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APLICAÇÃO DE METODOLOGIAS SEIS SIGMA NO

APERFEIÇOAMENTO DA GALVANOPLASTIA, COM

HOMOGENEIZAÇÃO DA CAMADA CROMO DURO

André Wagner Mota Nascimento 1,2

Adriana Amaro Diacenco2

José Manoel Ribeiro 3

Jose Nilson Bezerra2

(1) R.: Primo Capelo 119, Centro – Itajubá – MG (3622-3713)- [email protected]

(2) Fepi; (3) UNIFEI

Resumo: Atualmente, com a grande competitividade no setor industrial brasileiro e a

concorrência com os produtos importados, levam a busca pela adequação às exigências

mundiais. Atentando para atender os requisitos e especificações do mercado. Desta forma a

constante avaliação e reformulação da manufatura se tornando essencial para a resolução de

falhas e para a melhoria contínua da produção. E neste aspecto busca-se o aperfeiçoamento

da gestão de qualidade, surgindo metodologias que são responsáveis pela melhoria dos

processos de produção das empresas. A metodologia DEMAIC do Seis Sigma é aplicada

neste trabalho no processo de homogeneização da camada cromada em componentes

mecânicos sujeitos a alta pressão e temperatura, sobre forte ação de desgaste mecânico.

Neste trabalho foram analisadas as etapas do processo, o controle metalúrgico em termos da

quantidade de fissuras e trincas que surgem durante o processo e suas causas. Obtendo assim

o conhecimento de tais defeitos buscando minimizar o surgimento dos mesmos. Os resultados

foram analisados estatisticamente e permitiram avaliar o melhor aproveitamento do processo

de cromação.

Palavras-chave:DMAIC;Cromação; Seis Sigma.

1. Introdução

No surgimento da revolução industrial, a necessidade do desenvolvimento e

manutenção de estruturas capazes de suportar padrões de consumo e bem estar social imposto

pelo capitalismo, notoriamente promoveu a competitividade internacional na busca da

excelência em qualidade e produtividade. Pressionando o setor manufatureiro levando à

redução dos preços a alta da qualidade e redução de prazo de entrega atendendo as

necessidades dos clientes corporativo e comercial.

No início do século XX até meados do século XX, a qualidade, na produção em

massa, significava uniformidade (ou ausência de variação). Nessa época, percebeu-se que era

necessário fazer peças em grandes quantidades, virtualmente idênticas, de forma que cada

uma pudesse ser montada, indiferentemente do produto. A partir de 1948, no Japão, iniciava

um processo que modificaria a análise da qualidade, inspirado por pensadores norte-

americanos Feigenbaum, Deming e Juran, derivando-se em 1962 nos primeiros Círculos de

Qualidade, predecessores das atuais Equipes de Melhoria Contínua, utilizando diversas

metodologias e suas variações. Sendo uma delas, as ferramentas estatísticas aplicadas no

processo de manufatura. Ao longo do tempo as técnicas e metodologias desenvolvidas

utilizando estatística tornaram-se amplamente utilizadas e aceitas nas organizações,

desempenhando papel importante nos programas de Controle da Qualidade. (Feigenbaum-

1994, Juran-1992) O Controle Estatístico da Qualidade tem como o objetivo primário a

redução sistemática da variabilidade nas características principais do produto. Fornecendo as

TTT 2012 - VI Conferência Brasileira sobre Temas de Tratamento Térmico17 a 20 de Junho de 2012, Atibaia, SP, Brasil

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mailto:[email protected]

ferramentas necessárias para avaliação e melhoria de processos, produtos e serviços de forma

robusta e abrangente. (Montgomery-1985)

Entretanto, tais ferramentas também, dependem da qualidade da informação e da

forma como os dados são coletados, processados e interpretados. Neste aspecto o DMAIC

(Define, Measure, Analyse, Improve, Control) cumprindo um papel importante no

desenvolvimento da qualidade, está técnica consiste no ciclo de desenvolvimento de projetos

e de melhoria, utilizado na estratégia Seis Sigma. ( Jeferson Escobar-2011)

Concebido para projetos relacionados à qualidade, o DMAIC não é aplicado apenas

na redução de defeitos, sendo utilizada em projetos de aumento de produtividade, redução de

custo, melhoria em processos administrativos, entre outras finalidades. Está técnica por

representar um ciclo organizado e ordenado de trabalho, é freqüentemente comparado ao ciclo

PDCA (Plan, Do, Check, Act) conhecido também por Ciclo Deming, sendo DMAIC mais

uma variação do PDCA. Porem é importante ressaltar, contudo, que existem características

que diferenciam essas duas técnicas. ( Jeferson Escobar-2011) O DEMAIC tem por finalidade

neste estudo, auxiliar na condução do trabalho, elaboração do projeto e solução de problemas.

