fabricação mecânica

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Tpicos em Fabricao Mecnica

Joo Paulo Pereira Marcicano.

So Paulo 2001

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ndiceCentros de Usinagem.............................................................................................................. 3 Tipos de Centros de Usinagem e Torneamento.................................................................. 6 Caractersticas e Capacidades dos Centros de Usinagem................................................... 7 Seleo................................................................................................................................ 9 Bibliografia......................................................................................................................... 9 Computer Integrated Manufacturing Systems...................................................................... 10 Introduo......................................................................................................................... 10 Sistemas de Manufatura.................................................................................................... 10 Computer Integrated Manufacturing (CIM) ..................................................................... 11 Projeto e Engenharia Auxiliados por Computador CAD (Computer Aided Design) e CAE (Computer Aided Engineering) .............................................................................. 14 Manufatura Auxiliado por Computador ........................................................................... 18 Planejamento de Processos Auxiliado por Computador .................................................. 19 Material-Requirements Planning (MRP) e Manufacturing Resource Planning (MRP-II)21 Simulao em Computador dos Processos e Sistemas de Manufatura............................. 21 Tecnologia de Grupo (GT) ............................................................................................... 22 Clulas de Manufatura...................................................................................................... 23 Sistemas Flexveis de Manufatura.................................................................................... 25 Produo Just-in-Time (JIT)............................................................................................. 28 Bibliografia....................................................................................................................... 30 Efeitos Ambientais das Atividades de Manufatura .............................................................. 31 Poluio ............................................................................................................................ 31 Preveno Poluio - Conceitos e definies ................................................................ 32 Processos Avanados de Usinagem...................................................................................... 38 Introduo......................................................................................................................... 38 Usinagem Qumica ........................................................................................................... 39 Eletroeroso ...................................................................................................................... 41 Usinagem por Laser.......................................................................................................... 42 Fabricao de Peas de Plstico e Materiais Compsitos .................................................... 46 Extruso............................................................................................................................ 47 Moldagem por Injeo...................................................................................................... 50 Moldagem por Sopro ........................................................................................................ 54 Termoconformao........................................................................................................... 55 Processamento de Plsticos Reforados ........................................................................... 56 Processamento de Compsitos com Matriz Metlica....................................................... 57 Processamento de Compsitos com Matriz Cermica ..................................................... 58 Bibliografia....................................................................................................................... 58

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Centros de UsinagemEste captulo descreve os principais progressos no projeto e capacidades de mquinas ferramenta controladas por computador. Conhecidos como centros de usinagem e centros de torneamento, estas mquinas possuem flexibilidade e versatilidades que outras mquinas ferramentas no possuem, sendo por isto a primeira escolha na seleo de mquinas ferramentas. De um modo geral, as mquinas ferramenta tradicionais mesmo automatizadas so projetadas para executar basicamente um tipo de operao. As peas a serem fabricadas por sua vez podem necessitar diferentes operaes para serem produzidas. As peas da figura apresentam uma variedade de caractersticas geomtricas necessitando uma variedade de operaes tais como: fresamento, faceamento, furao, rosqueamento, alargamento e mandrilamento para obter estas geometrias tolerncias e acabamento superficial especificados. dentro das

Figura Peas que podem ser completamente usinadas por Centros de Usinagem (adaptado de KALPAKJIAN,2001).

Tradicionalmente, as operaes de usinagem so executadas pela transferncia da pea de uma mquina ferramenta para outra at que a usinagem seja completada. Este mtodo de manufatura que pode ser automatizado vivel, e o princpio por trs das transfer lines. Utilizadas na produo em larga escala, as linhas de transferncia consistem de vrias mquinas ferramenta montadas em seqncia. Por exemplo, uma pea como um bloco de motor, movimentada de estao em estao, com uma operao de usinagem especfica sendo executada em cada estao.

4 Entretanto, existem tipos de produtos e situaes onde as linhas de transferncia no so viveis, particularmente quando os tipos de produtos a serem usinados mudam rapidamente. Um conceito importante, desenvolvido no final dos anos 50, a dos centros de usinagem, que so mquinas ferramenta controlada por computador capaz de executar uma variedade de operaes de usinagem em superfcies e direes diferentes na pea. Em geral, a pea permanece parada e as ferramentas de corte giram, como em operaes de fresamento e furao. O desenvolvimento de centros de usinagem est relacionado aos avanos no controle numrico de mquina ferramenta.

Figura Centro de Usinagem Horizontal (adaptado de KALPAKJIAN,2001).

