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João Mário Azevedo Lima
Controlo e Gestão da Produção noSetor de Corte Térmico
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Universidade do MinhoEscola de Engenharia
novembro de 2015
Dissertação de MestradoCiclo de Estudos Integrados Conducentes aoGrau de Mestre em Engenharia Mecânica
Trabalho efectuado sob a orientação doProfessor Doutor António Marques PinhoEngenheiro Valter Andrade
João Mário Azevedo Lima
Controlo e Gestão da Produção noSetor de Corte Térmico
Universidade do MinhoEscola de Engenharia
AGRADECIMENTOS
É com muita satisfação que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles
que tornaram a realização deste trabalho possível.
Gostaria antes de mais de agradecer ao Professor António Marques Pinho, orientador
desta tese, pelo apoio, incentivo e disponibilidade demonstrada em todas as fases que
levaram à concretização deste trabalho.
Por último, um agradecimento à empresa “O Feliz Metalomecânica S.A.” pela
oportunidade de realizar este trabalho num ambiente empresarial, em especial ao
Engenheiro Valter Andrade e aos operadores do departamento laser, que contribuíram
disponibilizando tempo e trabalho necessários para a evolução deste projeto.
iii
iv
RESUMO
O presente relatório pretende descrever o projeto realizado no âmbito da Dissertação de
mestrado, integrado no 5º ano do Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica, da
Universidade do Minho.
Este trabalho decorre da realização de um estágio curricular, na empresa “O Feliz
Metalomecânica S.A” e tem como objetivo, estudar a produção numa indústria de corte
a laser e identificar os parâmetros e variáveis adjacentes ao processo, de forma a obter
melhorias na qualidade do produto final e consequentemente na produtividade.
Para a consecução deste projeto foi necessário definir as diferentes fases da produção,
caracterizar os parâmetros da máquina laser, caracterizar a qualidade de superfície de
corte, bem como das peças pós corte, relacionar a manutenção da máquina laser com a
qualidade das peças, estudar a matéria-prima utilizada na empresa, rever os métodos de
inspeção e controlo de qualidade, entre outras etapas que definem o processo de produção.
Ainda no capítulo da qualidade, são analisados os instrumentos de medição utilizados na
inspeção de peças e os métodos utilizados para o mesmo.
É realizado um estudo dos principais defeitos encontrados nas peças pós corte, no qual
são apontados os defeitos que ocorrem em maior número, referidas as causas aparentes e
sempre que possível a solução adotada. Este estudo poderá permitir uma correção de
algumas operações, de forma a evitar a ocorrência dos mesmos defeitos no futuro.
Após uma breve introdução é realizado um pequeno estudo sobre o estado da arte, de
seguida são apresentados os fundamentos teóricos, o estuda do controlo de qualidade, a
gestão da produção e finalmente são referidas as conclusões do trabalho.
Durante toda a dissertação, são especificadas as normas internacionais para os diferentes
temas abordados.
Palavras-Chave: Laser, Corte a laser, Qualidade, Defeitos, Produção
v
vi
ABSTRACT
This report seeks to describe the project carried out in the framework of the Master Thesis,
integrated in the 5th year of Integrated Master in Mechanical Engineering, University of
Minho. This work follows the completion of a curricular traineeship in the company “O
Feliz Metalomecânica S.A" with the objective of studying the production in an industry
of laser cutting by identifying the parameters and variables adjacent to the process to
obtain improvements in the quality of the final product and consequently on productivity.
For the achievement of this project was necessary to define the various stages of
production, characterize the laser cutting parameters as well as the quality of the cut
surface and the parts after cutting, relate the laser equipment maintenance with the quality
of parts, studying the raw material used, to review the methods of inspection and quality
control, among other steps that define the production process.
In the quality chapter, are analyzed the measuring instruments used in the inspection of
parts and the methods used for the same. A study of the main defects found on parts after
cutting is performed, in which are pointed out the defects which occur in larger number,
the apparent causes and if possible the adopted solution. This study may allow a
correction of certain operations in order to avoid the occurrence of the same defects in
the future.
After a brief introduction on the theme it is performed a brief study on the state of the art,
followed by the theoretical foundations, the chapter of quality control, production
management and finally are presented the conclusions of the project. During the entire
thesis are specified the international standards for the various topics addressed.
Key-words: Laser, Laser cutting, Quality, Defects, Prodution
vii
viii
ÍNDICE
Agradecimentos ......................................................................................................... iii Resumo ....................................................................................................................... v Abstract ..................................................................................................................... vii 1. Introdução ............................................................................................................... 1
1.1. Introdução ........................................................................................................ 1 1.2. Motivação ........................................................................................................ 2 1.3. Objetivos .......................................................................................................... 2 1.4. Estrutura da dissertação ................................................................................... 3
2. Fundamentos teóricos ............................................................................................. 4 2.1. Introdução histórica ......................................................................................... 4 2.2. Laser ................................................................................................................. 6
2.2.1. Tipos de laser ............................................................................................ 6 3.2.2. Laser CO2 ................................................................................................. 6 2.2.3. Princípio de funcionamento do corte por laser.......................................... 7 2.2.4. Principais características do corte ............................................................. 8 2.2.5. Aplicação de corte: corte de materiais metálicos ...................................... 8
2.3. Sistema laser .................................................................................................... 9 2.4. Vantagens e desvantagens da utilização do laser ........................................... 10 2.5. O processo de corte ........................................................................................ 11
2.5.1. Formação da superfície de corte .............................................................. 12 2.6. Parâmetros do laser ........................................................................................ 13
2.6.1. Potência do feixe laser ............................................................................. 13 2.6.2. Velocidade de corte ................................................................................. 13 2.6.3. Ponto focal do feixe ................................................................................. 13 2.6.4. Gás de assistência .................................................................................... 14
2.7. Influência da manutenção do laser na qualidade de corte .............................. 15 2.7.1. Componentes mecânicos ......................................................................... 15 2.7.2. Componentes do caminho ótico .............................................................. 16
2.8. Descrição do equipamento de corte por laser em estudo ............................... 16 2.9. Matéria-prima ................................................................................................ 17
2.9.1. Classificação dos aços ............................................................................. 17 2.10. Qualidade ..................................................................................................... 24
2.10.1. Qualidade da superfície de corte ........................................................... 25 2.10.2. Toleranciamento dimensional ............................................................... 31 2.10.3. Toleranciamento geométrico ................................................................. 33
ix
2.10.4. Quinagem .............................................................................................. 34 2.10.5. Qualidade da matéria-prima .................................................................. 34
3. Controlo de Qualidade .......................................................................................... 38 3.1. Metrologia ...................................................................................................... 38
3.1.1. Paquímetro .............................................................................................. 38 3.1.2. Micrómetro .............................................................................................. 43 3.1.3. Goniómetro .............................................................................................. 46 3.1.4. Comparador ............................................................................................. 47 3.1.5. Graminho ................................................................................................. 48 3.1.6. Inspeção periódica e calibração ............................................................... 49 3.1.7. Controlo de equipamento ........................................................................ 49
3.2. Controlo dimensional ..................................................................................... 50 3.2.1.Casos práticos ........................................................................................... 50
3.3. Controlo de qualidade .................................................................................... 58 3.4. Análise de defeitos e controlo de qualidade .................................................. 58
3.4.1. Empeno .................................................................................................... 59 3.4.2. Quinagem ................................................................................................ 61 3.4.3. Geometria ................................................................................................ 62 3.4.4. Oxidação .................................................................................................. 63 3.4.5. Superfície de corte ................................................................................... 65 3.4.6. Corte incompleto ..................................................................................... 67 3.4.7. Outros defeitos ........................................................................................ 68
3.5. Resultados ...................................................................................................... 70 3.5.1. Defeitos ................................................................................................... 72 3.5.2. Causas ...................................................................................................... 73 3.5.3. Soluções .................................................................................................. 73 3.5.4. Análise ..................................................................................................... 74
3.6. Cálculo de custos ........................................................................................... 75 3.6.1. Modelo de cálculo ................................................................................... 76
4.Gestão da produção ............................................................................................... 81 4.1. Produção ........................................................................................................ 81 4.2. Processo de produção ..................................................................................... 81 4.3. Logística ......................................................................................................... 82 4.4. Área de produção ........................................................................................... 83 4.4. Armazém ........................................................................................................ 85 4.5. Transporte ...................................................................................................... 86
5. Conclusões e sugestões para trabalhos futuros ..................................................... 88
x
5.1. Conclusões ..................................................................................................... 88 5.2. Sugestões para trabalhos futuros .................................................................... 90
Referências e Bibliografia ........................................................................................ 91 Anexo I – Dados Técnicos do Equipamento Laser .................................................. 94 Anexo II – Certificado de Matéria-prima ................................................................. 96 Anexo III – Inventário de Peças com Defeito .......................................................... 98
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xii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 – Primeiro corte a laser, com oxigénio como gás de assistência, realizado em Maio de 1967 [2] ........................................................................................................ 4
Figura 2 - Laser de estado sólido [4] .......................................................................... 5
Figura 3 - Esquema de corte a laser [7] ...................................................................... 8
Figura 4 - Interação feixe/matéria - frente de corte [6] ............................................ 11 Figura 5 - Estrias regulares [6] ................................................................................. 12
Figura 6 - Estrias com curva no topo inferior do corte [6] ....................................... 12
Figura 7 - Esquema de uma superfície de corte [6] .................................................. 12
Figura 8 - Ponto focal no meio da espessura da chapa [6] ....................................... 14
Figura 9 - Boquilhas danificadas .............................................................................. 16
Figura 10 - TruLaser 5040 existente na empresa “O Feliz” ..................................... 17
Figura 11 - Diagrama de equilíbrio Fe-C [8] ............................................................ 18
Figura 12 - Bloco após corte [9] ............................................................................... 26
Figura 13- Corte vertical [9] ..................................................................................... 28
Figura 14 - Corte com inclinação [9]........................................................................ 28
Figura 15 - Medida (a), utilizada para obtenção da tolerância de perpendicularidade e inclinação, u [9] ........................................................................................................ 29 Figura 16 – Rugosidade [9] ...................................................................................... 30
Figura 17 - Desvio de estria ou arrasto, n [9] ........................................................... 31
Figura 18 - Diferentes tipos de arestas [9] ................................................................ 31
Figura 19 - Zona de tolerância de planeza [9] .......................................................... 34
Figura 20 - Paquímetro de Vernier [11] ................................................................... 38
Figura 21 - Componentes de um Paquímetro de Vernier [12] ................................. 39
Figura 22 - Medições Externas [11] ......................................................................... 39
Figura 23 - Medições Internas [11] .......................................................................... 39
Figura 24 - Medições de Ressalto e Profundidades [11] .......................................... 40
Figura 25 - Escala principal na régua (divisões de 1 mm) e a escala de Vernier (resolução de 0,02 mm, com 50 divisões em 49 mm) [11] ...................................... 41 Figura 26 - Paquímetros de Vernier do tipo M e CM ............................................... 42
Figura 27 - Paquímetro de relógio (com indicador analógico) [11] ......................... 42
Figura 28 - Paquímetro digital [11] .......................................................................... 42
Figura 29 - Esquema dos componentes do micrómetro [13] .................................... 43
Figura 30 - Micrómetro de medição externa [11] ..................................................... 43
Figura 31 - Micrómetro digital [11] ......................................................................... 45
xiii
Figura 32 - Componentes de um goniómetro [14] ................................................... 46
Figura 33 - Divisão angular de um disco de vernier [14] ......................................... 46
Figura 34 - Relógio indicador e relógio comparador, respetivamente ..................... 47
Figura 35 - Cadeia de transmissão de movimento num relógio indicador ............... 48
Figura 36 - Graminho digital [15] ............................................................................ 49
Figura 37 - Apoios de altura regulável produzidos na empresa O Feliz .................. 51
Figura 38 - Aproximação da face de uma das bases retificadas ............................... 52
Figura 39 - Cilindros roscados na mesa retificada ................................................... 52
Figura 40 - Peça a medir sobre os cilindros roscados............................................... 53
Figura 41 – Detalhe dos pontos de apoio ................................................................. 53
Figura 42 - Medida do primeiro apoio ...................................................................... 54
Figura 43 - Pré carga definida no comparador ......................................................... 54
Figura 44 - Restante pontos à mesma altura ............................................................. 55
Figura 45 - Ponto da peça que está -0.94 mm do plano, ou seja, naquele ponto a peça tem um empeno de 0.94 ............................................................................................ 55
Figura 46 - Exemplo de outra peça para medição de empeno .................................. 56
Figura 47 - Medição de peça .................................................................................... 56
Figura 48 - Bloco V magnético acopulado ao sistema de fixação............................ 57
Figura 49 - Bloco V magnético em funcionamento ................................................. 57
Figura 50 - Peça não conforme com curvatura ......................................................... 59
Figura 51 - Peças com empeno ................................................................................. 60
Figura 52 - Outro exemplo de peça com curvatura .................................................. 60
Figura 53 - Peça com quinagem em falta ................................................................. 61
Figura 54 - Quinagem de 90º errada ......................................................................... 62
Figura 55 - Peças com furo não concêntrico devido a quinagem errada .................. 62
Figura 56 - Medida especificada pelo cliente não cumprida .................................... 63
Figura 57 - Chapa oxidada previamente ao corte ..................................................... 64
Figura 58 - Oxidação encontrada pelo cliente .......................................................... 64
Figura 59 - Marca de oxidação provocada por um barrote de madeira húmido ....... 65
Figura 60 – Arestas queimadas e com rebarba ......................................................... 66
Figura 61 - Aproximação da superfície de corte com rebarba ................................. 66
Figura 62 - Superfície de corte com calamina .......................................................... 67
Figura 63 - Corte incompleto de chapa oxidada ....................................................... 68
Figura 64 - Disco com corte incompleto devido a lente suja ................................... 68
Figura 65 - Peça defeituosa ...................................................................................... 69
xiv
Figura 66 - Peças cortadas a laser ............................................................................. 69
Figura 67 - Marcação de furos .................................................................................. 70
Figura 68 - Peças cortadas e rebarbadas ................................................................... 72
Figura 69 - Percentagem de ocorrência de cada defeito ........................................... 72
Figura 70 - Percentagem de cada causa assinalada .................................................. 73
Figura 71 - Percentagem para cada solução adotada ................................................ 74
Figura 72 - Valores tabelados do modelo de cálculo ................................................ 78
Figura 73 – Modelo de cálculo do custo de defeitos ................................................ 78
Figura 74 – Defeitos encontrados e soluções adotadas ............................................ 79
Figura 75 – Modelo de cálculo do custo dos defeitos .............................................. 79
Figura 76 - Modelo de cálculo do custo dos defeitos ............................................... 80
Figura 77 - Sequencia do processo de produção ...................................................... 81
xv
xvi
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1- Designação dos aços laminados a quente, segundo a sua utilização. Norma EN 10025-2............................................................................................................... 19
Tabela 2- Designação dos aços decapados segundo a sua utilização. Norma EN 10111. ....................................................................................................................... 20
Tabela 3 - Composição química (%) do aço AISI 304 e 304L ................................. 21
Tabela 4 - Composição química (%) do aço AISI 316 e 316L ................................. 21
Tabela 5 - Composição química da liga de alumínio 5754 ...................................... 22
Tabela 6 - Características mecânicas de chapa formatada AL 5754 H111 .............. 22
Tabela 7 - Qualidade e aplicabilidade da chapa laminada a frio. Norma EN 10130:2006 ............................................................................................................... 22
Tabela 8 - Notação para identificar o aspeto superficial da chapa laminada a frio. Norma EN 10130:2006. ............................................................................................ 23
Tabela 9 - Designação dos aços galvanizados e respetivo significado. Norma EN 10327:2004. .............................................................................................................. 24
Tabela 10 - Tolerância de perpendicularidade e inclinação, u ................................. 29
Tabela 11 - Medidas para ∆a .................................................................................... 29
Tabela 12 - Rugosidade, Rz [9] ................................................................................ 30
Tabela 13 - Desvios limite para tolerâncias de dimensões nominais de classe 1 ..... 32
Tabela 14 - Desvios limite para tolerâncias de dimensões nominais de classe 2 ..... 32
Tabela 15 - Desvios limite para dimensões angulares .............................................. 34
Tabela 16 - Resumo dos certificados de inspeção segundo a EN 10204: 2004 ....... 36
Tabela 17 - Graduação das escalas principal e de Vernier ....................................... 41
Tabela 18 - Defeitos encontrados ............................................................................. 70
Tabela 19 - Principais causas do defeito .................................................................. 70
Tabela 20 - Soluções para os defeitos ...................................................................... 71
Tabela 21 - Preço da matéria-prima ......................................................................... 76
Tabela 22 - Valores tabelados de massa volúmica ................................................... 76
Tabela 23 - Dimensões da peça defeituosa ............................................................... 77
Tabela 24 - Calculo da massa de matéria-prima necessária ..................................... 77
Tabela 25 - Preço por hora das operações de corte e quinagem ............................... 77
Tabela 26 - Valor assumido da operação de decapagem .......................................... 77
Tabela 27 - Valores assumidos de operações não tabeladas pela empresa .............. 77
xvii
xviii
1. INTRODUÇÃO
1.1. Introdução
Este projeto foi realizado no âmbito da dissertação de mestrado do curso de Engenharia
Mecânica, da Universidade do Minho, efetuado na empresa “O Feliz Metalomecânica
S.A”, através de um estágio curricular que teve a duração de 6 meses, decorrentes entre
Fevereiro e Julho de 2015.
Atingir altos níveis de produtividade é seguramente o objetivo de todas as empresas
modernas, pelo que importa explicar o verdadeiro sentido do termo “produtividade”.
Aumentar o número de peças produzidas não se traduz necessariamente no aumento do
lucro, se este aumento não resultar da utilização de processos de produção mais eficientes.