Sendo um recurso constituinte do Seis Sigma, utilizado em conjunto com outras ferramentas

de qualidade.

As técnicas de qualidade foram aplicadas neste trabalho para solucionar problemas

recorrentes na indústria metal-mecânica visando melhorar o processo de galvanoplastia e na

solução do problema de variação da camada de cromo durante o processo. Sendo

galvanoplastia um processo de recobrimento superficial, desenvolvido e utilizado desde a

antiguidade para proteção de peças metálicas ferrosas e não ferrosas, para proteger da

corrosão, melhorar o acabamento e promover a melhoria da resistência ao desgaste por atrito.

2. Materiais e Métodos

Neste trabalho tem por objetivo estudar a aplicação da metodologia DEMAIC para a

solução de problemas relacionados à espessura da camada de cromo em componentes

metal-mecânicas, verificando a melhoria do processo automatizado em relação ao processo

convencional, analisando a redução do índice refugo e retrabalho. Nesta seção abordaremos

os principais conceitos utilizados neste artigo.

2.1 DEMAIC

O DEMAIC é um método aplicado no Seis Sigma, estruturado para conduzir o

processo de mudança e alcance de metas. O Seis Sigma por sua vez, é o método

administrativo extremamente disciplinado e quantitativo que se apóia em processos

estatísticos. Abordagem sistêmica, com a clara finalidade de elevar substancialmente a

lucratividade, por meio do aperfeiçoamento de produtos e processos, proporcionando uma

maior satisfação de clientes e consumidores.

O Seis Sigma deriva da letra grega sigma (σ) utilizada para representar o desvio

padrão, representando a distância em relação a média. Desta feita um processo que tem

qualidade Seis Sigma tem aproximadamente doze sigmas entre os limites de especificação

como podemos ver na Figura 1, da curva gaussiana formada pela medida do desvio padrão da

avaliação de qualidade do produto. Se o processo for mantido aproximadamente centrado, o

resultado tenderá a perfeição, muito próximo do zero defeito (variações). Representa assim

uma medida de desempenho e meta para operação de processos, com uma taxa de 3,4 falhas

por milhão de atividades, Tabela 1 comparativa, ou seja, 99,99966% de conformidade, mesmo

havendo um deslocamento da média do processo em relação ao valor nominal em 1,5 desvios-

padrão (sigma). (Pinto, Carvalho, Hoo, 2009; Einset-2002; Scatolin-2005 e Hoerl-2001) Se a

medida se aproximar da “média” e com pouca VARIABILIDADE e um pequeno desvio

padrão, com abrangência de 6 sigmas, teremos o índice 3,4 PPM (defeitos por milhão).


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(a) (b)

Figura 1 – (a) Gráficos de capacidade 3 Sigma - deslocado 1,5 sigma; (b) Gráficos de capacidade 6 Sigma -

deslocado 1,5 sigma. Fonte: Scatolin-2003

O DEMAIC (Figura 2) foi concebido para projetos relacionados à qualidade e redução

de defeitos, mas pode ser aplicado, em projetos de aumento de produtividade, redução de

custo, melhoria em processos administrativos, entre outras, que necessitam de uma análise e

resolução de problema. (Banas, 2001 e Jeferson Escobar, 2011)

Figura 2 – Esquema resumido do modelo padrão do Ciclo DMAIC

2.2. Galvanoplastia de Cromação

A galvanização ou eletroformação é todo o processo de galvanoplastia em que metais

são revestidos por outros metais mais nobres, geralmente para proteger da corrosão, aumentar

propriedades mecânicas do material de base ou para fins estético-decorativos. Em 1924

foram descobertos métodos de deposição que permitem a aplicação industrial das camadas. O

banho, então recomendado por Liebreich, na Alemanha, é praticamente ainda hoje o banho