A pea em um centro de usinagem colocada em um pallet ou mdulo que pode ser movido e orientado em vrias direes. Aps uma determinada operao de usinagem ter terminado, a pea no necessita ser transportada para outra mquina para executar outras operaes, em outras palavras as ferramentas e as mquinas so trazidas para a pea.

5 Aps o trmino das operaes, o pallet automaticamente sai com a pea terminada e outro pallet com outra pea a ser usinada posicionado pelo alimentador automtico de pallet. Todos os movimentos so controlados por computador e o tempo de troca dos pallets da ordem de 10 a 30 segundos. Estaes de pallets so disponveis com vrios pallets trabalhando para o centro de usinagem. As mquinas podem tambm ser equipadas com acessrios como dispositivos para alimentao e retirada de peas.

Figura Centro de Usinagem Horizontal, fabricante Cincinnati. O centro de usinagem equipado com um sistema de troca de ferramenta programvel. Dependendo da mquina, at 200 ferramentas podem ser armazenadas em um magazine, cilindro ou correia. Sistemas auxiliares de armazenamento de ferramentas para mais ferramentas so disponveis em alguns centros de usinagem. As ferramentas so automaticamente selecionadas com acesso aleatrio e considerando-se o melhor trajeto at o cabeote da mquina. O brao de troca de ferramenta monta a ferramenta no cabeote da mquina. As ferramentas so identificadas por etiquetas codificadas, cdigo de barras, ou chips fixados nos suportes da ferramenta. O tempo de troca da ferramenta da ordem de 5 a 10 segundos, este tempo pode ser menor que um segundo para ferramentas pequenas, ou de at 30 s para ferramentas pesando 110 Kg. A tendncia em trocadores de ferramentas a utilizao de mecanismos simples para acelerar o processo. Os centros de usinagem podem ser equipados com dispositivos para inspeo de ferramenta e/ou pea que podem obter informaes para que o controle numrico compense qualquer variao nos ajustes e desgaste de ferramenta. Probes de toque podem

6 automaticamente: determinar superfcies de referncia da pea, selecionar dados de ajuste de ferramentas, e inspecionar em tempo real as peas fabricadas.

Tipos de Centros de Usinagem e TorneamentoApesar de existirem diferentes vrias formas construtivas de centros de usinagem, os dois tipos bsicos so: com cabeote vertical, com cabeote horizontal, mas muitas mquinas so capazes de usar os dois eixos. A dimenso mxima que as ferramentas podem alcanar na pea conhecida como envelope de trabalho, este termo foi inicialmente utilizado em robs industriais. Centros de usinagem com cabeote vertical ou centros de usinagem vertical, so apropriados para executar diversas operaes de usinagem em superfcies planas com cavidades profundas, por exemplo, na fabricao de moldes e ferramentas. Nestas mquinas, a componente de fora de usinagem na direo de separao atua no sentido descendente empurrando a pea para baixo, em funo da forma construtiva a rigidez grande, como resultado as peas podem ser produzidas com boa preciso dimensional. Estas mquinas, de um geral, so mais baratas que os centros de usinagem horizontais. Centros de usinagem com cabeote horizontal ou centros de usinagem horizontal so adequados para a usinagem de peas pesadas e grandes que necessitam usinagem em vrias superfcies. O pallet pode ser orientado segundo diferentes eixos em posies angulares variadas. Outra categoria de mquinas com eixo horizontal so os centros de torneamento, que so tornos controlados por computador com vrios recursos. Estas mquinas podem possuir vrios placas para fixao de peas e vrias torres para as ferramentas. O centro de usinagem universal equipado com cabeotes vertical e horizontal. Este tipo de mquina possui vrios recursos e so capazes de usinar todas as superfcies de uma pea : vertical, horizontal e diagonal.

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Figura Centro de Torneamento. (adaptado de KALPAKJIAN,2001).

Figura Centro de Torneamento, fabricante Cincinnati.

Caractersticas e Capacidades dos Centros de UsinagemAs principais caractersticas dos centros de usinagem so: Capacidade de manipular uma grande variedade de tamanhos e formas de peas eficientemente, economicamente e com alta exatido dimensional, as tolerncias dimensionais so da ordem de 0,0025 mm.

