura da porta;

• Luz vermelha – Emergência: indica que existe uma situação de emergência ou

funcionamento incorreto;

• Botão verde – Start: inicia o ciclo e indica que a máquina está ligada

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Dispositivos de Proteção e Segurança

• Tapamento superior: Policarbonato ESD

• Tapamento inferior: Dibond ESD

• Sensor de porta

• Identificação de riscos residuais

• Botoneira de Emergência

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Resultado Final e Observações

Célula de Inserção Automática de Parafusos

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Resultado Final e Observações

• Maquinação do Noozle um pouco difícil;

• Abrir furos vazados nas cavidades dos casquilhos da base;

• Retrabalho do casquilho;

• Proteção dos sensores da base;

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Reflexão crítica

• Cada projeto deve-se adequar à organização em que se insere;

• Cada processo do projeto deve estar bem definido para que não existam ambiguidades na sua

interpretação;

• Influencia do projeto preliminar na variação dos custos e gestão de recursos;

• Importância da recolha de informação e da qualidade do seu tratamento;

• Importância do projeto para a Manufatura e Montagem;

• Importância da Diretiva Máquina;

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Parte II - 8. Projeto Mecânico do Equipamento

Reflexão crítica

Na ITEC:

• Implementação de modelos para o processo de projeto mecânico;

• A diversidade de clientes não permite definir um processo de projeto mecânico que seja de

aplicação geral:

• Existem sempre procedimentos que não são aplicáveis ou que não se justificam;

• A ITEC não fabrica em série;

• Cada projeto é um novo desafio;

• O equipamento foi projetado com sucesso.

Resumo