“Standard“ e constituía-se de 200 g/l de anidrido crômico (ácido crômico) e 2,4 g/l de ácido

sulfúrico. Há basicamente dois tipos de processo de cromação, o Cromo Brilhante-Decorativo

e Cromo Duro. No caso do cromo decorativo, este tem por principal função proteger o metal

base contra corrosão e proporcionar uma boa aparência à peça, a espessura depositada é em

torno de 0,002 mm. Sua aplicação normalmente se dá sobre camada de níquel ou cobre. O

cromo duro é depositado em camadas de espessura, variando de 0,02 mm a 0,5 mm. Com

certas exceções, o cromo duro é depositado diretamente sobre o metal base, especificamente

em ferros fundidos, aços ao carbono e inoxidável. A maior parte do cromo duro

eletrodepositado tem como finalidade proporcionar resistência ao desgaste com o conseqüente

aumento de vida útil da peça, este pode ser usado também para restaurar as dimensões de uma

peça gasta ou usinada em excesso.


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Existem algumas variações de banho de cromo sendo o mais convencional o Banho

Sulfato que é composto de ácido crômico e ácido sulfúrico; temos o Banho Fluoreto composto

de ácido crômico, ácido sulfúrico e catalisador a base de fluoreto; e o Banho Heef (banho

aditivado) composto de ácido crômico, ácido sulfúrico e catalisador orgânico. O processo de

cromação requer o controle e manutenção do banho que é feita com adições regulares de

ácido crômico, ácido sulfúrico e outros catalisadores, exige também a correção do sulfato no

banho. As adições e controles são baseados em resultados de análises químicas ou padrões

estatísticos estabelecidos pela indústria.

Neste processo a deposição do cromo se dá juntamente com grandes quantidades de

hidrogênio, parte desse hidrogênio é depositada junto com o cromo na forma de hidreto. Esse

hidreto, que é instável, se decompõe na forma de hidrogênio gasoso e cromo metálico. Essa

decomposição envolve uma diminuição de volume, maior que 15%, gerando tensões internas

na camada. Assim, com o decorrer da eletrólise após ser atingido uma determinada espessura

do cromo, a somatória das tensões internas supera a resistência própria do cromo, provocando

a quebra do fino filme metálico, formando as (fissuras e/ou micro trincas). Esse fenômeno vai

se repetindo durante a cromação, desse modo a película superficial da camada apresenta

menor número de fissuras em relação aos pontos mais internos do depósito (Figura 3-a).

(Garcia-2003)

(a) (b)

Figura 3 – (a) Principais características da camada de cromo compósito; (b) Efeito da temperatura e densidade de

corrente na dureza. Fonte: Garcia-2003.

O processo de cromação requer uma seqüência de cuidados, que se não forem bem

executados poderão comprometer a qualidade do produto. As condições de cromação são

determinadas em função do tipo do banho e da especificação para o produto. No cromo duro,

a dureza deve ser superior a 800 HV, ou seja, 800 / mm 2. Isso torna importante manter as

condições de densidade de corrente (A/ dm2) e temperatura do banho (Figura 3-b).

Também é importante manter outros parâmetros como:

* tempo correto para cromação

* nível do banho

* gancheiras não tortas e de comprimento uniforme

* relação de comprimento anodo / árvore

É importante lembrar que os parâmetros são importantes para proporcionar

distribuição uniforme da espessura do cromo na árvore de anéis ou peças. A densidade de

corrente e temperatura, também afetam a quantidade de fissuras na camada de cromo.


510

2.2.1. Quantificação do numero de fissuras ou micro trincas

O controle da quantidade de fissuras ou micro trincas é realizado pelo método

metalográfico, que consiste na utilização de microscopia óptica com ampliações entre 200x e

500x de magnificação. O número de fissuras ou micro trincas pode ser dado em fissuras ou

micro trincas por mm ou Fissuras ou micro trincas por polegada linear. E a densidade de

fissuras por banho em anéis, são tipicamentes:

Banho sulfato : 900 - 2300 fissuras por polegada linear.

Banho Fluoreto : 1600 - 3000 fissuras por polegada linear.

Banho heef : 2000 - 4000 fissuras por polegada linear.

2.2.2. Microdureza do cromo

A microdureza do cromo é medida por equipamento de precisão denominado

microdurômetro, o qual requer cuidados especiais relacionados a controle de vibração da sala

de acondicionamento e principalmente controle de calibração do mesmo. Os resultados

obtidos em ensaios de microdureza são dados em escalas conhecidas como HV (Hardneer

Vickers), os valores indicados a exemplo HV 0,1, são os valores de carga especificada. Os

ensaios de microdureza são realizados em equipamentos com capacidade de carga até 2kg.