8 As mquinas so versteis, tendo em mdia seis eixos de movimento linear e angular, e so capazes de rapidamente mudar de um tipo de produto para outro , ento a necessidade de mquinas diferentes e espao fsico so significativamente reduzidos. O tempo necessrio para alimentar e retirar as peas , troca de ferramentas, calibrao, e acertos so reduzidos, ento a produtividade aumentada, reduzindo a necessidade de mo de obra (especialmente mo de obra treinada) e minimizando os custos de produo. So altamente automatizados e relativamente compactos, um operador pode supervisionar duas ou mais mquinas ao mesmo tempo. As mquinas so equipadas com dispositivos de monitoramento da condio da ferramenta para a deteco de quebra de ferramenta e desgaste, bem como com probes para compensao de desgaste de ferramenta e para posicionamento de ferramenta. Calibrao e inspeo em processo e aps processo so disponveis em centros de usinagem. Os centros de usinagem so disponveis com uma grande variedade de tamanhos e recursos, os custos esto na faixa de 50.000 a 1 milho ou mais. A potncia de at 100 hp e a mxima rotao de 4000 a 8000 rpm, alguns podem trabalhar at 75000 rpm. Alguns pallets podem suportar peas que pesam 7000 Kg.

Figura Centro de Usinagem Horizontal com 5 eixos (adaptado de KALPAKJIAN,2001).

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Figura Centro de Usinagem Vertical, fabricante Cincinnati.

SeleoCentros de Usinagem podem necessitar de significativos dispndios de capital, para haver retorno geralmente tem de ser utilizados em pelo menos dois turnos por dia. Conseqentemente deve haver demanda suficiente para mant-lo em funcionamento. Por causa da sua versatilidade, os centros de usinagem podem ser utilizados para produzir uma vasta gama de produtos particularmente com o conceito de just-in-time. A seleo do tipo e capacidade do centro de usinagem depende de vrios fatores: Tipo de produtos, tamanho e complexidade de forma dos mesmos. Tipo de operaes a serem executadas e o tipo e nmero de ferramentas de usinagem necessrios. Preciso dimensional necessria. Taxa de produo.

Apesar da versatilidade ser o fator chave na seleo de centros de usinagem, estas consideraes sevem ser consideradas frente ao alto investimento de capital necessrio e comparar com os custos de manufatura do mesmo produto utilizando mquinas ferramenta tradicionais.

BibliografiaKALPAKJIAN,2001 Kalpakjian,S.;Schmid,S.R.; Manufacturing Engineering and Technology, 2001; 4o edio; Prentice Hall.

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Computer Integrated Manufacturing SystemsIntroduoA integrao significa que os processos de fabricao, operaes e o gerenciamento so tratados como um sistema, onde possvel exercer total controle dos recursos de fabricao com conseqente aumento de produtividade, qualidade do produto, confiabilidade e reduo dos custos de fabricao. No ambiente CIM as funes tradicionalmente separadas de pesquisa&desenvolvimento, projeto, produo, montagem, inspeo e controle de qualidade so integradas. Esta integrao exige o conhecimento quantitativo da interface entre projeto do produto, materiais, processos de fabricao e capacidades de mquinas e outras atividades relacionadas ao ciclo de fabricao. Deste modo, mudanas nos requisitos de materiais, tipos de produtos ou demanda podem ser ajustadas pelo sistema. As mquinas, ferramentas, e as operaes de fabricao devem possuir um certo grau de flexibilidade, para ser capaz de responder a mudanas e garantir a entrega pontual dos produtos. Falhas relacionadas ao prazo de entrega na atividade industrial podem destruir planos de produo e agendamento de atividades causando um significativo impacto econmico. Em um ambiente globalizado altamente competitivo, atrasos na entrega de produtos podem significar a perda de clientes que podem facilmente escolher outro fornecedor.

Sistemas de ManufaturaA palavra de origem grega systema significa combinar. De um modo geral sistema entendido como um arranjo de entidades fsicas caracterizadas por parmetros quantificveis de interao entre as entidades. A fabricao engloba atividades interdependes em entidades distintas como: materiais, ferramentas, mquinas, energia e recursos humanos; podendo ser vista como um sistema.

11 A fabricao um sistema complexo, porque composto por elementos fsicos diversos e humanos, sendo alguns difceis de serem previstos e controlados, como suprimentos e custo de matria prima, mudanas de mercado e comportamento e performance humana. De modo ideal, devemos ser capazes de representar um sistema atravs de modelos matemticos e fsicos onde pode-se demonstrar a natureza e interdependncia das variveis envolvidas. Em um sistema de manufatura, um distrbio em algum ponto do sistema requer que o prprio sistema se ajuste de modo a continuar funcionando eficientemente.Por exemplo, se o suprimento de uma determinada matria-prima reduzido e seu custo aumentado, materiais alternativos devem ser selecionados. A seleo deve ser feita aps cuidadosa anlise dos efeitos que a mudana pode acarretar na qualidade do produto, taxa de produo e custos de fabricao. A modelagem como um sistema complexo pode ser difcil, por causa da falta de dados confiveis e completos de muitas variveis envolvidas. Alm disso, no fcil predizer corretamente e controlar algumas variveis. Por exemplo: Caractersticas de mquinas ferramenta, sua performance, e resposta a distrbios externos no podem ser modelados precisamente; Custos de matrias-primas so difceis de serem previstos precisamente e; Comportamento humano so difceis de modelar.