“O Feliz Metalomecânica” encontra-se situada no lote das grandes empresas metalúrgicas
do país, ocupando destacado lugar na vanguarda tecnológica e está munida de mão-de-
obra altamente qualificada procurando assim dar sempre resposta imediata às exigências
e solicitações do mercado.
Perante um mercado extremamente competitivo e exigente como é o do setor da
metalomecânica, é necessário proceder com enorme eficiência na gestão e controlo da
produção, de forma a aumentar o lucro por encomenda, sem contudo descorar todo um
conjunto de processos e variáveis, que contribuem para que o trabalho final ocorra sem
problemas. Essas variáveis podem ser tão diversas como a compra correta da matéria-
prima, o seu correto manuseamento, a mão-de-obra, a geometria da peça, as espessuras
críticas, entre outras. No entanto também existem muitos fatores difíceis de controlar,
estando a maior parte deles ligados à matéria-prima utilizada, tais como as suas
caraterísticas mecânicas e a sua reação ao aquecimento. São muitos os fatores que podem
atrasar a finalização de uma encomenda refletindo-se posteriormente no lucro esperado.
Se conseguirmos um maior controlo de todas estas variáveis, a eficiência será com certeza
muito maior.
No departamento de corte a lazer da empresa “O Feliz”, estes são seguramente os
problemas que requerem uma atenção especial.
O objetivo deste trabalho é proceder ao estudo e análise de um conjunto de variáveis tais
como, a qualidade do produto, os defeitos das peças, a matéria-prima, e a agilização dos
1
mais variados processos, de forma a maximizar a competitividade, o lucro e a eficiência
da empresa.
1.2. Motivação
A realização deste projeto teve como principal motivação o gosto pela área de produção
e a oportunidade de adquirir um conhecimento mais vasto sobre a tecnologia laser.
Aliado ao gosto por esta área da engenharia, ressalta ainda, a vontade de realizar uma
experiencia em ambiente laboral, da qual pudessem resultar benefícios para a empresa
onde este trabalho foi realizado.
Salienta-se também que uma das maiores motivações da execução deste projeto, foi a
possibilidade de vivenciar uma experiencia em meio laboral, tendo em vista a futura
entrada no mundo do trabalho, pois enquanto estudante de engenharia mecânica, não tive
oportunidade de conhecer esta realidade.
O autor dissertal defende que todos os estudantes deveriam ter a possibilidade de
contactar com o mundo empresarial nos mais variados ramos para, no futuro,
conseguirem decidir com maior eficácia, perante as escolhas que necessariamente terão
que fazer.
1.3. Objetivos
Pretendeu-se com este projeto analisar a qualidade dos produtos provenientes do corte a
laser, nomeadamente no que concerne à deteção de defeitos que ocorrem com maior
frequência, bem como às respetivas causas. Proceder ao desenvolvimento de uma
ferramenta de cálculo que permitisse de uma forma rápida e simples obter o custo de
determinados defeitos numa encomenda. Foi ainda posto em prática um método mais
aperfeiçoado para proceder à medição da planeza, tendo em vista solucionar problemas
relacionados com a medição de peças, (procedimento que não se efetuavam até ao
momento) e ainda, efetuar a análise de todas as etapas da produção com a finalidade de
agilizar e melhorar todo o processo.
2
1.4. Estrutura da dissertação
Esta dissertação é composta por 8 capítulos, organizados da seguinte forma: introdução,
estado da arte, fundamentos teóricos, controlo de qualidade, gestão da produção,
conclusão, bibliografia e anexos.
No capítulo “estado da arte” é apresentada uma breve introdução à indústria metálico-
mecânica e à história do laser e do corte a laser.
Nos fundamentos teóricos é analisado detalhadamente o funcionamento do laser, do corte
a laser e dos seus componentes. São também objeto de análise as matérias-primas
utilizadas no corte a laser. Finalmente são descritos os parâmetros que influenciam a
qualidade das peças cortadas a laser, os processos de quinagem e a matéria-prima
utilizada.
No quarto capítulo, “controlo de qualidade”, é numa primeira fase realizada uma
introdução à metrologia bem como aos instrumentos de medição utilizados, é referida a
técnica de inspeção e calibração, são ainda apresentados alguns casos práticos.
Seguidamente são referidos os principais defeitos encontrados nas peças pós corte e é
apresentada uma pequena amostra da quantidade de defeitos, causas e soluções
encontradas e adotadas.
No capítulo gestão da produção são analisadas as etapas que incorrem no processo de
produção e são salientadas algumas falhas e melhorias nas várias áreas do processo.
Na conclusão são apresentadas as considerações finais do trabalho.
No último capítulo encontram-se os anexos.
3
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
O desenvolvimento dos lasers de potência ocorrido no início da década de 70, conduziu,
a uma utilização crescente desta tecnologia como ferramenta de corte no âmbito da
metalomecânica. O corte por laser tornou-se o processo de corte preferencial para muitas
empresas, devido ao facto de proporcionar altas velocidades de corte e exatidão no
processo. Os equipamentos destinados a este fim permitem obter peças de geometria
complexa, acabamento de superfícies praticamente livre de rebarbas na região de corte e
rapidez na execução de peças. [1]
O corte laser é atualmente uma das tecnologias de corte mais utilizadas no ramo da
metalo-mecânica, apesar do processamento de materiais por laser ainda ser visto como
uma tecnologia nova, os primeiros cortes a laser assistidos por gás foram realizados no
ano de 1967, figura 1.
Peter Houldcroft, Vice-Diretor Cientifico da TWI (The Welding Institute), foi o primeiro
a realizar ensaios deste tipo e percebeu que a combinação de um feixe de laser com um
gás permitiam aumentar a precisão e a velocidade obtida no processo de corte térmico.
[2]
Figura 1 – Primeiro corte a laser, com oxigénio como gás de assistência, realizado em Maio de 1967 [2]
2.1. Introdução histórica
Naquele que pode ser considerado o seu trabalho mais importante, publicado em 1900,
Max Planck deduziu a relação existente entre a energia e a frequência de radiação. Planck,
propôs essencialmente que a energia apenas podia ser emitida ou absorvida por “pedaços”
discretos (descontinuados), fenómeno agora conhecido como quantização, mesmo que
4
esses “pedaços” fossem muito pequenos. Esta teoria foi um ponto de viragem na física e
inspirou físicos como Einstein. Em 1905, Einstein publicou um artigo sobre o efeito
fotoelétrico, no qual também sugere que a luz transfere a sua energia em “pedaços”, nestes
casos partículas discretas, hoje em dia conhecidos como fotões.
Em 1917, Einstein apresenta um trabalho de investigação, onde expõe e esclarece o
funcionamento do laser, chamado emissão estimulada. Ele declara que, além de absorver
e emitir luz espontaneamente, os eletrões podem ser estimulados a emitir luz de um
comprimento de onda particular. No entanto só 40 anos depois foi possível ampliar essas
emissões, provando que a teoria de Einstein estava correta e colocou o laser no caminho
para se tornar a ferramenta que é atualmente. [3]
O primeiro laser foi construído em Julho de 1960, por Theodore Maiman, que trabalhava
nos laboratórios de investigação de Hughes. Tratava-se de um laser de estado sólido de
rubi, excitado por uma lâmpada fluorescente de vapor de mercúrio e filamento helicoidal,
como é possível observar na figura 2. [4]
Figura 2 - Laser de estado sólido [4]
Desde então a tecnologia de corte a laser tem sido largamente desenvolvida, existindo
atualmente diferentes fontes de laser: de estado solido, liquido ou gasoso, que permitem
cortar os mais diversos materiais, com a maior variedade de espessuras, de forma rápida
e precisa.
5
2.2. Laser
LASER, acrónimo de “Light Amplification by Simulated Emission of Radiation”
(amplificação da luz por emissão estimulada de radiação). Laser é um sistema que produz
um feixe de luz concentrado, obtido por excitação dos eletrões de determinados átomos,
utilizando um veículo ativo que pode ser sólido ou um fluido. Este feixe de luz produz
uma intensa energia sob a forma de calor.
A incidência de um feixe de laser sobre um ponto de uma peça é capaz de o vaporizar e
fundir. Deste modo, é possível furar e cortar praticamente qualquer material,
independentemente da sua resistência mecânica. [5]
2.2.1. Tipos de laser
Existem atualmente inúmeros tipos de laser. Os lasers diferenciam-se de acordo com o
meio ativo utilizado, existem por isso três grandes grupos: lasers de gás, lasers de estado
líquido e lasers de estado sólido.
A variedade de comprimentos de onda, potências e qualidade do feixe é enorme, tornando
o campo de aplicação dos lasers muito vasto. No entanto, no processamento de materiais,
os tipos de fontes laser aplicáveis é restrito aos lasers de alta potência. Ao longo deste
trabalho apenas será abordado o laser de gás pois é o que é utilizado para o corte de todas
as peças analisadas, nomeadamente o laser de gás CO2.
3.2.2. Laser CO2
O tipo de laser CO2 é o mais comum e adequado para o processamento de materiais, é
também o tipo de laser existente na empresa “O Feliz”. Este tipo é utilizado em particular
em aplicações que exijam elevada densidade de potência. Utiliza como meio ativo uma
mistura de carbono (CO2), hélio (He) e azoto (N2) em concentrações de aproximadamente
6, 10 e 84% respetivamente.
Cada um dos compostos, enunciados anteriormente, desempenha uma função específica:
CO2 é o emissor de radiação, o He é responsável simultaneamente pelo arrefecimento e
pela manutenção da inversão da população, por fim o N2 ajuda a excitar as moléculas de
CO2 para o nível de energia mais elevado.
Os lasers de CO2 emitem radiação com um comprimento de onda de 10,6 μm, podendo
atingir potencias até 50 kW.
6
O feixe produzido é luz infravermelha e é transmitido pelo laser através de espelhos e
óticas transmissíveis, uma manutenção e limpeza cuidada destes acessórios é necessária
para o funcionamento normal do laser. [6]
2.2.3. Princípio de funcionamento do corte por laser
O feixe laser, focado sobre uma pequena área da peça a cortar, produz um enorme
aquecimento, conduzindo à fusão e evaporação do material. O movimento da cabeça do
laser em relação à chapa permite o corte da peça, figura 3.
O gás de assistência que é expelido também pela boquilha do laser juntamente com o
feixe, é utilizado para limpar a fenda de corte, obrigando o material fundido a cair.
Dependendo do gás utilizado, este pode também ajudar no processo de corte, como é o
caso do oxigénio. O oxigénio favorece uma reação exotérmica, ou seja, liberta calor, o
que possibilita um aumento da temperatura na peça e por sua vez permite uma fundição
mais rápida do material.
Outro gás de assistência utilizado é o azoto. Materiais em que é necessário uma superfície
de corte livre de óxidos, como é o caso do aço inoxidável, não é permitido o uso de
oxigénio como gás de assistência. A reação do oxigénio com o aço inoxidável destrói a
sua resistência à corrosão e forma uma superfície de corte irregular. Também o uso de
oxigénio no alumínio cria escória indesejada na peça, portanto, para obtenção de arestas
limpas e livres de óxido é utilizado azoto como gás de assistência. O oxigénio, devido à
sua reação exotérmica é utilizado mais nos aços pois permite uma maior velocidade de
corte.
7
Legenda:
1. Gás de assistência 2. Boquilha 3. Distância do bico à chapa “Offset” 4. Velocidade de corte 5. Material fundido 6. Rebarba 7. Rugosidade de corte 8. ZAC (Zona afetada pelo calor) 9. Largura de separação
Figura 3 - Esquema de corte a laser [7]
2.2.4. Principais características do corte
As principais características do corte por laser são:
• A largura de corte produzida é muito reduzida, contudo aumenta com a espessura
do material a cortar;
• A superfície de corte oposta à de incidência do feixe laser, apresenta geralmente
estrias e rebarbas, em particular se o material fundido for muito viscoso e difícil
de destacar por ação do gás;
• A zona afetada termicamente pelo corte é mínima, devido à entrega térmica do
processo ser muito pequena, o gás de assistência em adição arrefece as paredes
cortadas impedindo a dissipação do calor para o material. [6]
2.2.5. Aplicação de corte: corte de materiais metálicos
Apesar de existirem lasers capazes de cortar os mais variados materiais na indústria
metalúrgica, os materiais mais frequentes cortados por laser são os materiais metálicos,
nomeadamente o aço e o alumínio.
Aço
O aço é um metal fácil de cortar por laser de CO2, em particular utilizando o oxigénio
como gás de assistência. A qualidade de corte é geralmente boa com larguras de corte
8
pequenas e bordos retos isentos de óxidos e rebarbas. A ZAC (zona afetada pelo calor) é
praticamente desprezável, contudo, para espessuras superiores a 10 mm a qualidade da
superfície de corte diminui, as estrias tornam-se mais proeminentes e a rugosidade de
superfície aumenta. A espessura limite aconselhada para o corte de aço é 20 mm, a partir
deste limite a superfície de corte não apresenta as condições ideias de estrias e rebarba.
Aço inoxidável
Os aços inoxidáveis podem ser cortados por laser, no entanto apresentam uma
refletividade superior à dos aços carbono. Tipicamente obtêm-se excelente qualidade de
corte de superfície em chapa fina (1 – 2 mm) e boa qualidade até espessuras da ordem de
5 mm. A baixa entrega térmica do processo origina uma ZAC muito estreita ou quase
inexistente e o aço não perde as suas características de resistência à corrosão na superfície
de corte.
Alumínio
O alumínio é um material de elevada refletividade no comprimento de onda da radiação
laser de CO2 e um bom condutor térmico necessitando assim de maior densidade de
energia para iniciar o processo comparativamente com o aço. A espessura máxima, na
qual se obtém bons resultados de superfície de corte é de 8 mm, a partir desta espessura
as peças começam a apresentar rebarba. [6]
2.3. Sistema laser
Um sistema laser convencional é constituído por uma fonte laser e por um mecanismo
que permita deslocamentos relativos do feixe e da peça a cortar.
O equipamento mais comum é constituído por três partes:
• O laser, que é a fonte de radiação coerente com potência suficiente e
características adequadas ao trabalho de corte pretendido;
• Uma mesa sobre a qual é colocado o material a cortar, geralmente sob a forma de
chapa;
9
• Um sistema de interligação entre os dois elementos anteriormente referidos, que
encaminha o feixe desde a saída até ao material e permita a movimentação relativa
entre este e o feixe.
O corte a laser realiza-se do seguinte modo: coloca-se o material a cortar, na forma de
chapa, sobre a mesa de corte; a cabeça de corte ou cabeçote, que é o conjunto de onde
provem o feixe de laser, movimenta-se sobre a chapa segundo direções longitudinais e
transversais, transmitidas por motores lineares; pela cabeça de corte sai o feixe laser bem
como o gás de assistência; terminado o corte, as duas partes ficam separadas e as peças
podem ser retiradas da mesa de corte. [6]
2.4. Vantagens e desvantagens da utilização do laser
O corte a laser é um processo rápido, rentável e que permite o corte dos mais variados
materiais, com diferentes espessuras e geometrias complexas.
Outras vantagens:
• Proporciona larguras de corte muito pequenas, o que conduz a cortes muito
precisos onde as tolerâncias geométricas e dimensionais podem ser controladas
mesmo em peças de geometria complexa;
• Ausência de contacto físico entre a “ferramenta de corte” e o material, evitando
assim a deformação na superfície de corte;
• As arestas e as superfícies de corte são de excelente qualidade, livre de óxidos,
fissuras, etc;
• Flexibilidade, permitindo cortar materiais diferentes, com espessuras diversas
sem necessidade de haver troca de “ferramenta de corte”;
• O processo pode ser completamente controlado por comando numérico. Se o CNC
(Comando Numérico por Computador) estiver ligado a um sistema de desenho
assistido por computador (CAD), qualquer peça desenhada no CAD é
imediatamente transferida para o CNC e executado o corte. A flexibilidade do
laser enquanto ferramenta permite num tempo mínimo cortar diferentes peças em
diferentes materiais, de acordo com as exigências de produção;
• Comparado com processos convencionais, o laser é muito mais rápido;
10
• É um processo silencioso, rápido e limpo na maior parte das aplicações. [6]
A principal desvantagem do corte a laser é o grande investimento inicial necessário para
obter o equipamento. A variedade de potências disponíveis no mercado ainda é reduzida,
o que limita o corte a espessuras relativamente baixas e a materiais que apresentem baixa
reflexão de luz. É possível encontrar alguns equipamentos com potências elevadas no
entanto ainda não são equipamentos viáveis devido ao enorme custo. [4,8]
2.5. O processo de corte
Para o processo de corte poder ocorrer é necessário existir uma transferência de energia
do feixe de laser para o material a cortar. Essa transferência de energia ocorre por
interação dos fotões da radiação com os eletrões livres ou de ligação do material.
O mecanismo básico responsável pelo corte por laser consiste no aquecimento acima da
temperatura de fusão e posterior vaporização na frente de corte. O material fundido é
expelido para baixo na frente de corte por ação de um jato de gás de assistência, aplicado
co axialmente com o feixe laser, figura 4. [6]
Figura 4 - Interação feixe/matéria - frente de corte [6]
11
2.5.1. Formação da superfície de corte
A passagem do feixe laser cria estrias na superfície de corte, dependendo da velocidade
de corte e pressão de gás, as estrias podem apresentar diferentes formas.
• Regular, de linhas dispostas verticalmente, quase paralelas ao feixe laser,
correspondendo a um bom corte com pressões de gás relativamente baixas e
velocidades de corte inferiores à velocidade máxima, figura 5.
Figura 5 - Estrias regulares [6]
• Em padrões mais complexos em que as linhas são curvas no topo inferior do corte.
Este é um corte obtido com pressões de gás elevadas e velocidades próximas da
velocidade máxima, figura 6.