2.2.3. Determinação da espessura de cromo na cromação

A espessura requerida de cromo na operação de cromação, é calculada em função da

espessura especificada no desenho do anel / produto acabado.

Tabela 02 – valore de espessura da camada de cromo no processo de cromação

DESCRIÇÃO DO MATERIAL ESPESSURA NA CROMAÇÃO

Lapidação parcial LIT = CMD + 0,03

LSD = LIT x 1,5

Lapidação total ou abaulada LIT = CMD + 0,05

LST = LIT x 1,5

Retificados cônicos ou abaulados excêntricos após

cromação

LIT = CMD + 0,10

LST = LIT x 1,5

Segmentos LIT = CMD + 0,04

LST = LIT x 1,5

Fonte: Garcia-2003

CMD = Camada mínima do desenho (em mm)

LIT = Limite inferior de tolerância (espessura mínima na cromação)

LST = Limite superior de tolerância (espessura máxima na cromação)

3. Estudo de Caso

3.1. Etapa Definir do DMAIC:

Nesta etapa foi observado por meio das ferramentas de qualidade, como Plano de

Ação e de Controle (Folha de Verificação) as características cruciais para qualidade e os

benefícios. Definição do problema:

Problema: Variação do processo, exigindo retrabalho, reduzindo a qualidade,

prejudicando o prazo de entrega e produção, elevação do custo e geração de defeitos


511

típicos do processo de cromação como: Má aderência do cromo; Espessura do cromo

acima ou abaixo do especificado; Distribuição irregular do cromo; Aspereza; Cromo

descascado; etc.

Descrição/Objetivo: Melhorar a qualidade segundo as especificações.

CTQs dos clientes: Atender as especificações técnicas, prazo de entrega e atendimento a

demanda.

Defeito: Variação da camada de cromo, fora dos limites especificados.

Expectativa dos resultados: Reduzir o índice de refugo de anéis e melhorar a

homogeneidade da espessura da camada.

Através da análise dos planos de controle da operação, que registram os dados

qualitativos e quantitativos da produção, foi definido medir a espessura da camada de cromo,

sendo que as medidas serão feitas por meio metalografia eletrônica, em um conjunto de lotes

de produção, durante 40 dias. Sendo estimando os seguintes benefícios:

Benefícios comprometidos:

Redução de Defeito: Garantir a entrega / prazo correta no cliente.

Redução de Custo: Redução de refugo – Reclamações internas.

Melhoria de Ciclo: Aumento de produtividade

Benefícios específicos para a organização:

Redução de Custo Material e Mão de Obra.

Melhoria da qualidade do produto entregue ao cliente.

Reconhecimento da qualidade do produto junto ao cliente.

Desta forma desejamos atingir as expectativas do cliente quanto a qualidade, passemos

agora passar para a etapa seguinte.

3.2. Etapa Medir do DMAIC:

3.2.1. Estudo da espessura de camada – processo atual

Na Figura 4 podemos observar a variação da camada medida e que por vezes em

algumas amostras ocorre a estrapolação do limite superior de especificação (LSE/UCL) para a

variação da amostra e do Limite Inferior de Especificação (LIE/LCL) para a medida da

amostra, representando um processo inadequado. Podemos observar também uma grande

variação entre as amostras.


512

Figura 4 - Variação da camada - produção normal.

3.2.2.Teste de normalidade – processo atual

No processo atual podemos observar nas Figuras 4 e 5, uma grande dispersão dos

resultados, tendo o desvio padrão de aproximadamente 0,025, sendo que os resultados não

estão contidos em sua maioria dentro dos Seis Sigmas, alem de ter uma desvio padrão muito

largo devido a dispersão, e a media e a região de maior ocorrência está descentralizada em

relação a curva gaussiana. Desta forma os dados obtidos não são normais, isso se deve a

variação da espessura da camada de cromo e na totalidade das amostras analisadas.

Figura 5 – Teste de normalidade – espessura da camada.

Figura 6 – Teste de normalidade – espessura da camada.


513

Neste trabalho foi observado que no processo de cromação simples, o aro anódino e o

barramento catódico são fixos, o que dificulta o controle da homogeneidade da camada de

cromo ao longo da circunferência da barra de sustentação do material a ser cromado. Podemos

estimar segundo a Tabela 1 e a Figura 5 (descentralização de aproximadamente 1 σ), que

estaria ocorrendo uma perda entre 10 e 40 k peças/milhão, se não houvesse retrabalho.