Apesar destas dificuldades, muitos progressos tm sido feitos na modelagem e simulao de sistemas de manufatura permitindo em muitos casos que efeitos de distrbios como alteraes na demanda, disponibilidade de materiais e performance de mquinas possam ser previstas com razovel exatido.

Computer Integrated Manufacturing (CIM)Os vrios nveis de automao nas operaes de manufatura tem sido ampliados pela incluso de informaes das funes de processamento, utilizando rede de computadores. O resultado a integrao da manufatura por computador, o CIM que descreve a integrao atravs de computadores de todos os aspectos de projeto, planejamento, manufatura, distribuio e gerenciamento.

12 CIM uma metodologia e o objetivo, atualmente a tecnologia para a implementao do CIM est dominada e disponvel. Idealmente, o CIM deveria englobar todas as operaes de uma empresa, para isso necessitaria de um extenso banco de dados contendo dados tcnicos e de negcios. Conseqentemente, a implementao completa e ao mesmo tempo de todos os mdulos pode ser muito cara particularmente para pequenas e mdias empresas. A implementao do CIM em plantas industriais em operao pode ser feita com mdulos instalados em vrias fases da operao. Para plantas novas, por outro lado, a implementao deve considerar o todo e um planejamento que cubra todas as fases da operao de modo a usufruir de todo potencial do CIM. Os planos de implementao devem levar em conta: Disponibilidade de recursos; A misso, os objetivos, e cultura da organizao; O nvel de integrao desejado.

Sistemas CIM consistem de subsistemas que so integrados, os subsistemas so: Planejamento e suporte de negcios; Projeto de produtos; Planejamento dos processos de manufatura; Controle de processos; Sistemas de monitoramento do cho de fbrica; e Automao de processos.

Os subsistemas so projetados, desenvolvidos e colocados em funcionamento de modo que a sada de um sistema sirva de entrada para outro. Em termos organizacionais estes subsistemas so divididos para desempenhar as funes de planejamento e de execuo. As funes de planejamento de negcios consistem de atividades como: Previso de cenrios, agendamento, planejamento de necessidades de materiais, compras e contabilidade. As funes de execuo de negcios incluem produo e controle de processos, manipulao de materiais, testes e inspees. A eficcia do CIM depende principalmente da presena de sistemas de comunicao integrada compostos de computadores, mquinas e respectivos controles. Os maiores problemas encontrados na implementao esto na rea de comunicao da fbrica por causa da dificuldade de interfaceamento entre diferentes tipos de computadores e mquinas

13 de diferentes fabricantes e de diferentes pocas, em funo disso, h uma forte tendncia a padronizao para fazer os equipamentos compatveis .

Figura Um esquema de um sistema de manufatura integrado por computador.

Os benefcios do CIM so os seguintes: capacidade de se adaptar: ao encurtamento dos ciclos de vida de produtos, mudanas na demanda e competio global; nfase na qualidade e uniformidade do produto conseguidos atravs de um melhor controle de processos; melhor uso de materiais, mquinas, e pessoal e reduo de estoques em processo, que acarretam aumento de produtividade e reduo de custo do produto; e melhor controle da produo, agendamento e gerenciamento de toda a operao de manufatura, resultando em custo de produto menor.

Banco de DadosUm sistema CIM eficiente necessita de um banco de dados que possa ser compartilhado por toda organizao. Banco de dados consiste de informaes atualizadas, detalhadas e precisas sobre produtos, projetos, mquinas, processos, materiais, produo,

finanas,compras, vendas, markenting, e estoques. Estes dados so armazenados em computadores e podem ser recuperados e modificados se necessrio por pessoas ou pelo prprio sistema CIM enquanto controlando as atividades de projeto e fabricao. O banco de dados geralmente contm os seguintes itens, que podem ser classificados como dados tcnicos e no tcnicos: dados do produto, como formato geomtrico, dimenses e especificaes; dados de gerenciamento, como autor, reviso e nmero da pea; dados de produo, como processos de fabricao utilizados; dados operacionais, como agendamentos, tamanhos de lote, e requisitos de montagem;