Figura 6 - Estrias com curva no topo inferior do corte [6]
As estrias resultam da oscilação de frente relativamente à linha de interação do feixe com
o material, devido ao sobreaquecimento do metal fundido na frente de corte. Isto
combinado com a existência de O2 resulta um movimento da zona fundida à frente do
feixe laser devido à reação exotérmica. Com o arrefecimento o material fundido solidifica
deixando estas irregularidades na superfície, figura 7.
Figura 7 - Esquema de uma superfície de corte [6]
12
2.6. Parâmetros do laser
Quando se pretende efetuar um corte a laser, existem alguns fatores que se devem ter em
conta antes de iniciar o processo, entre os quais se destacam: feixe laser, potência, modo
de funcionamento (contínuo ou pulsado), comprimento de onda da radiação, lentes, etc.
Os fatores que têm maior importância na qualidade da superfície de corte e que devem
ser regulados antes de cada corte, são: potência do feixe laser; velocidade de corte; ponto
focal do feixe e o gás de assistência.
2.6.1. Potência do feixe laser
A potência do feixe determina a quantidade de energia que será inserida para a execução
do corte. A potência deve ser suficiente para executar o corte, de forma que seja capaz de
fundir toda a espessura da peça, sem no entanto ser exagerada pois pode afetar
negativamente a qualidade da superfície de corte, criando uma largura excessiva da fenda.
Um aumento da potência permite cortar peças com uma velocidade maior sem incorrerem
perdas de qualidade. Espessuras menores não necessitam de tanta potência. Deve ter-se
em conta a velocidade de corte e a espessura da peça, de forma a definir a potência ideal
do feixe laser.
2.6.2. Velocidade de corte
A velocidade de corte está diretamente ligada ao material a cortar, nomeadamente à sua
espessura e à potência do laser. Uma velocidade incorreta pode levar a rugosidade
excessiva, rebarbas, material queimado, corte incorreto ou até incompleto. De uma forma
geral, à medida que a espessura da chapa vai aumentando a velocidade de corte deve
diminuir.
2.6.3. Ponto focal do feixe
O ponto focal do feixe laser pode ser posicionado no ponto superior, inferior ou a meio
da espessura da chapa. Para além de influenciar a velocidade, influencia a rugosidade e a
qualidade de acabamento. Dependendo da espessura da chapa a posição muda, assim
espessuras menores, até aproximadamente 10 mm, o ponto focal deve situar-se no meio,
enquanto em espessuras maiores, o ponto focal deve estar situado um pouco abaixo do
meio, figura 8.
13
Figura 8 - Ponto focal no meio da espessura da chapa [6]
2.6.4. Gás de assistência
O gás de assistência é expelido juntamente com o feixe laser e é utilizado para remover o
material resultante da fusão da chapa da frente do corte, arrefecer a superfície de corte e
proteger as lentes do sistema ótico. Pode ser usado oxigénio, azoto ou ar comprimido,
dependendo das características do material a ser cortado e da qualidade de corte
pretendida.
2.6.4.1. Características do uso de oxigénio
• Usado principalmente no corte de aço;
• Permite corte de chapa grossa (20 mm para aço);
• Rugosidade média;
• Formação de uma camada de óxido;
• Devido à reação exotérmica entre oxigénio e laser, é possível obter velocidades
de corte elevadas.
2.6.4.2. Características do uso de azoto
• Usado no corte com fusão de aço inoxidável e ligas de alumínio;
• Corte de aço de alta resistência até 10 mm de espessura;
• Rugosidade baixa;
• Camada de corte livre de óxidos.
14
2.7. Influência da manutenção do laser na qualidade de corte
Nem só as características técnicas do equipamento laser influenciam a qualidade de corte,
existem outros fatores importantes para o bom funcionamento do laser. Todos os
componentes, por mais resistentes que sejam, acabam por se deteriorar e apresentar sinais
de uso, são esses componentes que serão apresentados de seguida e qual a sua influência
na qualidade do corte.
Estes elementos podem ser divididos em dois grupos distintos:
• Componentes mecânicos: a grelha ou dentes da mesa, cabeça de corte;
• Componentes de caminho ótico: lentes e espelhos.
2.7.1. Componentes mecânicos
Grelha
A grelha ou os dentes da mesa são o suporte da chapa na mesa de corte. Quando se efetua
o corte de uma chapa muitas vezes o material fundido cai na grelha, arrefece e solidifica.
Em alguns casos este material provoca diferentes alturas na grelha o que condiciona o
corte. A incidência do feixe laser nas grelhas também as deteriora, sendo necessária a sua
substituição periódica.
É possível retirar o material soldado com um mecanismo vibratório, que apesar de ser um
processo demorado, evita a substituição das grelhas em curtos espaços de tempo, no
entanto, sempre que a condição das grelhas não seja apropriada, esta deve ser substituída.
Cabeça de corte
Na cabeça de corte encontra-se um elemento que se desgasta com muita frequência, o
bico ou boquilha.
A boquilha é um elemento essencial para a qualidade do corte, possui um orifício pelo
qual passa o feixe laser, qualquer desvio na geometria desse orifício compromete
seriamente a qualidade do corte, figura 9. Deve-se portanto proceder a sua substituição
sempre que for necessário.
15
Figura 9 - Boquilhas danificadas
2.7.2. Componentes do caminho ótico
A manutenção dos componentes de caminho ótico é muito importante e deve ser realizada
com o máximo cuidado. Estes são materiais delicados e qualquer dano pode inviabilizar
a sua função.
Lentes
Dependendo do tipo de material que se está a cortar, bem como da eficiência da extração
de gases, a manutenção da lente deve ser feita em períodos de tempo curtos (horas ou
menos).
O fabricante sugere que seja limpa ou substituída sempre que necessário.
Espelhos
Os espelhos têm uma enorme importância pois conduzem o feixe laser no entanto não
estão tão predispostos a gases e sujidade com as lentes, por isso não requerem uma
limpeza tão cuidada.
2.8. Descrição do equipamento de corte por laser em estudo
Na empresa “O Feliz” existem dois equipamentos laser iguais com a única diferença no
transporte de chapa. O modelo é o TruLaser 5040 com laser TruFlow 5000, figura 10, do
fabricante Trumpf. Este equipamento possui uma área máxima de corte de 4000 mm x
2000 mm, potencia máxima de 5000 W e velocidade máxima de corte de 300 m/min. Em
anexo encontram-se todos os dados técnicos deste equipamento.
16
Figura 10 - TruLaser 5040 existente na empresa “O Feliz”
2.9. Matéria-prima
2.9.1. Classificação dos aços
Na europa o aço estrutural deve obedecer à norma europeia EN 10025, dirigida pela
ECISS (European Comittee for Iron and Steel Standardization), uma subdivisão da CEN
(European Comittee of Standartization).
Será apresentada uma breve distinção entre os aços carbono comuns e os aços ligados:
• Aço carbono é uma liga de Ferro Carbono constituída geralmente por 0,008% até
2,11% de carbono, contêm também outros elementos residuais resultantes do
processo de fabrico;
• Aços liga são os aços carbono que contém outros elementos de liga, ou apresentam
elementos residuais com teores acima do que é considerado normal.
Os aços carbono podem ser subdivididos em:
• Aços de baixo teor de carbono, com [C] < 0,3%. São aços que possuem grande
ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem. Estes aços não são
temperáveis;
17
• Aços de teor médio de carbono, com 0,3 < [C] < 0,7%. São aços que, temperados
e revenidos, atingem boa tenacidade e resistência;
• Aços de alto teor de carbono, com [C] > 0,7%. São aços de elevada dureza e
resistência após a têmpera.
Os aços liga, por sua vez, podem ser divididos em dois grupos:
• Aços de baixo teor de ligas, contendo menos de 8% de elementos de liga;
• Aços de alto teor de ligas, com elementos de liga superiores a 8%.
Os aços utilizados no departamento laser encontram-se na gama de baixo teor de carbono,
com percentagens máximas de 0,35%, são aços cuja constituição é ferrite e perlite (mais
ferrite que perlite), ou seja pertencem aos aços hipoeutectóides (variam entre 0,03% e
0,86% de carbono), conforme apresentado no diagrama de equilíbrio de Fe-C, figura 11.
Estes apresentam boas características de soldabilidade e de ductilidade. São aços aptos
para a pintura, galvanização, estampagem e com características anticorrosivas, como, por
exemplo, o corten. Apresentam uma excelente relação características/custo. Contudo, os
aços, por vezes, apresentam imperfeições que podem originar problemas na qualidade das
peças.
Figura 11 - Diagrama de equilíbrio Fe-C [8]
De seguida serão apresentadas as matérias-primas utilizadas no departamento laser
divididas em dois grupos, aços provenientes de laminagem a quente e os provenientes da
laminagem a frio.
18
2.9.1.1. Laminados a quente
Na laminagem a quente a laminação do aço ocorre acima da temperatura de
recristalização. Esta é a etapa inicial da conformação da chapa. Para se laminar a quente,
as placas de aço (brames), são introduzidas no forno de reaquecimento a cerca de 1250ºC
(temperatura de processamento), para facilitar o trabalho de deformação e homogeneizar
a estrutura do material. De seguida, passam por um laminador, como o material é dúctil
pode ser deformado a taxas de redução de espessura elevadas. De seguida, o material é
sujeito a um recozido de normalização com um estágio a cerca de 1300ºC, depois, vai
para a linha de redução final, onde é laminado e reduzido até à espessura desejada.
Os efeitos de laminagem a quente podem ser resumidos nos seguintes pontos:
• Elimina a microestrutura grosseira, sendo substituída por uma com grão mais fino;
• Inclusões não metálicas são alongadas na direção da laminagem, causando
propriedades direcionais nos produtos laminados (anisotropia), o que dá uma
maior resistência no sentido da laminagem;
• Eliminação de uma grande parte de casca de óxidos (calamina) [8].
A Tabela 1 apresenta as designações mais comuns e o respetivo significado dos aços
laminados a quente. O teste de resiliência é designado por KCV, KCU ou KCT, onde as
duas primeiras letras são o símbolo do teste de resiliência, o V, U ou T designam a forma
do objeto utilizado no teste para transmitir o impacto.
Tabela 1- Designação dos aços laminados a quente, segundo a sua utilização. Norma EN 10025-2.
Designação Significado S Aço estrutural. D Aço laminado a quente, para produtos planos para deformação a frio. J Energia mínima consumida no ensaio de resiliência. (min KCV=27J) 2 Temperatura do provete ao realizar o ensaio de resiliência (-20ºC).
N Material com tratamento normalizado. Podem ser conformados e/ou normalizados a quente após fornecimento.
K Min KCV=40J R Temperatura de KCV 20ºC. 0 Temperatura de KCV 0ºC.
Número (235,275, 355, …) Valor mínimo de tensão de cedência do limite de elasticidade.
+AR Bruto de laminagem. Sem condições particulares de laminagem e/ou tratamento térmico.
Os aços mais comuns utilizados na empresa são o S235, S275 e o S355.
19
A título de exemplo, um aço que poderá ser utilizado é o S275 J0 +N que corresponde a
um aço estrutural com tensão de cedência mínima garantida de 275 MPa, durante o ensaio
de resiliência é consumida a energia mínima de 27 J com a temperatura do provete no
ensaio a 0ºC, sendo a condição do laminado normalizada.
2.9.1.1.1. Aço decapado e oleado
As bobines são decapadas para eliminar o óxido e a calamina formados durante o processo
de laminagem a quente bem como o óxido produzido durante o armazenamento. A
decapagem é feita através de uma solução de ácido clorídrico ou sulfúrico, após o banho
ácido, a chapa passa por fases de lavagem e secagem, para remoção do ácido residual. De
seguida, a chapa pode ser submetida a um corte de bordos e a um oleamento que protegerá
a superfície contra a corrosão [8].
A Tabela 2 apresenta as designações mais comuns e o respetivo significado dos aços
laminados decapados.
Tabela 2- Designação dos aços decapados segundo a sua utilização. Norma EN 10111.
Designação Significado D Produto plano para deformação a frio. D Produto laminado a quente. 11 Embutição normal. 12 Embutição profunda. 13 Embutição profunda resistente ao envelhecimento. 14 Embutição extra profunda resistente ao envelhecimento.
Dos aços laminados decapados apenas o DD11 é utilizado no departamento laser. A
designação DD11, corresponde a um produto plano laminado a quente, para deformação
a frio de embutidura normal.
2.9.1.1.2.Aço inoxidável
O aço inoxidável é uma liga ferrosa que contém crómio (mínimo de 11%,), elemento
químico que garante ao material elevada resistência à corrosão. O crómio, ao entrar em
contato com o oxigénio do ar, forma uma camada fina, contínua e resistente de óxido
sobre a superfície do aço, protegendo-o contra ataques corrosivos do meio ambiente.
20
Os aços inoxidáveis utilizados no corte a laser são o AISI 304 e o AISI 316, ou a variante
AISI 304L e o AISI 316L, sendo a diferença entre estes o teor de carbono. O limite
máximo de teor de carbono é de 0,08% para o 304 e 316 e de 0,03% para os aços 304L e
316L.
O AISI 304 e o AISI 316 são bastante idênticos sendo a principal diferença a presença de
molibdénio na composição química do AISI 316, o que lhe confere uma resistência
mecânica superior ao AISI 304.
Tabela 3 - Composição química (%) do aço AISI 304 e 304L
Composição Química conforme Norma AISI. ABNT/SAE/AISI C máx. Mn
máx. P máx. S máx. Si máx. Ni Cr N máx.
304 0,08 2,00 0,045 0,030 0,75 8,0-10,5 18,0-20,0 0.10 304L 0,03 2,00 0,045 0,030 0,75 8,0-10,5 18,0-20,0 0.10
Tabela 4 - Composição química (%) do aço AISI 316 e 316L
Composição Química conforme Norma AISI. ABNT/SAE/AISI C máx. Mn
máx. P máx. S máx. Si máx. Ni Cr Mo
316 0,08 2,00 0,045 0,030 0,75 10,0-14,0 16,0-18,0 2,0-3,0 316L 0,03 2,00 0,045 0,030 0,75 10,0-14,0 16,0-18,0 2,0-3,0
A variante com percentagem de teor de carbono mais baixa, AISI 304L e 316L, é
utilizada, quando se pretende efetuar soldagem, pois permite superar o risco de corrosão
intercristalina (desintegração na solda).
Apesar de em Portugal, e consequentemente na empresa O Feliz, se utilizar ainda muito
a norma Americana AISI para a designação dos aços inox, durante o estágio curricular
foi realizada uma nova catalogação das chapas de inoxidáveis que deram entrada na
empresa e espera-se que, de forma gradual, todas as chapas de inox sejam designadas
segundo a norma europeia. Portanto segundo a norma europeia EN 10088-2, o AISI 304
passará a 1.4301 e o AISI 316 a 1.4401, por sua vez o AISI 304L passará a 1.4307 e o
AISI 316 L a 1.4404.
2.9.1.1.3. Alumínio
O alumínio utilizado na empresa, é a liga de alumínio magnésio 5754, esta liga de
alumínio possui uma boa resistência à corrosão, principalmente à água salgada, bem como
à atmosfera do ambiente industrial.
21
Tabela 5 - Composição química da liga de alumínio 5754
Composição Química do AL 5754 Elemento Si Fe Mn Mg Al
Percentagem presente (%) 0,4 0,4 0,5 2,6 - 3,2 Restante
Segundo a norma europeia EN 485-2:2008, as características mecânicas para chapas
formatadas, designada por AL 5754 H111 Treadplate, são as referidas na tabela 6.
Tabela 6 - Características mecânicas de chapa formatada AL 5754 H111
Características Mecânicas do AL 5754 H111
Propriedade Tensão de cedência
Resistência à tração
Alongamento A50 mm
Dureza de Brinell
Valor 60 MPa min. 160 – 200 MPa 12% min. 44 HB
2.9.1.2. Laminagem a frio
A temperatura de laminagem a frio ocorre abaixo da temperatura de recristalização do
material. A laminagem a frio, produz uma alta qualidade superficial, bom formato e rigor
dimensional, comparadas com as produzidas por laminagem a quente. A redução total
obtida por laminagem a frio pode atingir os 50 a 90 % da espessura da chapa.
Geralmente, a menor percentagem de redução é feita na última passagem para assim haver
um melhor controlo dimensional e de acabamento superficial.
Os efeitos da laminagem a frio podem ser resumidos nos pontos seguintes:
• Melhor acabamento superficial;
• Superfícies regulares;
• Maior resistência mecânica;
• Tratamentos térmicos intermédios. [8]
A tabela 7 apresenta as diferentes qualidades e aplicações da chapa laminada a frio.
Tabela 7 - Qualidade e aplicabilidade da chapa laminada a frio. Norma EN 10130:2006
Qualidade Tipo DC01 Comercial DC03 Embutição moderada DC04 Embutição média DC05 Embutição profunda DC06 Embutição extra profunda
22
2.9.1.2.1. Aço galvanizado
Depois da laminagem a frio, a chapa passa para a linha de galvanização ou linha de
zincagem.
A chapa passa por uma fase de limpeza, onde são removidos os resíduos oleosos da sua
superfície. De seguida, passa por um tratamento térmico de recozido e por uma imersão
num banho de zinco. Após a zincagem, a chapa passa por um tratamento químico
chamado de passivação, que é efetuado por uma solução de ácido crómio hexavalente ou
trivalente (𝐶𝐶𝐶𝐶+6, 𝐶𝐶𝐶𝐶+3), de forma a criar uma película protetora do mesmo ácido que irá
proteger a superfície da humidade e reduzir a formação de oxidação branca.
O zinco presente no tanque de galvanização pode ser mais ou menos espesso, dependendo
da quantidade de antimónio (Sb) na mistura. Um zinco mais espesso origina chapa com
flor minimizada (qualidade MA, norma EN 10327:2004), devido a uma secagem mais
rápida. Um zinco menos espesso origina uma flor maior (qualidade NA, norma EN
10327:2004).