Tabela 1:Calculo do PPM a partir da capacidade e da descentralização.Fonte: Leopoldo Pereira-2003

3.3. Etapa Análise do DMAIC:

Foi utilizado como ferramenta de analise, o software Minitab, como podemos ver na

análise dos dados de lotes de produção normal, durante os 34 dias de análise.

Figura 7 – Medição da variação da camada

Figura 8 – Desvio padrão

3.3.1 Descrição das análises

Os dados acima descritos na Figura 7 indicam a variação da camada de cromo ao

longo de uma amostragem coletada num período de 34 dias, conseqüentemente, com trinta e

quatro ordens de produção diferentes, e a Figura 8 indica o desvio padrão com relação a cada


514

ordem de produção.

Com o intuito de verificar o efeito da movimentação da barra contendo o material,

seguindo as orientações do projeto Seis Sigma, foi realizado o experimento, onde testes

realizados manualmente no aro anódico promovendo o giro por um operador, mostrou

melhoras nos valores e menores variações. Com estas confirmações partiu-se para o projeto

de melhoria.

3.4. Etapa Melhoria do DMAIC:

3.4.1. Automatização do processo de cromação

Foi decidido que com a automatização do processo e implementação do movimento

circular da material promoveria melhora na qualidade, gerando menor atrito no catódico,

redução de custo com material e mão de obra, processo de movimentação mais eficaz e

estável, eliminando variações de tempo, pela ação humana.

3.4.2. Análise da camada após implementação do sistema automatizado.

Figura 9 – Variação da camada – Processo melhorado.

Figura 10 – Teste de normalidade – Processo melhorado.


515

Figura 11 – Teste de normalidade – Processo melhorado.

Observa-se nas Figuras 9, 10 e 11, que os resultados encontrados apresentam-se

normais, e que quando comparados aos resultados das análises anteriores, pode-se observar

uma melhora significativa em relação à variabilidade a camada. Observa-se uma melhor

distribuição de dados, o que indica uma menor variação no processo.

3.5. Etapa Comparar DMAIC

Figura 12 – Análise da distribuição de dados– Processo atual sem movimentação

Podemos observar que se fosse rejeitado as peças com espessuras superiores a 0,16

mm, teriam uma perda superior a 50%, mas na prática está sendo aceito valores superiores a

0,18 mm e o excesso é retirado em outras etapas necessárias da produção, reduzindo em até

0,04 mm a espessura, justificando a aceitação dos dados do processo automatizado, que

apesar da evidente melhora, está fora do Limite Superior Especificado para a peça, mas dentro

da especificação desta etapa de produção, como podemos ver na Figura 13 e comparado a 12.

Figura 13 – Análise da distribuição de dados – Processo melhorado (automatizado).


516

As análises das Figuras 12 e 13 deixam evidente que o processo de melhoria

implementado surtiu efeito positivo em relação à redução da variação da camada cromada,

melhorando significativamente o nível sigma do processo. A redução da variação permite

melhorias, indiretas na microestrutura, uma maior padronização da microdureza e redução de

defeitos na camada dura de cromo. O deslocamento em relação ao Limite Superior

Especificado pode ser corrigido com a redução do tempo de cromação,reduzindo a camada de

cromo, para atender as especificações demonstrada na Tabela 2. Sendo este, um outro passo

na melhoria constante do processo.

3. Considerações Finais

Este trabalho mostrou como o método DMAIC, foi é relevante na aplicação da

filosofia Seis Sigma, gerando uma melhoria na qualidade do produto, pela identificação de

falha e medição de parâmetros estatísticos da produção. Os estudos comprovam

estatisticamente, que a característica espessura da camada, apresentou melhorias significativas

em relação aos valores médios encontrados e a redução da variação da camada de cromo

utilizando um sistema de movimentação da peça automatizado. Através do projeto realizado

foi comprovada a viabilidade de alteração, sendo que o custo com o investimento pode ser

revertido em qualidade do produto, na redução de refugo e re-trabalho no processo. E por fim,

demonstra as vantagens da automatização e da necessidade de se movimentar o material, para

obter uma melhor aderência e nivelamento da camada de cromo, sendo este um processo

metalúrgico recomendado.

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