14 dados de recursos, como capital, mquinas, equipamentos, ferramentas e pessoal e suas capacidades. Os bancos de dados so alimentados por pessoas e por sensores nas mquinas de produo. Dados podem ser coletados automaticamente por sistemas de aquisio de dados, que podem informar o nmero de peas produzidas por unidade de tempo, preciso dimensional, acabamento superficial, peso e assim por diante, em intervalos especificados de amostragem. Os componentes dos sistemas de aquisio de dados (SAD) incluem microprocessadores, transdutores, e conversores analgico-digital. Os SAD so capazes de analisar os dados e transferi-los para outros computadores para o propsito de anlise estatstica, relatrio. Vrios fatores so importantes no uso e implementao de banco de dados: eles devem ser rpidos, exatos, facilmente acessveis, facilmente compartilhados e amigveis; possuir capacidade de tratamento de erros , ser capaz de se restaurar; ser flexvel para poder ser utilizado por diferentes usurios; permitir controle de acesso;

Projeto e Engenharia Auxiliados por Computador CAD (Computer Aided Design) e CAE (Computer Aided Engineering)Projeto auxiliado por computador consiste no uso do computador para criar projetos e modelos de produtos. CAD normalmente est associado com computadores grficos interativos (conhecidos como sistemas CAD). Sistemas CAD so ferramentas poderosas, so usadas em projeto mecnico e modelagem geomtrica de produtos e componentes. Engenharia auxiliada por computador simplifica a criao de banco de dados, por permitir que vrias aplicaes compartilhem informaes. Estas aplicaes incluem, por exemplo: anlise por elementos finitos de tenses, deformaes, deflexes, distribuies de temperatura em estruturas e gerao, armazenamento e recuperao de programas de controle numrico, e projeto de circuitos integrados e outros dispositivos eletrnicos.

15 No CAD a prancheta substituda por dispositivos eletrnicos de entrada e sada, por exemplo, plotters, mesas digitalizadoras e data tablets, que dividida em sees, cada seo representa um elemento geomtrico tais como: pontos, linhas, planos, crculos ou cilindros. Na utilizao de sistemas CAD, o projetista pode conceber o produto a ser projeto de modo mais fcil visualizando-o no monitor e pode tentar alternativas de projeto ou modificar rapidamente um projeto para satisfazer uma determinada necessidade. Uma vez que o produto esteja modelado no CAD, o projetista pode submete-lo a anlises de engenharia para poder verificar problemas potenciais ( tenses ou deflexes excessivas). A velocidade e preciso deste mtodo de projeto ultrapassam os mtodos tradicionais. O sistema CAD rapidamente e precisamente produz a definio de produtos e seus componentes. Uma das sadas destes sistemas so os desenhos de trabalho que geralmente so melhores que os produzidos manualmente. Os desenhos podem ser reproduzidos quantas vezes se deseja com diferentes graus de reduo ou ampliao. Adicionalmente as caractersticas geomtricas e dimensionais outras informaes, tais como: lista de materiais, especificaes e instrues de fabricao podem ser armazenadas no banco de dados CAD. Usando estas informaes o projetista pode fazer anlise econmica de diferentes alternativas de projeto.

Padres para Intercmbio de DadosPor causa da variedade de sistemas CAD de diferentes caractersticas e fornecedores, a comunicao e intercmbio de dados entre estes sistemas tornou-se um problema. No momento, a melhor alternativa para solucionar este problema de compatibilidade o padro IGES (Initial Graphics Exchange Specification). Para permitir a portabilidade dos dados,os desenvolvedores de sistemas CAD devem providenciar tradutores para preprocessar os dados para o formato neutro e posprocessadores para ler os dados do formato neutro. O IGES usado para traduo nos dois sentidos (entrada e sada do sistema) e tambm utilizado para tratar dados 3D e de superfcie. Recentemente foi desenvolvido um padro para modelagem de slido, chamado PDES (Product Data Exchange Specification) que baseado no IGES. Apesar do IGES ser adequado para muitas aplicaes, PDES requer uma quantidade menor de memria e pode

16 ser processado mais rapidamente e menos suscetvel a erros. Atualmente, diferentes padres so utilizados em pases diferentes, mas espera-se que estes padres sero unificados em um padro internacional chamado Standard for the Exchange of product Model Data (STEP).