Existem várias qualidades de gramagem e tolerâncias admissíveis de espessura de zinco
para uma chapa galvanizada (Apêndice 8, norma EN 10327:2004).
Dentro da chapa galvanizada, além do revestimento, existem diversos aspetos de
recobrimento que são definidos pelo aspeto superficial (ver Tabela 8) e pelo aspeto da
dureza (ver Tabela 9).
Tabela 8 - Notação para identificar o aspeto superficial da chapa laminada a frio. Norma EN 10130:2006.
Designação Significado Aspeto do recobrimento
N Estrela ou flor normal (média ou grande) M Estrela ou flor mínima
MB e MC Sem Estrela ou flor A Acabamento ordinário B Acabamento melhorado C Acabamento superior
Tratamento superficial C Passivação química O Oleado
CO Passivação química e oleado P Fosfatado U Sem tratamento
23
Tabela 9 - Designação dos aços galvanizados e respetivo significado. Norma EN 10327:2004.
Designação Significado D Produto plano para deformação a frio. X Sem determinação específica de laminagem. 51 Grau de deformação ou Embutição normal. 52 Grau de deformação ou Embutição moderada. 53 Grau de deformação ou Embutição profunda. 54 Grau de deformação ou Embutição extra profunda. D Material revestido por emersão a quente. Z Revestimento de zinco.
140, 200, 275, … Gramagem de zinco.
Este tipo de chapas, laminadas a frio, não têm tanto escoamento como as laminadas a
quente e muitas vezes só se encontram em stock a pedido do cliente.
Um exemplo de um aço laminado a frio utilizado para corte: DC01 + Z280, que
corresponde a uma chapa do tipo comercial, com revestimento a zinco de gramagem 280
mícron. Outra é o DX54 + ZM, que equivale a produto plano para deformação a frio sem
determinação específica de laminagem, com revestimento a zinco com flor ou estrela
mínima.
2.10. Qualidade
O crescimento contínuo da indústria, não só metalúrgica mas em geral, origina uma
concorrência cada vez maior entre empresas. Esta concorrência motiva uma constante
evolução dos métodos de trabalho sempre com o intuito de simplificar, de forma a
rentabilizar melhor o tempo e o trabalho. Com o aumento do número de peças produzidas
e o maior leque de escolha por parte dos clientes é imperativo uma grande aposta na
qualidade do produto. Torna-se portanto necessário desenvolver novas técnicas de
controlo de qualidade, que passam a funcionar como as principais armas na detenção e
prevenção de defeitos.
A “Organização Europeia para Controlo de Qualidade” define o conceito de qualidade
como: “Qualidade de um material é a condição necessária de aptidão para a finalidade a
que se destina”.
Na empresa “O Feliz”, especificamente no departamento laser, o controlo de qualidade
passa apenas por uma inspeção e é realizada por amostragem. A inspeção de qualidade é
24
realizada no final do produto ser cortado, ou se necessitar de outra operação, como a
quinagem, também no fim. O método passa por inspecionar sempre que se utiliza uma
chapa nova, portanto, quando uma chapa é cortada, é retirada uma peça e são realizadas
as devidas medições, se a peça estiver dentro das especificações, considera-se que todas
as outras também estão. Sempre que uma nova chapa é utilizada efetua-se nova inspeção.
As principais características desta forma de inspeção são:
• Cada unidade medida deve ter as suas características comparadas com as
especificações ou desenhos técnicos;
• Deverá ser tomada uma decisão definitiva no sentido de aceitar ou rejeitar o
produto, se este não estiver de acordo com as especificações;
• A inspeção não adiciona nada ao valor do produto nem diminui o número de
rejeições, uma vez que não envolve nenhuma ação corretiva sobre as operações;
• A qualidade das peças com este método de controlo é conseguida à custa de
elevados índices de rejeições e consequentemente alto custo de fabrico.
Principalmente, este método carece de ação corretiva.
Apesar de idealmente a ação corretiva ser uma medida que deve ser adotada
principalmente na indústria de produção em série, a área de negócio de corte a laser, lida
todos os dias com diferentes clientes que necessitam de peças dos mais variados tamanhos
e formatos, esta disparidade aliada à forte componente humana que o processo envolve
tornam a tarefa de prevenção de defeitos difícil.
Na próxima secção serão abordados os fatores que influenciam a qualidade do corte laser
e das peças.
2.10.1. Qualidade da superfície de corte
As normas de classificação da qualidade da superfície de corte contêm em geral a seguinte
informação:
• Parâmetros a medir e a sua classificação;
• Métodos de medida e instrumentos a utilizar;
25
• Critérios aplicáveis a diferentes situações de corte consoante a utilização final da
superfície de corte.
A norma internacional ISO 9013:2002 (Thermal cutting – Classification of thermal cuts
– Geometrical product specification and quality tolerances) define os níveis de qualidade
de superfície de corte.
Os parâmetros que determinam a qualidade da superfície de corte são:
• Tolerâncias de perpendicularidade e inclinação, (u);
• Rugosidade, (Rz).
Em adição também podem ser utilizados os seguintes parâmetros:
• Desvio entre estrias, (n);
• Fusão da aresta superior, (r);
• Possibilidade de ocorrência de escória na aresta inferior da superfície de corte.
Sendo estes últimos, parâmetros que permitem uma avaliação mais visual da qualidade
da superfície.
Termos e definições de um bloco no fim do corte:
Figura 12 - Bloco após corte [9]
Legenda: 1- Aresta superior do corte 2- Superfície de corte 3- Aresta inferior do corte
a- Espessura da peça b- Espessura da superfície de corte (superfície 1) c- Espessura da abertura de raiz (superfície 2) d- Espessura de corte e- Comprimento da superfície de corte
26
2.10.1.1. Tolerâncias de perpendicularidade e inclinação, (u)
É a medida (u) entre duas linhas paralelas, entre as quais a superfície de corte está inserida,
figura 13 e 14.
A tolerância de perpendicularidade e inclinação não inclui apenas a perpendicularidade
mas também os desvios de planeza.
Figura 13- Corte vertical [9]
Figura 14 - Corte com inclinação [9]
Na tabela 10 é apresentada a tolerância de perpendicularidade e inclinação, u, de acordo
com os diferentes níveis de corte, sendo que a corresponde à espessura da peça.
O parâmetro “Patamar” que se encontra na tabela define a qualidade de corte da máquina
laser, no caso em estudo, segundo o fabricante Trumpf, a máquina encontra-se no patamar
2 de qualidade de corte.
28
Tabela 10 - Tolerância de perpendicularidade e inclinação, u
Patamar Tolerância de perpendicularidade e inclinação, u mm
1 0.05 + 0,003a 2 0.15 + 0,007a 3 0.4 + 0,01a 4 0.8 + 0,02a 5 1.2 + 0,035a
O valor da tolerância de perpendicularidade e inclinação, u, apenas é determinada numa
área limitada da superfície de corte. Essa área deverá ser reduzida pela dimensão ∆a, de
acordo com a tabela 11.
∆a corresponde a uma redução das arestas superior e inferior da superfície de corte. A
razão desta redução deve-se à fusão de material que ocorre nas arestas, figura 15.
Tabela 11 - Medidas para ∆a
Espessura da superfície de corte, a mm ∆a mm
≤ 3 0,1a ˃ 3 ≥ 6 0,3 ˃ 6 ≥ 10 0,6 ˃ 10 ≥ 20 1 ˃ 20 ≥ 40 1,5 ˃ 40 ≥ 100 2 ˃ 100 ≥ 150 3 ˃ 150 ≥ 200 5 ˃ 200 ≥ 250 8 ˃ 250 ≥ 300 10
Figura 15 - Medida (a), utilizada para obtenção da tolerância de perpendicularidade e inclinação, u [9]
Como é possível constatar, ao valor da espessura de corte a, será retirado o valor de ∆a
para as arestas superior e inferior. Desta forma, o valor de a utilizado na tabela 10 deverá
incluir a subtração de duas vezes o ∆a.
29
2.10.1.2. Rugosidade, Rz
A rugosidade é um conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências (picos) e
reentrâncias (vales) que caracterizam uma superfície. Essas irregularidades podem ser
avaliadas com aparelhos eletrónicos, como por exemplo o rugosímetro.
Figura 16 – Rugosidade [9]
Legenda: 𝑍𝑍𝑡𝑡1 a 𝑍𝑍𝑡𝑡5: rugosidades parciais 𝑙𝑙𝑛𝑛: comprimento total das rugosidades parciais 𝑙𝑙𝑟𝑟:comprimento de uma das rugosidades parciais (1/5 de 𝑙𝑙𝑛𝑛)
Para determinar o valor de Rz é realizado um teste numa amostra em que o comprimento
total das rugosidades parciais, 𝑙𝑙𝑛𝑛, deve ter o comprimento de 15 mm e estar no sentido do
movimento do corte. É determinada a distância entre o pico mais alto e o vale mais
profundo para cada rugosidade parcial. A rugosidade Rz é a média das cinco rugosidades
parciais e é medida a 2/3 da aresta superior da peça.
Em chapas, de espessura inferior a 2 mm, a rugosidade média é medida em metade da
espessura, a unidade de medida é o μm.
A tabela 12 define os valores admissíveis para cada patamar.
Tabela 12 - Rugosidade, Rz [9]
Patamar Rugosidade, Rz em μm 1 10 + (0,6a mm) 2 40 + (0,8a mm) 3 70 + (1,2a mm) 4 110 + (1,8a mm)
30
2.10.1.3. Desvio entre estrias, n
O desvio entre estrias ou arrasto é a distância máxima entre dois pontos de uma linha de
estria na direção de corte, figura 17.
Figura 17 - Desvio de estria ou arrasto, n [9]
Legenda: a – linha de referência b – linha de estria c – direção do corte
2.10.1.4. Fusão e arredondamento da aresta superior, r
É designado por r o termo que caracteriza a forma da aresta superior de corte.
Na figura 18 são apresentadas diferentes formas de arestas.
Figura 18 - Diferentes tipos de arestas [9]
Legenda: a) Aresta viva b) Aresta fundida sem garganta c) Aresta fundida com garganta
2.10.2. Toleranciamento dimensional
Outro aspeto a ter em conta no controlo de qualidade deve ser a tolerância dimensional.
31
As dimensões apresentadas num desenho técnico são as medidas nominais da peça,
enquanto que as medidas na peça são as dimensões reais. O desvio limite especificado na
tabela 13 e 14 deve ser aplicado para peças que não possuam nenhuma indicação de
tolerância pelo cliente.
Tabela 13 - Desvios limite para tolerâncias de dimensões nominais de classe 1
Espessura da peça (mm)
Dimensão nominal (mm) > 0 < 3 ≤ 3
< 10 ≤ 10 < 35 ≤35 < 125
≤125 < 315
≤ 315 < 1 000
≤ 1 000 < 2 000
≤ 2 000 < 4 000
Desvio limite (mm) > 0 ≤ 1 ± 0,04 ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,3
> 1 ≤ 3,15 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,4 ± 0,4 ± 0,4 > 3,15 ≤ 6,3 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,4 ± 0,4 ± 0,5 ± 0,5 ± 0,5 ± 0,6 > 6,3 ≤ 10 — ± 0,5 ± 0,6 ± 0,6 ± 0,7 ± 0,7 ± 0,7 ± 0,8 > 10 ≤ 50 — ± 0,6 ± 0,7 ± 0,7 ± 0,8 ± 1 ± 1,6 ± 2,5
> 50 ≤ 100 — — ± 1,3 ± 1,3 ± 1,4 ± 1,7 ± 2,2 ± 3,1 > 100 ≤ 150 — — ± 1,9 ± 2 ± 2,1 ± 2,3 ± 2,9 ± 3,8 > 150 ≤ 200 — — ± 2,6 ± 2,7 ± 2,7 ± 3 ± 3,6 ± 4,5 > 200 ≤ 250 — — — — — ± 3,7 ± 4,2 ± 5,2 > 250 ≤ 300 — — — — — ± 4,4 ± 4,9 ± 5,9
Tabela 14 - Desvios limite para tolerâncias de dimensões nominais de classe 2
Espessura da peça (mm)
Dimensão nominal (mm) > 0 < 3 ≤ 3 < 10 ≤ 10
< 35 ≤ 35
< 125 ≤ 125 < 315
≤ 315 < 1 000
≤ 1 000 < 2 000
≤ 2 000 < 4 000
Desvio limite (mm) > 0 ≤ 1 ± 0,1 ± 0,3 ± 0,4 ± 0,5 ± 0,7 ± 0,8 ± 0,9 ± 0,9
> 1 ≤ 3,15 ± 0,2 ± 0,4 ± 0,5 ± 0,7 ± 0,8 ± 0,9 ± 1 ± 1 > 3,15 ≤ 6,3 ± 0,5 ± 0,7 ± 0,8 ± 0,9 ± 1,1 ± 1,2 ± 1,3 ± 1,3 > 6,3 ≤ 10 — ± 1 ± 1,1 ± 1,3 ± 1,4 ± 1,5 ± 1,6 ± 1,7 > 10 ≤ 50 — ± 1,8 ± 1,8 ± 1,8 ± 1,9 ± 2,3 ± 3 ± 4,2
> 50 ≤ 100 — — ± 2,5 ± 2,5 ± 2,6 ± 3 ± 3,7 ± 4,9 > 100 ≤ 150 — — ± 3,2 ± 3,3 ± 3,4 ± 3,7 ± 4,4 ± 5,7 > 150 ≤ 200 — — ± 4 ± 4 ± 4,1 ± 4,5 ± 5,2 ± 6,4 > 200 ≤ 250 — — — — — ± 5,2 ± 5,9 ± 7,2 > 250 ≤ 300 — — — — — ± 6 ± 6,7 ± 7,9
Se não for especificado pelo cliente é utilizado a classe de tolerância 2.
Estes desvios limites, de acordo com a norma ISO 9013:2002, apenas são aplicáveis para
cortes a laser ou plasma, em peças com um rácio comprimento/largura não superior a 4
para 1 e para comprimentos de corte (circunferência), não inferiores a 350 mm.
32
Peças que não obedeçam a estes requisitos devem vir especificadas pelos clientes.
Os desvios limite para a qualidade de superfície de corte (Tolerâncias de
perpendicularidade e inclinação) são estudados separadamente dos limites das tolerâncias
dimensionais, enfatizando assim, a forma diferente de como atuam na peça.
As definições para os desvios limite baseiam-se no princípio de independência descrito
na norma ISO 8015, de acordo com o qual, as tolerâncias dimensionais de forma e
geométrica devem ser aplicadas independentemente umas das outras.
2.10.3. Toleranciamento geométrico
Os desvios geométricos das peças produzidas podem ser desvios de forma, que dizem
respeito a elementos geométricos isolados, como a retitude, a circularidade, planeza, etc.
Existem ainda desvios de orientação e posição, que representam elementos geométricos
associados, tais como o paralelismo de furos dentro da peça, perpendicularidade dos
mesmos, localização, simetrias, entre outros.
Uma tolerância geométrica aplicada a um elemento define a zona de tolerância, no interior
da qual deve estar compreendido esse elemento.
As tolerâncias geométricas não serão no entanto aprofundadas dado a enorme precisão de
corte das máquinas laser modernas, como é a existente nesta empresa.
Há no entanto, um desvio de forma, que se evidenciou mais do que os outros, pois mesmo
sendo mais comum acontecer no corte térmico, devido às grandes temperaturas de corte,
ocorreu com mais evidência que o normal durante o período do estágio. Este desvio de
forma foi a planeza, devido à concentração de tensões existentes nas chapas, e às elevadas
temperaturas que ocorrem durante o corte térmico, podem ocorrer desvios de planeza ou
empeno como é vulgarmente chamado.
O desvio de planeza ou empeno é a distância máxima entre dois planos paralelos que
contém o conjunto dos pontos da superfície medida.
A tolerância de planeza, representada pelo símbolo , define a distância máxima de
empeno admissível, que deve ser especificada pelo cliente.
33
A zona de tolerância de planeza é a zona que está definida por dois planos paralelos,
distantes entre si por uma distância t, figura 19.
Figura 19 - Zona de tolerância de planeza [9]
2.10.4. Quinagem
No departamento a laser uma das operações mais usuais pós corte, é a quinagem, é por
isso necessário, fazer uma breve descrição dos desvios limite das dimensões angulares.
De acordo com a norma ISO 2768-1:200, quando não existe indicação individual de
tolerância, são utilizados os desvios limites explícitos na tabela 15.
Se não for especificado pelo cliente é utilizado a classe de tolerância “muito grosso”.
Tabela 15 - Desvios limite para dimensões angulares
Classe de tolerância Desvio limite, em unidades de ângulo, do menor lado do ângulo correspondente (mm)
Designação Descrição até 10 de 10 até 50
de 50 até 120
de 120 até 400
acima de 400
f fino ± 1° ± 0°30´ ± 0°20´ ± 0°10´ ± 0°5´ m médio
c grosso ± 1°30´ ± 1° ± 0°30´ ± 0°15´ ± 0°10´
v muito grosso ± 3° ± 2° ± 1° ± 0°30´ ± 0°20´
2.10.5. Qualidade da matéria-prima
Por ser uma empresa acreditada e de total confiança para os seus clientes todas as
matérias-primas utilizadas devem estar certificadas. Nesta secção serão enunciadas os
tipos de certificados existentes, bem como as principais normas que definem as matérias-
primas mais utilizadas na empresa.
Nos anexos é possível ver um certificado de uma chapa, do fornecedor Arcelor, onde é
visível a composição química do material, valores dos testes de rotura, tensão, etc.
34
Nas normas em seguida apresentadas podem ser verificadas as diversas características do
material, dimensões, forma específica da chapa, composição química, propriedades
mecânicas, entre outras.