Componentes de um Sistema CADO processo de projeto em um sistema CAD consiste de quatro estgios:

Modelamento Geomtrico No modelamento geomtrico, um objeto fsico descrito matematicamente ou analiticamente. O projetista inicialmente constri um modelo geomtrico fornecendo comandos que criam ou modificam linhas, superfcies, slidos, dimenses, e textos que, juntos so um preciso e completo bi ou tridimensional representao do objeto. Os resultados destes comandos so mostrados no vdeo, eles podem ser movidos e qualquer seo pode ser ampliada para ver detalhes. Estes dados so digitais e so armazenados em banco de dados na memria do computador. Os modelos podem ser de trs tipos: Representao de linha (wire-frame): os contornos do modelo so visveis como linhas slidas. A imagem pode ser ambgua, especialmente para formas complexas, ento vrias cores so utilizadas em diferentes partes do objeto para facilitar a visualizao. Os trs tipos de representao wire-frame so 2-D, 2 D, e 3 D. Imagens 2D mostram vistas do objeto. Uma imagem 2 D pode ser obtida por translao de uma seo. Para objetos de seo transversal circular um modelo 2 D pode ser gerado pela rotao do modelo 2 D em torno de um eixo. No modelo de superfcie todas as superfcies visveis so mostradas no modelo. No modelo slido, todas as superfcies so mostradas, mas os dados descrevem o volume interno. Modelos slidos podem ser construdos a partir de volumes extrudados ou a partir da juno de primitivas. Na representao de contornos Brep, superfcies so combinadas para gerar o modelo slido. Na constructive solid geometry (CSG) , formas simples como esferas, cubos, paraleleppedos, cilindros e

17 cones, chamados primitivas de slidos, so combinados para gerar o modelo slido. Apesar da modelagem por slidos apresentar vantagens, facilidade de anlise do projeto e facilidade para gerar dados para a fabricao, ela requer mair capacidade de processamento que a modelagem por wire-frame ou por superfcie. Ou forma de modelagem slida a octree representation, que consiste em dividir volumes com octaedros que so identificados como slidos, vazios ou parcialmente preenchidos. Os parcialmente preenchidos so dividos em octaedros menores e reclassificados. Com o aumento da resoluo pode-se representar detalhes em peas com grande preciso. Este processo bastante utilizado aplicaes bio mdicas na modelagens de ossos.

Anlise e Otimizao do Projeto Aps o trmino da modelagem geomtrica do produto que est sendo projetado, o projeto normalmente submetido anlise. Nesta anlise pode-se verificar tenses, deformaes, deflexes, vibraes, transferncia de calor, distribuio de temperatura, ou tolerncias dimensionais. Existem vrios programas sofisticados que podem calcular estas quantidades precisamente e rapidamente. Por causa da relativa facilidade com que estas anlises podem ser feitas, os projetistas tem optado por analisar extensivamente antes de se passar a fase de produo.

Reviso e Avaliao do Projeto Um estgio importante no projeto a reviso para verificar interferncias entre componentes. Esta atividade importante para evitar problemas na montagem ou uso do produto e para determinar se partes mveis como mecanismos funcionaro de modo adequado. Existem programas que dispem de capacidade de animao para identificar problemas com partes mveis e outras situaes dinmicas. Nesta fase o produto precisamente dimensionado e as tolerncias so definidas no grau requerido para a fabricao.

18 Documentao e Desenho Aps o estgio anterior, o projeto pode ser reproduzido em plotters para documentao e referncia. Nesta fase, desenhos de detalhe e fabricao podem ser obtidos.

Manufatura Auxiliado por ComputadorComputer Aided manufacturing (CAM) consiste no uso de computadores e da tecnologia de informtica para auxiliar em todas as fases de manufatura de um produto, incluindo processos, planejamento de produo, usinagem, agendamento, gerenciamento e controle de qualidade. Em funo dos benefcios, o projeto auxialiado por computador e a manufatura auxiliada por computador so freqentemente combinados em sistemas denominados CAD/CAM. Esta combinao permite a transferncia de informaes do projeto para o planejamento da manufatura do produto sem necessidade de reentrar dados da geometria do produto manualmente. O banco de dados gerado no CAD armazenado e processado pelo CAM, gerando dados e instrues para operao e controle de mquinas de produo, equipamentos de manipulao de materiais, e teste e inspees automatizadas. Nas operaes de usinagem, um importante recurso do CAD/CAM a sua capacidade de gerar o caminho das ferramentas para vrias operaes tais como torneamento, fresamento e furao. Os programas para o controle numrico das mquinas so geradas pelo sistema e podem ser modificados pelo programador para otimizar as operaes. O engenheiro ou tcnico pode visualizar o caminho da ferramenta para verificar a possibilidade de colises com morsas, dispositivos , ou outras interferncias. O caminho da ferramenta pode ser modificado a qualquer hora, para implementar outras partes a serem usinadas. Sistemas CAD/CAM permitem a codificao e classificao de peas em grupos com formato semelhantes, utilizando cdigos alfanumricos. A inovao introduzida pelos sistemas CAD/CAM causou grande impacto na rea de manufatura, pela padronizao do desenvolvimento de produtos e reduo do trabalho de projeto, testes e necessidade de prottipos, o que trouxe significativa reduo de custos e aumento de produtividade. O Boeing 777, por exemplo, foi projetado completamente em computador com 2000 workstations ligadas a 8 compuatdores. O avio foi construdo diretamente a partir do sistema CAD/CAM desenvolvido (um sistema CATIA melhorado),