2.10.5.1. Laminados a quente
Aço:
S235, S275 e S355:
• EN 10025 (Hot rolled products of structural steels)
• EN 10051 (Continuously hot-rolled strip and plate/sheet cut from wide strip of
non-alloy and alloy steels. Tolerances on dimensions and shape)
DD11:
• EN 10111 (Continuously hot rolled low carbon steel sheet and strip for cold
forming. Technical delivery conditions)
• EN 10051 (Continuously hot-rolled strip and plate/sheet cut from wide strip of
non-alloy and alloy steels. Tolerances on dimensions and shape)
Aço Inoxidável:
• EN 10028 (Flat products made of steels for pressure purposes)
• EN 10088 (Stainless Steels: Technical Delivery conditions for sheet/plate and
strip for general purposes)
2.10.5.2. Laminados a frio
DC01:
• EN 10130 (Cold rolled low carbon steel flat products for cold forming - Technical
delivery conditions)
• EN 10131 (Cold rolled uncoated and zinc or zinc-nickel electrolytically coated
low carbon and high yield strength steel flat products for cold forming.
Tolerances on dimensions and shape)
DX51:
35
• EN 10346 (Continuously hot-dip coated steel flat products – Technical delivery
conditions)
• EN 10143 (Continuously hot-dip coated steel sheet and strip – Tolerances on
dimensions and shape)
2.10.5.3. Documentos emitidos pelo fornecedor:
A norma EN 10204 (Metallic products — Types of inspection documents) especifica os
diferentes documentos de inspeção emitidos pelo fornecedor, de acordo com o solicitado
na compra para materiais metálicos.
Na tabela 16 apresenta-se um resumo dos certificados de inspeção:
Tabela 16 - Resumo dos certificados de inspeção segundo a EN 10204: 2004
Tipo de certificado Designação Conteúdo Validado por:
Tipo 2.1 Declaração de
Conformidade com a Encomenda
Certificação de Conformidade com a
encomenda Fabricante
Tipo 2.2 Relatório de Ensaio
Certificação de Conformidade com a
encomenda, com indicação de resultados de inspeções
não específicas
Fabricante
Tipo 3.1 Certificado de Inspeção 3.1
Certificação de Conformidade com a
encomenda, com indicação de resultados de inspeções
específicas
Entidade acreditada do fabricante e independente do processo de fabrico
Tipo 3.2 Certificado de Inspeção 3.2
Certificação de Conformidade com a
encomenda, com indicação de resultados de inspeções
específicas
Entidade acreditada do fabricante e independente do processo de fabrico e a
Entidade Certificadora indicada pelo Comprador ou o Inspetor designado
pelos Certificadores Oficiais
A maior parte da matéria-prima disponível na empresa possui certificação do tipo 3.1, no
entanto, dependendo do fabricante é possível encontrar alguma com certificação do tipo
2.2.
Certificado do tipo 2.2 e 3.1
Documento no qual o fabricante declara que o produto entregue encontra-se de acordo
com o especificado na compra e no qual ele disponibiliza os resultados de todos os testes
realizados no material.
36
A principal diferença entre estes dois certificados encontra-se no tipo de inspeção
realizada. No tipo 2.2 a inspeção é realizada pelo fabricante durante o processo de fabrico
e segundo um procedimento adotado por ele. Pode no entanto, ocorrer que o produto
inspecionado não seja o que é enviado.
No tipo 3.1, a inspeção é realizado por uma entidade acreditada e é realizada antes do
envio, de acordo com as especificações do produto, de maneira a verificar que o que será
enviado está conforme com o que foi pedido.
37
3. CONTROLO DE QUALIDADE
Este capítulo será dividido em duas secções, a primeira sobre a metrologia, instrumentos
de medição e métodos utilizados para efetuar medições no controlo de qualidade e numa
segunda, que procura identificar os defeitos encontrados durante a inspeção das peças
provenientes do corte a laser.
3.1. Metrologia
A metrologia é a ciência que estuda as medições. Engloba os mais variados problemas,
tanto teóricos como práticos, relacionados com medições, unidades de medida, métodos
de medição, instrumentos de medição, precisão da medição bem como dos equipamentos.
De uma forma geral, a metrologia não está limitada apenas à realização de medições, mas
também à inspeção industrial e aos seus diferentes métodos. A inspeção está relacionada
com a verificação de um produto nas várias fases da manufatura e é realizada através de
instrumentos de medição variados. [10]
De seguida serão apresentados os principais instrumentos de medição utilizados no
departamento laser.
3.1.1. Paquímetro
O Paquímetro de Vernier ou Nónio, figura 20, é um instrumento de medição constituído
por uma escala principal, uma escala de vernier ou nónio e um encosto móvel que se
desloca pela régua principal, figura 21. Outros tipos de paquímetros diferenciam-se
principalmente na forma de leitura dos valores, podendo ser de relógio ou digital.
Figura 20 - Paquímetro de Vernier [11]
38
Figura 21 - Componentes de um Paquímetro de Vernier [12]
Com o paquímetro é possível medir dimensões lineares internas, externas e de
profundidade, figuras 22 a 24.
Figura 22 - Medições Externas [11]
Figura 23 - Medições Internas [11]
39
Figura 24 - Medições de Ressalto e Profundidades [11]
As resoluções associadas a cada paquímetro são de 0.05 mm para o paquímetro de vernier,
0.02 mm para o de relógio e 0.01 mm para o digital.
Em baixo são listadas as normas internacionais relativas aos paquímetros:
• EN ISO 13385-1:2011 (Geometrical product specifications (GPS) —
Dimensional measuring equipment — Part 1: Callipers; Design and metrological
characteristics);
• EN ISO 13385-2:2011 (Geometrical product specifications (GPS) —
Dimensional measuring equipment — Part 2: Calliper depth gauges; Design and
metrological characteristics);
• JIS B 7502 (Micrometer calipers);
• JIS B 7507:1993 (Vernier, dial and digital calipers).
No departamento laser existem apenas paquímetros de vernier do tipo M e paquímetros
digitais.
3.1.1.1. Paquímetro de Vernier
Como descrito anteriormente, fazer uma medição com o paquímetro de vernier envolve
o uso de duas escalas, sendo uma delas a principal, que faz parte da régua, e a outra, a
escala de vernier, figura 25.
40
Figura 25 - Escala principal na régua (divisões de 1 mm) e a escala de Vernier (resolução de 0,02 mm, com 50
divisões em 49 mm) [11]
A escala de vernier permite a leitura de medidas mais pequenas que as divisões da escala
principal. Isto é possível devido ao menor espaçamento da escala de vernier em relação à
principal, por exemplo, 20 divisões na escala de vernier ocupam 19 divisões na escala
principal. A medida final é obtida, encontrando a graduação da escala de vernier, que
esteja mais alinhada com a graduação da escala principal. As principais escalas podem
ser consultadas na tabela 17.
Tabela 17 - Graduação das escalas principal e de Vernier
Divisões da escala principal Graduação de Vernier Resolução de Vernier
0.5 mm 25 divisões em 12 mm 25 divisões em 12 mm
0.02 mm 0.02 mm
1.0 mm 50 divisões em 49 mm 20 divisões em 19 mm 20 divisões em 39 mm
0.02 mm 0.05 mm 0.05 mm
Tipos de paquímetros de vernier
A norma JIS B 7507:1993 Vernier, dial and digital callipers específica dois tipos de
parquímetros de venier: o tipo M e o CM, figura 26, o tipo M tem duas pinças
independentes para as medições interiores e exteriores, o tipo CM utiliza as mesmas
pinças para as duas medições.
41
Figura 26 - Paquímetros de Vernier do tipo M e CM
Legenda:
a) Tipo M b) Tipo CM
O paquímetro do tipo M é definido na norma ISO 6906 e ISO 3599, o tipo CM na norma
ISO 3599. Ambos são abordados na norma EN ISO 13385.
Outros tipos de paquímetros incluem, o de relógio, figura 27, e o eletrónico, figura 28,
também definidos na norma EN ISO 13385.
Figura 27 - Paquímetro de relógio (com indicador analógico) [11]
Figura 28 - Paquímetro digital [11]
3.1.1.2. Paquímetro Digital
O paquímetro digital, figura 28, possui um mostrador digital e geralmente utiliza um
transdutor de deslocamento linear como sistema de deteção de deslocamento. Este
transdutor linear pode ser do tipo capacitivo, indutivo ou magnético. As vantagens deste
tipo de instrumento são a sua facilidade de leitura e manuseamento traduzindo-se numa
melhor funcionalidade.
42
3.1.2. Micrómetro
O micrómetro é um instrumento que utiliza um mecanismo “casquilho e parafuso”, o
parafuso é graduado, para realizar um deslocamento linear preciso ao longo do seu eixo.
Assim, se, no casquilho, o parafuso fizer uma revolução, ocorrerá um avanço de uma
distância igual ao seu passo.
A norma internacional EN ISO 3611:2010 (Geometrical product specifications (GPS).
Dimensional measuring equipment. Micrometers for external measurements. Design and
metrological characteristics) aplica-se aos micrómetros de medição externa que são os
utilizados na empresa, figura 30.
A figura 29 mostra os principais componentes de um micrómetro.
Figura 29 - Esquema dos componentes do micrómetro [13]
Figura 30 - Micrómetro de medição externa [11]
Breve descrição dos principais componentes:
• A luva interna serve de guia ao parafuso, é roscado e está fixado a uma das pontas
do arco;
43
• A luva externa é onde se encontra gravada a escala, de acordo com o passo do
parafuso micrométrico;
• O arco é construído com um aço especial e tratado termicamente, para suportar
tensões e dilação por calor;
• O parafuso micrométrico possui uma rosca retificada, apresentando grande
precisão no passo. O roscado externo do parafuso desliza sobre o roscado interno
da luva interna;
• Os apalpadores encontram-se rigorosamente planos e paralelos, o que se
localizado na ponta esquerda do arco serve como a face fixa para medição
enquanto o outro tem uma parte roscada que se adapta à porca e é guiado com
precisão no furo calibrado do corpo tubular;
• O tambor encontra-se fixado ao parafuso de maneira que os dois possam deslocar-
se juntos, é geralmente recartilhado para facilitar o manuseamento;
• O controlo de pressão aplica uma força constante à peça a ser medida, consiste
numa mola de lâmina e um mecanismo de roquete;
• A porca de ajuste, quando necessário, permite o ajuste do parafuso;
• O fixador permite travar a medida a ler.
Um micrómetro comum possui um parafuso com um passo de 0,5 mm com graduação no
tambor de 50 divisões iguais. Os micrómetros são fabricados com gamas de medida de 0
mm a 25 mm, 25 mm a 50 mm, …, 575 mm a 600 mm, etc. Como exemplo; para medir
uma dimensão de 19,45 mm é utilizado um micrómetro da gama de 0 mm a 25 mm e para
medir uma dimensão de 580,25 mm utilizar-se-ia um micrómetro de 575 mm a 600 mm.
3.1.2.1. Dispositivo para aplicação de força constante
De forma a minimizar a variação dos valores medidos, devido à possível deformação da
peça a medir, as medições devem ser realizadas sob a mesma força que é usada quando
se junta os dois apalpadores no ponto zero.
Este mecanismo de força constante é constituído por um mola e um pino com ligação aos
dentes do roquete (cliquetagem). Quando rodada, a cliquetagem comunica ao apalpador
móvel o binário suficiente para assegurar uma força de medição compreendida ente 500
e 900 cN.
44
Este sistema de controlo de pressão é composto por dois roquetes opostos um ao outro
com uma mola a manter os dentes juntos. Quando o manípulo do controlo de pressão é
rodado no sentido horário, os dois roquetes rodam até a força aplicada na peça a medir
atingir uma certa pressão. Quando a pressão atinge o limite, o mecanismo de cliquetagem
roda em seco e clica. Quando o manípulo é rodado no sentido anti-horário os roquetes já
rodam porque os dentes das rodas continuam juntos e o tambor pode rodar.
3.1.2.2. Tipos de micrómetros
Apesar de existirem inúmeros micrómetros para diferentes aplicações, na empresa apenas
um tipo é utilizado, que é o micrómetro de medição externa. Todos os micrómetros
operam segundo o mesmo princípio. O micrómetro de medição externa está representado
na figura 30.
Este tipo de micrómetro é utilizado para ler espessuras pequenas, com grande precisão,
como as espessuras de chapas ou dimensões de peças bastante pequenas.
Micrómetro digital
Todos os micrómetros podem ser obtidos com mostradores digitais, figura 31.
Estes mostradores digitais utilizam um transdutor rotativo fotelétrico ou capacitivo, que
deteta a rotação do apalpador e converte para o mostrador digital o deslocamento.
A resolução mais comum nestes micrómetros é de 0,001 mm.
A vantagem óbvia destes micrómetros é a facilidade de leitura. Num micrómetro
convencional, existe sempre a possibilidade de uma leitura deficiente, o que leva a falhar
as divisões por 0,05 mm. Com o mostrador digital essa possibilidade é eliminada. No
entanto, aconselha-se precaução pois é possível trocar as unidades de medida ou
inadvertidamente “zerar” o micrómetro.
Figura 31 - Micrómetro digital [11]
45
3.1.3. Goniómetro
O goniómetro ou suta é um instrumento utilizado para medição ou verificação de ângulos.
Os 360º do disco graduado são divididos em 4 partes iguais, formando 4 graduações de
0º a 90º.
O esquadro e o disco graduado formam uma peça apenas. O sistema articulador-régua,
que está conectado pelo fixador, gira com o disco de vernier, figura 32.
Figura 32 - Componentes de um goniómetro [14]
Em qualquer goniómetro, o ângulo reto (90º) apresenta 90 divisões, cada divisão equivale
a 1º. Na figura 33, é possível observar a divisão do disco graduado do goniómetro.
Figura 33 - Divisão angular de um disco de vernier [14]
46
3.1.4. Comparador
Os comparadores mecânicos são instrumentos de medição frequentemente utilizados para
medições dimensionais. Estes permitem uma amplificação de 250 a 1000 vezes o que
facilita a leitura e a obtenção de conclusões acerca de uma dimensão. São caracterizados
pela utilização de uma escala circular.
Existem dois tipos de comparadores mecânicos, o chamado relógio indicador e o relógio
comparador. Nos relógios comparadores o utilizador pode definir o valor base a partir do
qual fará posteriores comparações. O relógio indicador está definido para um determinado
valor a partir do qual a comparação terá de ser feita. No entanto, se forem utilizados
dentro das gamas de medição estabelecidas, ambos podem realizar a mesma função. As
gamas de mediçao dependem do curso do eixo e da deformação máxima da mola de
reposição.
Figura 34 - Relógio indicador e relógio comparador, respetivamente
O relógio indicador pode ser utilizado para medições diretas ou indiretas. Nas medições
diretas a mensuranda tem de ter um valor baixo (até 10 mm), porque essa é a gama de
medida do equipamento. A medição indireta passa por determinar a diferença da grandeza
existente entre a peça a medir e um padrão de dimensão predeterminado de tal forma que:
“dimensão da peça = dimensão do padrão ± diferença”.
Pode também ser utilizada como padrão a peça original, com as dimensões conhecidas
como referência.
O comparador é um instrumento dotado de uma escala e um ponteiro, ligados por um
mecanismo de diversas rodas dentadas, figura 35.
47
Quando a ponta do comparador se desloca e o ponteiro gira no sentido horário, a diferença
é positiva. Isso significa que a peça apresenta uma maior dimensão que a estabelecida. Se
o ponteiro girar em sentido anti-horário, a diferença será negativa, ou seja, a peça
apresenta menor dimensão que a estabelecida.
Existem diferentes modelos de comparadores. Os mais comuns têm uma resolução de
0,01 mm. O curso do relógio também varia de acordo com o modelo, sendo os mais
comuns de 10 mm.
Figura 35 - Cadeia de transmissão de movimento num relógio indicador
3.1.5. Graminho
O graminho é um instrumento que atua da mesma forma que o paquímetro, estando no
entanto equipado com uma base especial que lhe permite realizar medições de alturas.
Apresenta uma escala acoplada na base e um cursor que se desloca verticalmente, figura
36.
Os graminhos digitais são instrumentos de medição muito precisos, atuando com
resoluções no valor da centésima de milímetro.
A norma internacional ISO 13225:201 (Geometrical product specifications (GPS) --
Dimensional measuring equipment; Height gauges -- Design and metrological
characteristics) aplica-se a graminhos como o existente no departamento laser.
48
Figura 36 - Graminho digital [15]
3.1.6. Inspeção periódica e calibração
As inspeções periódicas são realizadas pelo menos uma vez por ano, dependendo da
frequência do uso o intervalo de tempo pode mudar. Existem dois sistemas utilizados para
as inspeções periódicas. Um passa por inspecionar os instrumentos na empresa e o outro
por recolher todos os equipamentos em determinada altura e inspecionar todos num
laboratório próprio para o efeito.
A frequência que se deve calibrar vai depender da frequência de uso e o historial de erros
de calibração que o instrumento tenha. A calibração apenas deve ser efetuada com peças
padrão normalizadas. Em alternativa, as calibrações devem ser efetuadas por um
laboratório certificados. Como exemplo a ISO 13385-1, no Anexo A, fornece métodos
para avaliar o desempenho de paquímetros. “O Feliz” não possuindo instalações nem o
equipamento necessário para o efeito, opta por calibrar todos os seus instrumentos num
laboratório certificado.
3.1.7. Controlo de equipamento
O método utilizado para um melhor controlo dos equipamentos passa por limitar os
números de instrumentos disponíveis.
Durante o período de estágio foi criada uma folha de Excel com todo o equipamento do
departamento laser, com informações como a localização, funcionário responsável, data
49
de calibração e número de identificação dos instrumentos, desta forma é mais fácil
proceder em situações, como o desaparecimento de material ou outras irregularidades.
3.2. Controlo dimensional
O controlo dimensional do produto é efetuado durante todas as fases de manufatura das
peças. Após o corte é efetuada a inspeção, por amostragem, de uma peça, se essa peça
estiver de acordo com as especificações indicadas pelo cliente, é considerado que todas
as restantes peças provenientes do mesmo lote (chapa) também estão.
O controlo dimensional é realizado de forma simples, medições diretas de cotas e
furações, com instrumentos indicados como o paquímetro e em alguns casos fita métrica.
A primeira inspeção, após o corte, é a realizada de segundo as indicações do desenho
técnico enviado pelo cliente, onde são assinaladas as cotas mais importantes e verificadas
no momento, garantindo assim que o lote, após corte, se encontra dentro do especificado.
Encomendas que necessitem de outras operações, como quinagem, são verificadas
novamente de forma a garantir que essa operação não comprometeu a peça.
Existem alguns clientes que exigem maior rigor geométrico que outros, nestes casos é
necessário uma inspeção mais rigorosa, aumentando assim o número de peças verificadas.
3.2.1.Casos práticos
No início do estágio na empresa “O Feliz”, os instrumentos de medição disponíveis eram
o paquímetro, micrómetro, suta e fita métrica. Foi proposto que a empresa adquirisse
novos instrumentos de medição, necessários para outros tipos de medição, para além da
medição de cotas, e que deveriam ser desenvolvidos métodos para a utilização dos
mesmos. Os equipamentos adquiridos foram um graminho, um comparador e um bloco
magnético. A principal razão da compra destes equipamentos deveu-se ao facto da
empresa não possuir meios para realizar medições de planeza ou empeno. Como tal, foi
proposto o estudo dos equipamentos novos e o desenvolvimento de métodos eficazes na
medição de empenos.
3.2.1.1. Medição de empeno
Depois de alguma pesquisa, ajuda de funcionários mais experientes e habituação ao novo
equipamento foi adotado um método eficaz e que agradou os responsáveis. Foi também
50
desenvolvido um plano de instrução, de modo a que os trabalhadores se adaptassem às
inovações.
Para se efetuar uma medição de empeno é necessário definir 3 pontos na peça que serão
o nosso plano original. Depois dos 3 pontos estarem definidos e todos à mesma altura
exata, qualquer ponto medido, que não se situe nesses 3 pontos e simultaneamente
apresente uma diferença de altura, permite verificar o empeno.
Como tal foi necessário produzir 3 apoios, reguláveis em altura, e nos quais fosse possível
pousar uma peça.
Foi pedida ajuda ao departamento de manutenção da empresa, mais concretamente aos
operadores dos tornos, cujo resultado foi, 3 cilindros roscados de altura regulável,
apresentados na figura 37.
Figura 37 - Apoios de altura regulável produzidos na empresa O Feliz
Foram também retificadas duas bases para servir de mesa de trabalho para medições,
figura 38.
51
Figura 38 - Aproximação da face de uma das bases retificadas
De seguida será descrito o método desenvolvido para a medição de empenos utilizando
um graminho, um comparador, e 3 apoios de altura regulável.
Na medição do empeno deve-se definir 3 pontos na peça, esses 3 pontos representam o
plano original, passa a ser o “zero”. Esse plano encontra-se paralelo à mesa retificada,
dessa forma qualquer ponto que não esteja neste no plano “zerado” representa um empeno
de medida igual à diferença medida para o plano original.
Passo 1: colocar os 3 cilindros de altura regulável na mesa retificada, figura 39.
Figura 39 - Cilindros roscados na mesa retificada
52
Passo 2: colocar a peça a medir em cima dos três cilindros de forma que a peça fique
estável e imóvel, figura 40.
Figura 40 - Peça a medir sobre os cilindros roscados
Passo 3: com um marcador assinalar na peça os 3 pontos, em que se vai definir o plano
“zerado”. Esses pontos estarão exatamente no local em que a peça pousa nos cilindros,
figura 41.
Figura 41 – Detalhe dos pontos de apoio
53
Passo 4: medir a altura do primeiro ponto e definir essa medida como o ponto zero, figura
42.
Neste passo apenas se anota a medida a que se encontra o primeiro apoio ou ponto. Deve
ser definida a pré carga no comparador e depois lida a medida no mostrador do graminho,
figura 43. Essa será a media que temos de garantir nos 3 pontos definidos. O graminho
tem a função chamada “ZERO” que permite definir uma medida qualquer como sendo a
origem ou o zero, como tal é definido que zero será a altura do nosso plano.
Figura 42 - Medida do primeiro apoio
Figura 43 - Pré carga definida no comparador
54
Passo 5: colocar os dois restantes pontos de forma que o plano fique todo “zerado”. Uma
forma simples para todos os pontos terem a mesma medida será colocar o graminho sob
o ponto a medir. De seguida ajusta-se o cilindro, subindo ou descendo, até que o
comparador fique com o valor “zerado”.
Figura 44 - Restante pontos à mesma altura
Passo 6: com os 3 pontos “zerados” sabe-se que o plano está definido. De seguida deve-
se medir qualquer ponto que não esteja em nenhum dos 3 apoios, qualquer diferença
medida será o empeno da peça nesse ponto, figura 45.
Figura 45 - Ponto da peça que está -0.94 mm do plano, ou seja, naquele ponto a peça tem um empeno de 0.94
55
Na figura 46 encontra-se uma peça diferente na qual foi medido também o empeno.
Figura 46 - Exemplo de outra peça para medição de empeno
3.2.1.2. Outras medições
Existem outras situações em que a utilização do graminho é essencial, como, por
exemplo, a cota representada a amarelo na figura 47.
Figura 47 - Medição de peça
Com a peça imóvel, é utilizado um bloco em V magnético, acopulado a um sistema de
fixação, visível na figura 48 e 49, é retirada a altura assinalada a vermelho, junto do dente
superior, de seguida desloca-se o graminho até ao furo superior e retira-se a medida,
permitindo assim, saber a medida exata da cota representada a amarelo.
56
Figura 48 - Bloco V magnético acopulado ao sistema de fixação
Figura 49 - Bloco V magnético em funcionamento
Este sistema de fixação como a adição do graminho permite efetuar medições em peças
com geometrias complexas que até ao momento eram muito complicadas.
57
3.3. Controlo de qualidade
A qualidade de um produto é uma variável que depende, fundamentalmente da qualidade
de fabrico e processamento, por forma a atender o nível de exigência do consumidor.
Dentro de um sistema produtivo, as necessidades e expectativas de especificações
técnicas devem ser atendidas pelo fabricante. Este deve detetar o mais rapidamente
possível uma não-conformidade do produto.
Caso uma não-conformidade seja verificada, o produto final ou ainda em processamento
pode ser descartado como sucata ou reaproveitado sob aceitação do cliente.
Durante o período de estágio foi realizado um estudo de todos os defeitos encontrados
nas peças cortadas. Apesar de não ser possível catalogar todas as peças defeituosas, na
medida que a produção labora 24 horas por dia e o horário de estágio foi de apenas 8
horas, foi possível fazer uma amostra de cerca de 30 encomendas de diferentes clientes,
com peças de diferentes geometrias, espessuras e material. O objetivo foi perceber quais
os defeitos que se evidenciavam mais, de maneira a, num futuro próximo, ser possível
prevenir a sua ocorrência.
Para facilitar a tarefa de catalogação de peças defeituosas foi criada uma ferramenta de
anotação que pudesse ser preenchida rapidamente com os aspetos mais importantes da
peça analisada. Aspetos esses como, o número de encomenda à qual a peça está associada,
qualidade e espessura da peça, quais os defeitos que se evidenciavam, as possíveis causas
e qual a resolução escolhida. Em anexo é possível ver uma folha exemplo em branco.
3.4. Análise de defeitos e controlo de qualidade
Um defeito pode ser definido como qualquer irregularidade presente na peça e que pode
ou não originar uma não conformidade. Ângulos de quinagem errados, peças oxidadas,
com empeno ou mesmo dimensões erradas, fora do especificado, são suscitáveis de causar
problemas no produto final, o que pode originar a abertura de um relatório de não
conformidade (R.N.C.).
58
3.4.1. Empeno
O empeno pode ocorrer essencialmente por duas razões, a primeira deve-se a um
deficiente desenrolamento da bobina, em que as tensões não são distribuídas devidamente
na chapa, com o aquecimento térmico durante o corte e a curvatura acentua.
A outra razão prende-se com a geometria da peça. Peças compridas e com pouca largura
tendem a apresentar um empeno considerável.
Na figura 50 encontra-se uma peça com comprimento de 1350 mm e apresenta um
empeno máximo de 7 mm, que segundo as especificações do cliente não é aceitável. A
peça tem espessura de 8 mm e o material é S235JR, chapa formatada de fornecedor
externo.
A solução para este problema, foi o corte de peças novas para se poder proceder à
expedição para o cliente atempadamente. Verificou-se que no novo corte o empeno foi
bastante reduzido, por volta de 1 mm, indicando que o problema das anteriores seria da
matéria-prima.
As peças empenadas foram enviadas para o departamento de corte e quinagem, para se
proceder ao desempeno. Foram passadas nos rolos de desenrolar chapa de bobine, foi
assim reduzido o empeno, no entanto ainda não se encontravam dentro do valor indicado.
Na fase seguinte as peças foram levadas a uma prensa hidráulica e colocaram-se, dois
calços nos locais de empeno e a peça foi prensada. O empeno máximo ficou dentro dos
valores indicados pelo cliente e caso o cliente autorize serão enviadas numa nova
encomenda.
Figura 50 - Peça não conforme com curvatura
Em alguns casos, o mesmo defeito ocorre diversas vezes em peças iguais. Estas situações
devem ser consideradas como condições inerentes a este tipo de peças e não como um
defeito, como acontece na peça da figura 51. Esta peça é cortada em grandes quantidades,
59
uma média de 1000 unidades por encomenda e todas as peças cortadas apresentam um
leve empeno, que mesmo assim, ultrapassa o especificado pelo cliente. Já foram
experimentadas várias medidas de prevenção, como a mudança da disposição das peças
na chapa de corte, bem como cortar as peças em locais opostos da chapa para não
promover o aquecimento, no entanto o empeno mantém-se.
A solução para estas peças é meramente corretiva, a peça apresenta empeno em dois
pontos críticos, assim colocam-se dois calços nesses pontos e é aplicada uma pancada de
martelo. Este método provou ser bastante eficaz, pois reduz o empeno para os valores
indicados pelo cliente. Apesar de ser um método demorado, como não existe uma forma
de prevenir o empeno, é necessário corrigi-lo.
Alguns casos como este, os defeitos são previstos antecipadamente e não são
considerados uma não conformidade mas sim mais uma etapa da encomenda.
Na figura 52 apresentam-se outros exemplos de peças com curvatura.
Figura 51 - Peças com empeno
Figura 52 - Outro exemplo de peça com curvatura
60
3.4.2. Quinagem
A quinagem é um processo que depende muito da qualidade do operador. Apesar dos
equipamentos mais avançados, como os que existem nas instalações do departamento
laser, que permitem correções de ângulos, trata-se de um processo demorado e por isso
poucas vezes utilizado na indústria onde o tempo é um bem precioso e escasso.
Os defeitos relacionados com a quinagem concentram-se no desrespeito das tolerâncias
angulares impostas pelo cliente. Em alguns casos, durante o transporte, se as peças não
forem acomodadas corretamente, também é possível que os ângulos de quinagem sejam
alterados.
No caso de o defeito não ser detetado na fábrica mas sim pelo cliente as peças são
geralmente devolvidas. Posteriormente, tenta-se corrigir o ângulo da peça, quando isto
não é possível, são cortadas novas peças e efetuada nova quinagem.
Na figura 53, duas peças iguais foram enviadas para o cliente, uma totalmente quinada, a
outra com uma quinagem em falta.
Figura 53 - Peça com quinagem em falta
As figuras 54 e 55 mostram algumas peças mal quinadas que necessitaram de novo corte
e nova quinagem.
61
Figura 54 - Quinagem de 90º errada
Figura 55 - Peças com furo não concêntrico devido a quinagem errada
3.4.3. Geometria
Defeitos geométricos são pouco usuais, como foi explicado anteriormente, a precisão das
máquinas laser atualmente é enorme e geralmente apenas um erro do operador provocará
um defeito deste tipo.
Existem, no entanto, peças com terminações estreitas que devido ao aquecimento térmico
do corte podem sofrer pequenas alterações. Na figura 56 os dentes em forma de “u”
deveriam ter uma distância mínima de 72 mm. Neste caso, um pouco de pressão num dos
lados corrige a medida.
62
Figura 56 - Medida especificada pelo cliente não cumprida
3.4.4. Oxidação
A oxidação proveniente do corte laser não é um defeito que inviabilize uma peça e
geralmente apenas afeta uma pequena zona na superfície de corte, a ZAC. Esta oxidação
acontece no corte a laser com oxigénio como gás de assistência. Como explicado
anteriormente a energia libertada na oxidação funciona como uma fonte de calor
adicional, contribuindo tipicamente com metade da energia necessária para o processo de
corte.
Durante o corte, na ZAC, o material sofre severos ciclos térmicos na passagem do laser.
Este aquecimento e arrefecimento do material pode induzir mudanças microestruturais.
Desta forma a ZAC consiste em material que não derreteu mas que sofreu, no entanto,
modificações microestruturais durante o estado sólido. Estas mudanças na microestrutura
influenciam as propriedades mecânicas do material, nomeadamente a dureza e o
comportamento perante a corrosão. [16]
O fenómeno anteriormente descrito é visível na figura 56 é possível ver que as arestas da
peça apresentam uma cor mais escurecida.
Esta oxidação inerente ao corte não suscita problema desde que a ZAC não seja
excessivamente grande.
Por outro lado, a oxidação que cria mais não conformidades e defeitos provém dum
descuidado armazenamento da matéria-prima, como a permanência em locais ao ar livre
e expostos à humidade. Pode ocorrer também a oxidação de peças que estavam em
perfeitas condições após corte mas que durante o transporte para o cliente foram expostas
a condições climatéricas adversas por não se encontrarem devidamente protegidas.
63
Na figura 57 foi utilizada uma chapa que esteve guardada fora do armazém, é possível
ver um grau acentuado de corrosão.
Figura 57 - Chapa oxidada previamente ao corte
Na figura 58 encontra-se uma peça do material DD11, aço decapado e oleado, que
apresenta sinais de oxidação. O principal objetivo deste material é apresentar uma
superfície livre de óxido. As peças foram expedidas para o cliente no estado apresentado
na foto, foram rejeitadas e foi necessário o corte de novas peças. O cliente alertou para o
facto do plástico de proteção das peças estar molhado, o que poderá ter causado a
oxidação.
Figura 58 - Oxidação encontrada pelo cliente
Na figura 59 encontra-se uma pequena zona da peça afetada por oxidação. Várias
encomendas já sofreram este problema devido aos estrados de madeira, que servem de
apoio às peças estarem húmidos ou molhados, causando varias manchas.
64
Figura 59 - Marca de oxidação provocada por um barrote de madeira húmido
3.4.5. Superfície de corte
Defeitos de superfície de corte já foram estudados no capítulo de fundamentos teóricos,
nesta secção serão apenas apresentados alguns exemplos encontrados durante o período
de estudo na empresa.
A maior parte dos parâmetros que determinam a qualidade da superfície de corte como a
tolerância de perpendicularidade e inclinação e a rugosidade não necessitam de ser
inspecionados se o equipamento laser se encontrar em boas condições de funcionamento.
Normalmente os defeitos de superfícies mais comuns são rebarbas, escórias e arestas
queimadas.
Na figura 60 encontra-se uma peça em aço inoxidável com rebarba e algum queimado do
corte. Foi possível limar a rebarba e algumas peças ficaram em boas condições, para as
restantes foi efetuado novo corte.
65
Figura 60 – Arestas queimadas e com rebarba
Na figura 61 podemos ver um caso idêntico de rebarba em aço inox.
Figura 61 - Aproximação da superfície de corte com rebarba
Na figura 62 apresenta-se uma peça de uma encomenda que foi devolvida devida à
camada de calamina que se formou na superfície de corte. A calamina forma-se quase
instantaneamente na superfície quente, como é a superfície de corte após o corte, quando
esta entra em contato com o ar. A camada de calamina confere à superfície de corte uma
melhor resistência à corrosão, no entanto para peças que vão ser previamente soldadas, a
calamina dificulta a soldadura.
Neste caso o cliente pediu que as peças fossem galvanizadas em todas as faces visíveis.
A chapa foi galvanizada e posteriormente foram cortadas as peças. Com o corte posterior
à galvanização a superfície de corte não ficou galvanizada, as peças foram enviadas para
o cliente e devolvidas. Foi efetuada nova galvanização e as peças foram enviadas de novo.
66
Figura 62 - Superfície de corte com calamina
3.4.6. Corte incompleto
Outro defeito muito recorrente no corte a laser é o corte incompleto da chapa. Existem
inúmeras razões que podem causar este corte deficiente, podem ser, chapa em más
condições de oxidação, erro do operador de máquina ou também a lente do laser
encontrar-se em más condições.
Neste primeiro caso foi cortado uma chapa em aço S275 com 20 mm de espessura, perto
do limite para corte a laser, figura 63. A chapa apresentava bastante oxidação o que
dificulta o processo de corte. Apesar de não ser regra, a oxidação pode dificultar o corte
da chapa, o ponto de fusão do aço carbono está compreendido entre as temperaturas 1425
– 1540 °C, por sua vez o ponto de fusão do óxido de ferro ( Fe2O3) é de 1566 °C
ligeiramente acima. O óxido de ferro juntamente com outas impurezas podem implicar
que a potência predefinida para o corte não seja suficiente. Algumas das peças não foram
cortadas porque o laser não atravessou a chapa totalmente, outras foram cortadas mas o
material fundido não foi removido corretamente e as peças voltaram a soldar. Foi
necessário novo corte para substituir as peças em falta.