19 no foram necessrios prottipos. O custo de desenvovimento foi da ordem de US$ 6 bilhes. Algumas aplicaes tpicas do CAD/CAM so: programao para controle numrico, controle numrico computadorizado, e robs industriais; projeto de matrizes e moldes para fundio, onde as contraes podem ser previstas; matrizes para operaes de estampagem, como matrizes complexas para conformao de chapas e ferramentas de estampagem progressiva; projeto de ferramentas, suportes e eletrodos de eletroeroso; controle de qualidade e inspeo atravs de mquinas de medio de coordenadas comandadas numericamente; planejamento de processos e programao; e layout de fbrica.

Planejamento de Processos Auxiliado por ComputadorPara que uma operao de manufatura seja eficiente, todas as atividades envolvidas devem ser planejadas. Esta atividade tradicionalmente feita pelo planejador de processos. Planejamento de processos est relacionado a seleo de mtodos de produo: ferramentas, dispositivos de fixao, mquinas, seqncia de operaes e montagem. A seqncia de processos e operaes a serem realizadas, as mquinas a serem utilizadas, o tempo padro para cada operao, e outras informaes so documentadas na folha de processo. Quando elaborada manualmente, esta tarefa trabalhosa e demorada dependente da experincia do planejador de processos. A tendncia atual de manter a folha de processos no computador e a pea ser identificada por um cdigo, quando necessrio a mesma pode ser consultada no computador. O Planejamento de processos auxiliado por computador executa a tarefa de planejamento de processos considerando toda a operao como um sistema integrado, ento cada operao individual e passos envolvidos na fabricao de cada pea so coordenados com outros e so executados eficientemente de modo confivel. O CAPP um importante parceiro do CAD e do CAM.

20 Apesar do CAPP necessitar de sistemas computacionais complexos e coordenao com o CAD/CAM ele uma ferramenta poderosa para planejamento e programao eficiente das operaes de manufatura. CAPP particularmente til no caso de lotes pequenos, e grande variedade de peas que necessitem de operaes de usinagem, conformao e montagem. Existem dois tipos de sistemas CAPP: variante e generativo. O variante, tambm denominado derivativo, baseia-se no uso de processos padres para cada tipo de pea. Aps a seleo de um plano padro, o mesmo pode ser alterado para considerar caractersticas particulares da pea, gerando aps este procedimento a folha de processos para a pea. O generativo gera automaticamente o plano de processos com base nos procedimentos lgicos que so tradicionalmente utilizados por planejador de processos. Sistemas deste tipo so complexos porque eles devem possuir um conhecimento amplo e detalhado das formas e dimenses da pea, capacidades de processo, seleo de mtodos de manufatura, mquinas e ferramentas, e a seqncia de operaes a ser realizada. O sistema generativo capaz de criar novos planos ao invs de utilizar e modificar planos existentes, como o variante faz. Apesar da sua utilizao mais restrita, o sistema generativo apresenta as seguintes vantagens: flexibilidade e consistncia no planejamento de processos para novos produtos e alta qualidade de planejamento por causa da capacidade de deciso lgica que pode otimizar o plano e utilizar tecnologias de manufatura atualizadas. O planejamento de processos por computador podem ser integrados no planejamento e controle dos sistemas de produo. Estas atividades formam um subsistema do CIM. Com isso vrias funes podem ser desempenhadas como: planejamento da capacidade da planta para satisfazer o plano de produo, controle de estoques, compras e plano de produo. As vantagens do CAPP com relao aos mtodos tradicionais de planejamento de processos so os seguintes: A padronizao do plano de processos aumenta a produtividade do planejador de processos, reduz tempo de preparao, reduz custos de planejamento, aumenta a qualidade e confiabilidade do produto. Os planos de processos podem ser preparados para peas com similaridades de forma e podem ser reutilizados na produo de novas peas.

21 Os planos de processos podem ser modificados para satisfazer determinadas necessidades. Folhas de processos podem ser preparadas rapidamente. Outras funes tais como: estimativa de custos e padres de trabalho podem ser incorporados no CAPP.