67
Figura 63 - Corte incompleto de chapa oxidada
A figura 64 apresenta um disco no qual os furos não foram removidos na totalidade. Neste
caso a lente do laser encontrava-se suja, foi limpa e procedeu-se a novo corte.
Figura 64 - Disco com corte incompleto devido a lente suja
3.4.7. Outros defeitos
Existem inúmeras maneiras do corte correr mal e podem acontecer pelas mais diversas
razões.
Na figura 65, na foto mais à direita, é possível ver dois retângulos que deveriam ser quatro
quadrados. Durante o corte a chapa sofreu um desvio na grelha o que fez com que todo o
corte se deslocasse alguns mm, juntando na mesma secção, os quadrados de baixo e de
cima, invalidando assim a peça.
68
Figura 65 - Peça defeituosa
Para o maior aproveitamento de matéria-prima possível, em peças que são furadas é usual
aproveitar a chapa do furo para cortar peças pequenas, como é mostrado na figura 66. Por
erro do programador, o interior do círculo foi cortado antes de serem cortadas as peças
pequenas. Alguns círculos ficaram presos nas grelhas e foi possível cortar as peças
interiores, outros caíram pela grelha e não foram aproveitadas.
Figura 66 - Peças cortadas a laser
Nas peças da figura 67, o cliente deu instruções no sentido de que, todos os furos deveriam
ser marcados e não cortados, para posterior maquinação. Um erro na programação fez
69
uma furação em vez de marcação, contudo de espessura insuficiente, o resultado foi uma
marcação excessiva.
Figura 67 - Marcação de furos
3.5. Resultados
Ao longo do período de estudo foram analisadas cerca de 30 encomendas com peças
defeituosas. O objetivo deste estudo foi perceber qual o defeito que ocorre mais
frequentemente, bem como a principal causa e ainda, se possível, procurar soluções para
adotar de modo a evitar estes problemas no futuro.
Foram definidas variáveis como defeitos, causas e soluções e foi definido um código para
cada variável.
Tabela 18 - Defeitos encontrados
Defeitos: D1 Empeno D2 Quinagem D3 Geometria D4 Oxidação D5 Peça com rebarba D6 Corte incompleto D7 Peça não apresentável para expedimento
Tabela 19 - Principais causas do defeito
Causas: C1 Matéria-prima em condições deficientes C2 Lente do laser em condições deficientes C3 Erro do operário da máquina Laser/Quinagem/Empilhadora C4 Programação deficiente dos preparadores C5 Especificações do cliente não seguidas C6 Outros (observações)
70
Tabela 20 - Soluções para os defeitos
Solução: S1 Novo corte S2 Nova chapa S3 Rebarbagem/Lixagem S4 Desempeno S5 Nova quinagem S6 Decapagem S7 Cliente reparou peças
A mesma encomenda pode ter vários defeitos, provenientes de variadíssimas causas o que
requer uma multiplicidade de soluções.
Como exemplo temos a encomenda da empresa “CARADONNA”. Na figura 57 e 63
encontram-se as peças defeituosas.
Os defeitos apontados foram: D4, D5, D6, D7
Como referido anteriormente, a chapa apresentava forte oxidação bem como as peças,
(defeito D4), acresce a isto o facto de apresentarem rebarba, (defeito D5). Algumas peças
não foram cortadas totalmente e outras arrefeceram e soldaram, (defeito D6). O defeito
D7, não apresentável para expedimento, foi escolhida devido à cor acastanhada própria
da oxidação, que apesar de não invalidar totalmente o uso das peças não lhe confere a
melhor apresentação para ser escoada para o cliente.
As causas apontadas: C1, C2, resultam das más condições da matéria-prima, no caso C1,
a lente do laser encontrava-se suja, em C2, ocorreu um corte incompleto e com rebarba.
A solução: S1, S2, S3 são as seguintes, para as peças que não foram cortadas foi
necessário efetuar um novo corte (S1), foi utilizada uma nova chapa (S2), as peças que
foram aproveitadas necessitaram de rebarbagem, (S3).
71
Figura 68 - Peças cortadas e rebarbadas
Das 30 encomendas analisadas, apresentam-se 3 gráficos que representam, em
percentagem, a ocorrência de cada defeito, causa e solução adotada.
3.5.1. Defeitos
Nos defeitos encontrados, existem dois que se destacam, figura 69, sendo eles o defeito
D3 e D4, respetivamente, geometria e oxidação. O terceiro defeito mais comum, bastante
próximo dos outros dois, com 18% de ocorrência, é o de quinagem. O defeito D3,
geométrico, está diretamente ligado ao defeito de quinagem, visto que uma quinagem
deficiente altera as mediadas especificadas pelo cliente, de modo que sempre que existir
um defeito de quinagem, também vai existir o de geometria.
Figura 69 - Percentagem de ocorrência de cada defeito
D110%
D218%
D320%
D420%D5
6%
D612%
D714%
DEFEITOS
D1 - Empeno
D2 - Quinagem
D3 - Geometria
D4 - Oxidação
D5 - Peça com rebarba
D6 - Corte incompleto
D7 - Peça não apresentávelpara expedimento
72
3.5.2. Causas
No parâmetro das causas, também se destacam três, figura 70, sendo elas C1, C3 e C6,
respetivamente matéria-prima em condições deficientes, 31%, erro do operador de
máquina laser/quinagem/empilhadora, 27%, e 27% dos casos foi considerado proveniente
de outras causas “Outros”. Este parâmetro, “Outros”, foi adicionado de forma a cobrir
situações esporádicas que aconteceram, e que não faz sentido especificar todas, contudo
pode-se referir, a falta de comunicação entre funcionários, a experimentação de
ferramentas novas, avaria de máquinas, falta de manutenção de equipamentos,
inexperiência dos funcionários.
É de salientar que a mão humana é um dos fatores que causa maior número de defeitos
(27%), de referir que a maior fatia deste é referente à quinagem.
A qualidade e a condição da matéria-prima também são duas das principais causas de
peças defeituosas.
Figura 70 - Percentagem de cada causa assinalada
3.5.3. Soluções
O recurso a novo corte e nova chapa são as soluções mais utilizadas, apesar de serem as
menos rentáveis. Por vezes não existe necessidade de utilizar uma chapa nova pois
retalhos da chapa antiga podem ser aproveitados, como se pode concluir pela análise da
percentagem das variáveis S1 em relação a S2, figura 71.
A quinagem é um defeito usual o que leva a que a solução que surge em terceira posição
seja a nova quinagem.
C131%
C22%
C327%
C44%
C59%
C627%
CAUSASC1 - Matéria prima emcondições deficientes
C2 - Lente do laser emcondições deficientes
C3 - Erro do operário damáquinaLaser/Quinagem/EmpilhadoraC4 - Programação deficiente dospreparadores
C5 - Especificações do clientenão seguidas
C6 - Outros (observações)
73
Figura 71 - Percentagem para cada solução adotada
3.5.4. Análise
Os resultados obtidos provam mais uma vez que os recursos humanos são um dos maiores
causadores de defeitos, não apenas diretamente mas também indiretamente. O
armazenamento incorreto da matéria-prima promove uma corrosão anormal do material,
o uso descuidado dos empilhadores causam riscos profundos nas chapas que
comprometem seriamente a sua utilização, a quinagem, onde a mão humana exerce maior
influencia, é o principal causador do defeito D3, de geometria, falha devido às
especificações dos clientes. Estes, principalmente, são hábitos que podem e devem ser
contrariados e muitas vezes são cometidos sem a perceção que podem, no futuro,
comprometer o processo.
Por outro lado existem defeitos mais difíceis de controlar, entre os quais o empeno,
proveniente muitas vezes de matéria-prima com muitas tensões internas, impercetíveis
antes do corte, ou também a rebarba e escória nas peças pós corte, sendo que estes são os
defeitos difíceis de prever e prevenir, em que a solução, na maior parte dos casos, é
meramente corretiva.
Conclui-se portanto que o simples facto de sensibilizar os funcionários para proceder de
maneira diferente na realização de algumas tarefas resultaria numa diminuição
considerável do número de defeitos.
Em qualquer indústria, seja de corte a laser ou de outro produto, defeitos e erros ocorrem
sempre, sendo por isso muito importante a sua prevenção. Caso tal não seja possível, estes
S134%
S226%
S310%
S46%
S516%
S64%
S74%
SOLUÇÕES
S1 - Novo corte
S2 - Nova chapa
S3 - Rebarbagem/Lixagem
S4 - Desempeno
S5 - Nova quinagem
S6 - Decapagem
S7 - Cliente reparou peças
74
deverão ser corrigidos prontamente, servindo assim de exemplo na prevenção de
posteriores defeitos.
3.6. Cálculo de custos
Era interessante perceber quais os custos aproximados dos defeitos de uma encomenda
não conforme, portanto, dentro do possível e das informações acessíveis, foi possível criar
uma ferramenta de cálculo de certas encomendas não conformes e perceber qual foi o
custo para a empresa. Apesar de não ser possível revelar custos dos processos de corte,
quinagem, bem como dos materiais, é possível mostrar a percentagem correspondente à
resolução dos defeitos em relação ao custo orçamentado da encomenda.
Para o cálculo dos custos de defeito são utilizados os tempos dos novos cortes bem como
das novas quinagens. São estabelecidos preços por minuto para os processos de
rebarbagem, lixagem, desempeno e decapagem. É definido também o preço por kg de
matéria-prima gasta. No final é conseguido o custo de defeitos em euros e qual a
percentagem que esse custo reflete no orçamento da encomenda.
Como exemplo prático será retratado o caso das peças apresentadas na figura 48. Foram
cortadas 2373 peças para uma encomenda. Pode-se afirmar que todas as peças
necessitaram de ser inspecionadas em relação ao empeno máximo, sendo que a maior
parte precisou de desempeno. Como o único defeito apontado era o empeno das peças,
foi necessário assumir um tempo médio, que levaria a desempenar uma peça. Depois de
observar o desempeno a martelo de várias peças foi assumido que cada peça demora a
desempenar em média 150 segundos perfazendo um total de 98,8 horas de desempeno.
O processo de desempeno de peças não é uma atividade de valor tabelado, pelo que foi
definido um valor, tendo em conta vários fatores como o ordenado médio dos operários,
ferramentas utilizadas, entre outros. O valor definido para o processo de desempeno foi
de 10 euros por hora.
A percentagem final perdida do valor orçamentado foi 7,2%, por outras palavras, o valor
gasto no concerto das peças não conformes foi de 7,2% do valor total da encomenda. Este
valor é relativamente baixo pois não foi necessário utilizar nova matéria-prima, efetuar
novo corte ou quinagem. Apesar de ser um valor percentual baixo, num orçamento de
valores elevados 7,2% pode significar uma grande perda.
Numa outra encomenda de outro cliente foi necessário novo corte para substituição de 4
peças de um total de 30. Através da ordem de fabrico foi retirado o tempo de corte e o
75
peso de cada peça e foi usado o preço por quilograma da matéria-prima. O resultado final
revelou que o custo para repor as 4 peças defeituosas equivaleu a 11,1% do orçamento.
Nestes cálculos não é contabilizado o tempo perdido na logística para tratar da não
conformidade, o tempo de programação de novo corte, transportes de peças para o cliente,
etc.
Esta ferramenta de cálculo permite de forma simples e rápida perceber, em termos de
matéria-prima gasta e tempo perdido na produção, quanto custa a produção de novas
peças e qual o impacto no orçamento total.
3.6.1. Modelo de cálculo
O modelo utilizado está dividido em duas folhas de cálculo. A primeira apresentada, que
pode ser considerada a folha secundária, é onde são introduzidos os valores tabelados,
como o preço da matéria-prima, custo das operações, densidades de materiais, etc. De
seguida são apresentadas as tabelas que constituem a folha de cálculo secundária e a sua
função.
Na tabela 21 é apresentada a tabela onde são introduzidos os valores de mercado da
matéria-prima.
Tabela 21 - Preço da matéria-prima
Preço por kg S235 - S255 - S275 - DD11 -
Aço inoxidável - Alumínio -
Na tabela 22 encontram-se os valores tabelados de massa volúmica das diferentes
matérias-primas utilizadas.
Tabela 22 - Valores tabelados de massa volúmica
Densidade (kg/𝒎𝒎𝟑𝟑) S235 7850 S255 7850 S275 7850 DD11 7850
Aço inoxidável 8050 Alumínio 2700
76
Na tabela 23 são introduzidas as dimensões da peça defeituosa, no caso de ser necessário
utilizar nova matéria-prima.
Tabela 23 - Dimensões da peça defeituosa
Medidas (mm) Largura -
Comprimento - Espessura -
A tabela 24 permite calcular a massa de uma peça defeituosa, utilizando para isso o
volume, calculado a partir dos valores da tabela 23, e a massa volúmica, tabela 22.
Tabela 24 - Calculo da massa de matéria-prima necessária
Densidade (kg/𝒎𝒎𝟑𝟑) -
Volume (𝒎𝒎𝟑𝟑) - Massa (kg) -
As restantes tabelas presentes na folha de cálculo contém os valores das diferentes
operações que as peças podem sofrer. Alguns valores são tabelados pela empresa, como
o preço por hora do corte laser e de quinagem, outros tiveram de ser assumidos por não
se encontrarem tabelados, como é o caso da operação de rebarbagem, lixagem,
desempenagem ou decapagem. Estas operações são apresentadas nas tabelas 25, 26 e 27.
Tabela 25 - Preço por hora das operações de corte e quinagem
Preço/Hora Corte Laser - Quinadora -
Tabela 26 - Valor assumido da operação de decapagem
Euros/𝑚𝑚2 Decapagem 1,50 €
Tabela 27 - Valores assumidos de operações não tabeladas pela empresa
Preço de Rebarbagem por hora (euros) 25 €
Preço de Desempenagem por
hora (euros) 10 €
Preço de Lixagem por hora
(euros) 15 €
77
Na figura 72 encontra-se a folha de excel com as tabelas anteriormente referidas.
Figura 72 - Valores tabelados do modelo de cálculo
Na segunda folha do modelo é onde se encontram todos os outputs. Visto este ser um
modelo extenso será apresentado ao longo de várias figuras. Os primeiros dados
apresentados contêm informações relativas ao cliente e encomenda, seguido pela
qualidade, espessura e número de peças defeituosas, figura 73.
Figura 73 – Modelo de cálculo do custo de defeitos
De seguida encontra-se informação sobre os defeitos e as soluções encontradas, figura
74, de acordo com as variáveis definidas nas tabelas 18 e 20.
78
Figura 74 – Defeitos encontrados e soluções adotadas
Na figura 75, encontra-se a zona do modelo onde são introduzidos os tempos que
demoram as diferentes operações. Na primeira linha encontra-se uma encomenda onde
foi necessária a operação “Novo Corte” e “Lixagem”. Foram introduzidos os valores que
demoraram as respetivas operações. Estes valores podem ser consultados no orçamento
das encomendas, no qual se encontram informações como o tempo que demora o corte de
cada peça bem como da operação de quinagem. Também a informação sobre a massa de
cada peça pode ser consultada. Ao contrario dos demais processos a decapagem é medida
em m2. Como é possível constatar, sempre que existir a operação “Novo Corte” também
existirá a operação “Nova Chapa”.
Figura 75 – Modelo de cálculo do custo dos defeitos
79
Na última parte são apresentados os resultados, figura 76. Nestas últimas 3 tabelas apenas
a tabela “Orçamentos” é de input, ou seja, é introduzido o valor que foi orçamentado. De
salientar que os valores de orçamento aqui apresentados são fictícios. Na tabela “Custos
de defeito” é realizado o cálculo de todas as operações que foram necessárias para a
resolução do defeito. A equação utilizada reconhece qual o material e operação usado e
utiliza os valores tabelados da folha de cálculo secundária. No caso da primeira linha, a
equação será do tipo:
“Novo Corte” x “Preço/Hora - Corte Laser” + “Lixagem” x “Preço Lixagem Horas
(euros)” + “Massa de Material (kg)” x “Preço por kg”
O resultado apresenta-se na tabela “Custos de defeito (euros)”. Para obter a “Percentagem
perdida” basta dividir o “Custo de defeito” pelo “Orçamento”.
Figura 76 - Modelo de cálculo do custo dos defeitos
80
4.GESTÃO DA PRODUÇÃO
4.1. Produção
A função produção é, no contexto global de uma empresa industrial, um dos sectores mais
complexos e aquele onde o sentido do termo “otimização” tem maior potencial de
aplicação. A análise da estrutura produtiva e da sua eficiência numa ótica de integração
de processos permite obter uma visão mais rigorosa dos métodos, organização e gestão
da produção.
O conhecimento detalhado dos processos produtivos e das suas variáveis possibilitam a
deteção de oportunidades de melhoria na atividade produtiva e o aumento do desempenho
da empresa. [17]
4.2. Processo de produção
A partir do momento em que um pedido de encomenda é realizado até à sua entrega existe
um conjunto de etapas que têm de ser percorridas para que o processo se desenvolva. No
esquema que se encontra na figura 72, apresenta-se a sequência de etapas que uma
encomenda terá de passar até ser expedida.
Figura 77 - Sequencia do processo de produção
81
Num mercado competitivo como é o da indústria metalomecânica torna-se imperativo a
procura constante de novas formas de melhoraria. Esta pode passar por renovação de
instalações, agilização de processos, melhoramento tecnológico, formação de
funcionários, etc.
Desta forma, neste capítulo serão apontadas algumas áreas que podem eventualmente
sofrer alterações no departamento laser. Ao longo do período de estágio foi possível
constatar que algumas etapas do processo de produção não são totalmente adequadas e
serão realçados alguns pormenores que podem sofrer modificações.
De forma a facilitar a distinção entre as áreas do departamento laser, a secção seguinte
será dividida em 4 grupos diferentes. O primeiro é a logística, referente à área de trabalho
da gestão de produção, orçamentação, programação, etc. O segundo é a área de produção,
onde se realiza o corte, controlo de qualidade, embalamento. Seguidamente o armazém,
onde se encontram a matéria-prima e por fim o transporte.
4.3. Logística
As dificuldades encontradas na área da logística são aqui retratadas apenas do ponto de
vista da produção, visto este trabalho se ter focado mais no setor da produção.
Dificuldades encontradas:
• Não existe nenhum tipo de alerta no sistema informático para as encomendas que
aguardam transporte,
• A função relativa à procura da matéria-prima no armazém cabe aos
programadores.
Melhorias:
• Catalogar e informatizar toda a matéria-prima existente bem como as encomendas
que aguardam expedição.
Observações:
Durante o período de estágio aconteceu que algumas encomendas, geralmente de clientes
ocasionais, ficaram na estante das encomendas embaladas para lá do prazo de entrega
82
referido inicialmente na proposta. Apesar de não ser comum acontecer, não existe
nenhuma forma de aviso ou alerta para uma encomenda que se encontre esquecida no
armazém. O que apenas estava a ser feito era uma filtragem, na base de dados, de todas
as encomendas que ainda não tinham sido entregues. Desse conjunto, as encomendas com
mais de 1 mês de atraso na entrega eram selecionadas, procurando-se perceber a razão
pela qual ainda se encontravam em armazém.
Quando está a ser criado um programa CNC para o corte, é necessário a escolha da
matéria-prima e as suas dimensões. Esta função é executada pelos programadores de
CNC, no entanto também são eles que têm de se deslocar ao armazém para escolher as
chapas existentes e a sua formatação. Esta é, sem dúvida, a maior falha na parte da
logística, pois implica a interrupção da tarefa de programação para ir procurar a matéria-
prima no armazém, tarefa que demora, no mínimo, 15 minutos.
4.4. Área de produção
Dificuldades encontradas:
• De uma forma geral os operadores não anotam a localização das paletes
embaladas,
• Por vezes, os operadores não contam o número de peças cortadas,
• Alguns operadores não estão sensibilizados sobre a importância que a qualidade
detém na industria de corte laser,
• Excesso de turnos para o funcionamento do laser. A fábrica funciona 24h por dia,
todos os dias, no entanto a percentagem de utilização das máquinas laser é de
apenas 45%,
• Falta de uma equipa de inspeção de qualidade.
Melhorias:
• Colocação de etiquetas eletrónicas,
• Instalação de computadores na área de produção,
• Instalar uma balança na área de produção para contagem rápida de peças,
• Implementação do posto de técnico de qualidade.
83
Observações:
O procedimento utilizado no armazenamento de uma encomenda embalada, passa por
escrever numa capa onde se encontram todas as fichas de encomenda e anotar a
localização das peças. No momento de entrega, o cliente dirige-se ao funcionário
responsável e entrega a fatura, onde também se encontra o número da encomenda. O
funcionário consulta o caderno onde se encontram as localizações e procede ao despacho.
O que acontece regularmente é que a localização não está anotada, implicando uma
procura da encomenda nas estantes levando cerca de 10 minutos. Apesar de não impedir
todos os problemas, como por exemplo o esquecimento dos funcionários, um processo
mais informatizado ajudaria a evitar muitos erros deste tipo. A utilização de etiquetas
eletrónicas para as encomendas permitiria, de uma forma rápida e simples, os dados mais
importantes de qualquer encomenda, como o cliente, a data de entrega ou se foi
requisitado transporte. Tudo acessível a partir de um clique ou leitura de código de barras,
onde as localizações seriam guardadas em computador juntamente com todas as outras
informações. Neste caso, cada funcionário teria o seu código de utilizador e se algum
dado estivesse em falta, seria fácil saber quem não o introduziu.
Este primeiro ponto conduz obrigatoriamente a um segundo, essencial, a utilização de
computadores na área de produção. Durante todo o processo que envolve a produção de
peças é constantemente necessário saber pormenores sobre a encomenda que podem ser
facilmente lidos num computador: datas, quantidades de peças, desenhos de peças,
localizações de matéria-prima, etc.
Uma tarefa que é um pouco demorada é a contagem de peças. Em alguns casos as
encomendas são despachadas com peças a menos, por não terem sido contadas.
Geralmente são encomendas de peças pequenas em quantidades muito grandes e podem
ser mal contadas ou por vezes por falta de tempo nem contadas são. Uma solução simples
para isto passaria pela aquisição de uma balança com a função de contagem de peças,
neste caso, bastaria pesar uma unidade, de seguida pesar toda a encomenda e a balança
exibiria o número total de peças, poupando bastante tempo e excluindo a possibilidade de
uma encomenda voltar a ser recusada por este defeito.
Um aspeto que é considerado preocupante corresponde à falta de um elemento ou equipa
que esteja responsável pela qualidade das peças produzidas. Anteriormente ao período de
estágio as poucas inspeções de qualidade eram feitas pelos operadores da máquina laser.
Foi possível constatar que não era possível conciliar, de forma apropriada, as duas
84
funções. É possível afirmar que o número de peças recusadas pelos clientes pode ser
largamente reduzido com uma melhor inspeção no controlo de qualidade, para tal seria
necessário criar a função de inspetor de qualidade, pelo menos um por turno.
Em termos percentuais o tempo médio útil que a maquina laser se encontra em
funcionamento é de cerca de 45%. Deste valor, 80% é utilizado efetivamente no corte,
sendo o restante, tempo em que a máquina se encontra ligada mas não em corte. No
departamento laser existem 3 turnos de 8 horas cada um, cobrindo assim as 24 horas do
dia, isto pra os dias da semana. Ao fim de semana existem dois turnos de 12 horas.
Analisando os valores de funcionamento da máquina é possível chegar à conclusão que
aproximadamente metade do tempo esta não se encontra em funcionamento. Como o
grande investimento desta empresa foi a máquina de corte laser não parece viável o
funcionamento de uma fábrica quando a sua base não funciona. Desta forma e na falta de
um maior número de encomendas, a redução de um turno durante a semana ou o turno do
fim-de-semana poderia ser uma decisão apropriada.
4.4. Armazém
Dificuldades encontradas:
• Desorganização do armazenamento de chapa,
• Excessiva demora na procura e escolha de chapa,
• Pontas de chapas não catalogadas,
• As chapas formatadas são dadas como cortadas no sistema informático no entanto,
as informações sobre as sobras de chapas não são guardadas para stock,
• Armazém encontra-se aberto, criando condições mais propícias à oxidação e
deterioração da matéria-prima.
Melhorias:
• Colocação de etiquetas eletrónicas,
• Base de dados com informação de toda a matéria-prima, nomeadamente:
localização, quantidade, qualidade, dimensões, certificados, etc,
• Armazém para pontas de chapas e catalogação das mesmas.
85
Observações:
A escolha e transporte de chapa para a máquina de corte laser é ainda um processo muito
moroso. Ainda não existe uma base de dados com informações sobre a localização
específica da matéria-prima, sobre tamanhos nem quantidades, o que implica que sempre
que seja necessário selecionar uma chapa para o corte obriga a que os funcionários, neste
caso os programadores, se tenham de deslocar ao armazém e procurar a chapa de
determinada qualidade, constatar se existe em quantidade suficiente e se possui as
dimensões necessárias. Com a catalogação informática de toda a matéria-prima, não
haveria necessidade desta tarefa.
As sobras de chapa, comummente designadas de “pontas”, desde que se encontrem
catalogadas, ou seja, esteja definido o lote da sua proveniência, também poderiam ser
utilizadas no corte. Este é outro caso em que as chapas se encontram amontoadas,
geralmente de acordo com a sua qualidade, e cabe aos programadores procurarem uma
que se adeque ao pretendido. Tal como as chapas formatadas também as pontas deveriam
estar catalogadas informaticamente, de forma a poupar bastante tempo que poderia ser
utilizado na programação do corte, tarefa bem mais rentável.
Também no armazém, a incluir na base de dados informáticos, tornava-se vantajoso um
sistema de catalogação eletrónica, facilitando o trabalho na localização da chapa para o
operador.
Neste momento, as chapas formatadas são guardadas em cima de outras chapas, em forma
de torre. Isto implica retirar todas as chapas se houver necessidade de uma que se encontre
no fundo e um peso enorme suportado pelas chapas inferiores. O facto de o armazém não
possuir um portão, encontrando-se constantemente aberto, pode promover a corrosão das
chapas, um dos defeitos mais comuns nas peças.
4.5. Transporte
Dificuldades encontradas:
• Os camiões da empresa não possuem atrelado coberto, é utilizada uma lona nos
dias em que chove,
• Muitas peças são estragadas durante o transporte por serem empilhadas umas em
cima das outras.
86
Melhorias:
• Obtenção de um atrelado coberto,
• Melhor acomodamento de peças, sobretudo as quinadas.
Observações:
Muitas encomendas que são expedidas em condições normais chegam ao cliente, em dias
de chuva maioritariamente, com manchas de oxidação. Este problema deve-se ao facto
de nenhum camião da empresa possuir um atrelado coberto, mas apenas lonas. Em dias
de chuva a água passa pela lona molhando as peças bem como os estrados de madeira.
Outro problema relacionado com o transporte é o empilhamento das encomendas,
sobretudo peças com quinagens. Por vezes peças quinadas, que foram objeto de controlo
e posteriormente expedidas, são rejeitadas pelos clientes por erros de quinagens. Isto
deve-se ao facto de as peças serem empilhadas umas em cima das outras tendo por
objetivo a realização do um menor número de viagens. Assumindo que as peças foram
controladas e aprovadas pelos operadores na fábrica, conclui-se que, as anomalias
ocorram durante a viajem. Assim, principalmente em peças quinadas, o princípio de
efetuar o mínimo de viagens pode ser praticado mas sempre adequado ao correto
transporte das mesmas, evitando desta forma a sua danificação.
87
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS
FUTUROS
5.1. Conclusões
No âmbito do trabalho desta dissertação foi possível estudar as diferentes fases da
produção, os principais parâmetros que atuam no corte a laser e o seu funcionamento,
matéria-prima utilizada bem como a normalização consultada, todas as variáveis que
influenciam a qualidade de corte e das peças, novos métodos de controlo de qualidade,
nomeadamente na medição, estudo dos principais defeitos que ocorrem na produção de
peças e ainda proceder à análise dos processos de produção do departamento laser da
empresa “O Feliz”.
O principal objetivo deste trabalho consistia na implementação de um sistema de
qualidade das peças, aspeto da maior importância na indústria moderna, onde a
competitividade entre empresas é altíssima, tornando-se imperativo a dedicação mais
aprofundada nesta área nomeadamente de tempo e trabalho. Assim, foi proposto um
estudo dos defeitos ocorridos na produção de peças, bem como a respetiva catalogação
para posterior análise, identificando assim os defeitos que ocorrem com maior frequência
de modo a encontrar as soluções corretivas.
Analisaram-se cerca de 30 encomendas defeituosas, concluindo-se que a maior
percentagem de defeitos provêm da oxidação da matéria-prima, problema que não é
causado pelo corte, mas por uma deficiente armazenagem, seja ela pré ou pós corte. O
segundo defeito mais comum está relacionado com a geometria errada das peças, este
defeito está diretamente ligado a outros como o defeito de quinagem e empeno que
necessariamente alteram as medidas das peças. Os defeitos provenientes da quinagem têm
como principal causa a mão humana, enquanto que o empeno resulta maioritariamente
das deficientes condições da matéria-prima. A geometria das peças é também um fator a
ter em conta para o empeno tal como peças compridas e de baixa espessura.
Também ligado à qualidade e inspeção foram realizadas diversas medições de peças para
controlo, inicialmente incidiram sobre a verificação das cotas de atravancamento ou
básicas, como o comprimento, largura e dimensão de furos. Após a aquisição de novos
instrumentos de medição e controlo, procedeu-se à medição de empenos e cotas de difícil
88
medição até então. Foi criado uma instrução de trabalho para a medição de empenos com
os novos instrumentos e também novas folhas de controlo de qualidade dimensional.
Na parte inicial deste trabalho foi apresentado um grande número de variáveis que fazem
parte do processo de corte, concretamente, o funcionamento do laser e as principais
componentes e parâmetros que influenciam a qualidade da superfície de corte,
destacando-se a manutenção do laser, a natureza dos materiais utilizados, operações pós
corte, entre outras, tudo isto com o objetivo de proporcionar uma melhor compreensão e
enquadramento no tema abordado.
Por fim foi realizada uma pequena observação ao processo de produção e todas as suas
etapas, realçando alguns pormenores que poderiam sofrer alterações.
Com este estudo foi possível perceber que a qualidade é da maior importância e deve ter-
se em conta em todas as etapas do processo de corte. É de salientar que todas as ações,
são suscetíveis de influenciar o produto final, desde as tarefas mais simples, como o
transporte da matéria-prima ou a correta parametrização da máquina até a limpeza e
manutenção dos equipamentos.
O facto deste projeto se incluir no âmbito de um estágio curricular tornou-se
enriquecedor, pois decorreu em ambiente empresarial e teve o objetivo de acrescentar
valor e inovação à empresa, fatores da maior importância para promover a motivação e
responsabilidade na execução de todo o processo produtivo.
No início do estágio foi proposto a criação de um algoritmo e respetivo programa
informático que, de acordo com a introdução de um conjunto de variáveis ligadas a uma
encomenda, tais como, material, espessura, geometria, etc, iria proporcionar um aviso
para a possibilidade de ocorrência de defeitos. Esta ideia foi excluída no decorrer do
estágio, pois verificou-se que se tratava de um algoritmo muito complexo, uma vez que
as variáveis que influenciam os defeitos são muito numerosas e por vezes impossíveis de
quantificar, como por exemplo o erro humano ou a qualidade da matéria-prima. Apesar
de ser difícil prever a ocorrência de defeitos é possível antever alguns referentes a
pequenas particularidades de materiais. Trata-se de defeitos conhecidos como por
exemplo, rebarba em peças de alumínio com espessura superior a 8 mm, nestes casos os
“defeitos” são previsíveis pelo que, podem ser tidos em conta na orçamentação. Existem
clientes que encomendam frequentemente as mesmas peças e onde ocorrem sempre os
mesmos defeitos, nestes casos a orçamentação deve ter em conta os custos inerentes à
suas correção.
89
5.2. Sugestões para trabalhos futuros
Como propostas para trabalhos futuros seria interessante ampliar o número de peças
defeituosas analisadas de forma a obter resultados mais precisos. Também uma maior
pormenorização do modelo de cálculo do custo dos defeitos poderá ser realizado, de
forma a num futuro ser possível, mais facilmente, orçamentar o custo de defeitos
conhecidos.
Também a criação de uma base de dados na qual seja possível introduzir informações
sobre o cliente e as suas encomendas poderá ser desenvolvida, esta poderá conter vários
aspetos como erros e defeitos ocorridos na produção das peças.
Ao longo do relatório foi referido que o processo de quinagem poderia ser realizado com
o apoio do programa de correção de ângulos, no entanto, este não é utilizado por ser mais
demorado. Como a quinagem é um dos processos que provoca mais defeitos nas peças,
seria de valor efetuar dois estudos relativos a isto. Primeiro, seriam efetuadas o mesmo
número de quinagens, em peças iguais, utilizando o método de correção de ângulos e o
métodos simples, de forma a perceber se a poupança de tempo é de facto efetiva e
considerável. Numa segunda fase, utilizar de novo os dois métodos para o mesmo número
de peças e analisar qual dos dois obteve maior número de não conformidades. Aliando o
tempo do processo ao número de peças defeituosas deverá ser possível perceber qual dos
dois métodos é de facto mais viável.
90
REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA
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exploração de equipamento de corte por laser, Tese de Mestrado em Engenharia Mecânica - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
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Tese de Mestrado em Engenharia Mecânica – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto.
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91
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[16] Heat affected zones and oxidation marks in fibre laser-oxygen cutting of mild steel,
S.O. Al-Mashikhi, J. Powell , A. Kaplan and K.T.Voisey, http://eprints.nottingham.ac.uk/3257/1/Heat_Affected_Zones_paperKTVJLA-revisederep.pdf, (disponível on-line), (2015).
[17] GESTÃO DA PRODUÇÃO E QUALIDADE, Programa Formação PME – Manual de
Formação para Empresários, 2004.
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ANEXO I – DADOS TÉCNICOS DO EQUIPAMENTO LASER
Trumpf 5040
Dados técnicos TrueLaser 5040
Área de trabalho Eixo X 4000 mm Eixo Y 2000 mm Eixo Z 115 mm
Capacidade de carga
Peso máximo 1700 kg
Velocidade máxima Eixos simultâneos 300 m/min
Controlo CNC Siemens Sinumerik 840D
Precisão
Desvio de posição Pa 0.05 mm Zona de posição média Ps 0.03 mm
Dimensões e Peso
Comprimento 13000 mm Largura 5400 mm Altura 2400 mm Peso 14000 kg
Laser Truflow 5000
Potencia máxima 5000 W Comprimento de onda 10.6 μm
Espessura máxima de chapa
Aço carbono 25 mm Aço inoxidável 20 mm
Alumínio 12 mm Cobre - Latão -
Consumo de energia total do sistema 11 - 72 kW
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ANEXO II – CERTIFICADO DE MATÉRIA-PRIMA
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ANEXO III – INVENTÁRIO DE PEÇAS COM DEFEITO
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![Sinterização ultra-rápida de materiais cerâmicos usando ... · corte e soldagem [1], tratamento térmico de superfícies e sinterização [2], ... (BGO) compounds were synthesized](https://img.document.onl/doc/110x75/601dede37e83e412265cca93/sinterizao-ultra-rpida-de-materiais-cermicos-usando-corte-e-soldagem.jpg)