Material-Requirements Planning (MRP) e Manufacturing Resource Planning (MRP-II)Sistemas computacionais para gerenciamento de estoques e planejamento de entregas de matrias primas e ferramentas so denominados sistemas de planejamento de necessidades de materiais. Esta atividade, algumas vezes classificada como controle de estoques, consiste do registro dos estoques de materiais, suprimentos, peas em vrios estgios de fabricao, ordens de fabricao, compras e programao. Vrios arquivos so normalmente utilizados no plano mestre de produo.Estes arquivos referem-se aos requisitos de matrias primas, estrutura de produtos (itens que compe um produto, como componentes, sub montagens e montagens) e planejamento. Um desenvolvimento do MRP que atravs de feedback controla todos os aspectos do planejamento da manufatura o MRP II , apesar da sua complexidade, ele capaz de planejar de modo real a produo, monitorar os resultados verdadeiros em termos de performance. Um recente avano nesta rea o enterprise resource planning (ERP) que engloba tambm o markenting e regras de negcios.

Simulao em Computador dos Processos e Sistemas de ManufaturaSimulao de processos tem duas formas bsicas: Pode ser o modelo de uma operao especfica com o intuito de determinar a viabilidade do processo, otimiza-lo ou aumentar sua performance;

22 Pode modelar vrios processos e suas inter relaes com o intuito de auxiliar planejadores de processos e projetistas de plantas na definio do layout de mquinas e recursos. Processos de fabricao especficos podem ser modelados, por exemplo, com anlise de elementos finitos. Problemas tpicos so a anlise de viabilidade, por exemplo, conformao de chapas em matriz e otimizao de processo, por exemplo, anlise do escoamento em operaes de forjamento para identificar defeitos potenciais ou projeto de moldes de fundio para eliminar pontos quentes, uniformizar o resfriamento e minimizar defeitos. A simulao de um sistema de manufatura com vrios processos e equipamentos auxilia engenheiros de fbrica a organizar as mquinas e a identificar pontos crticos no processo. Adicionalmente, estes modelos podem auxiliar engenheiros de fabricao com o planejamento e roteamento (por simulao de eventos discretos).

Tecnologia de Grupo (GT)Muitas peas so similares com relao a forma e mtodo de manufatura.Tradicionalmente, cada pea vista como nica e produzida em lotes individualizados. Tecnologia de Grupo um conceito que procura tirar vantagem das similaridades geomtricas e de fabricao entre as peas a serem produzidas. Este conceito, inicialmente desenvolvido na Europa por volta de 1900, inicia com a classificao das peas e registro das mesmas em arquivos ou em pastas. O conceito evoluiu nos anos 50 e o termo tecnologia de grupo foi utilizado pela primeira vez em 1959. A difuso do conceito ocorreu paralelamente a disponibilidade de computadores nos anos 70. A similaridade nas caractersticas de peas semelhantes possibilita a obteno de benefcios atravs da classificao e codificao destas peas em famlias. Observaes em fbricas indicam que comum a existncia de similaridades entre as peas, estas observaes consideram as peas individuais de cada produto. Como exemplo, consideremos uma bomba dgua, ela pode ser decomposta em componentes bsicos como: motor, eixos, vedaes, flanges, etc. Apesar da variedade de bombas manufaturadas, cada um destes componentes basicamente o mesmo em termos de

23 projeto e mtodos de fabricao. Conseqentemente todos os eixos podem ser colocados na famlia de eixos. Este conceito torna-se importante em vista da crescente demanda do mercado por grande variedade de produtos, cad um em menor quantidade. Nestas condies manter a eficincia em operaes em lote difcil. O tradicional fluxo de produtos na fabricao em lotes com mquinas arranjadas em grupos do mesmo tipo, denominado layout funcional no eficiente por causa da movimentao desnecessria de produtos em processo. O layout celular por outro lado minimiza as movimentaes de produtos em processo. As principais vantagens da tecnologia de grupo so: Torna possvel a padronizao do projeto de peas e minimizao da duplicao de projetos. Os projetos de peas novas podem ser feitos utilizando projetos similares j desenvolvidos. Facilita a construo e acesso a informaes em bancos de dados. Custos de manufatura podem ser estimados mais facilmente, e informaes estatsticas sobre materiais, processos, nmero de peas e outros fatores podem ser facilmente obtidos. Planos de processo podem ser padronizados e programados mais eficientemente, ordens de produo podem ser agrupadas aumentando a eficincia e a utilizao de mquinas melhorada. Tempos de preparao so reduzidos, e as peas so produzidas mais eficientemente e com melhor qualidade. Ferramentas similares, dispositivos de fixao e mquinas so compartilhadas na produo de famlias de peas. Com a implementao do CAD/CAM, manufatura celular, e CIM, a tecnologia de grupo capaz de melhorar significativamente a produtividade e reduzir custos na produo de lotes pequenos como em produo em massa. Dependendo do nvel de implementao, os custos podem diminuir de 5 a 75%.

Clulas de Manufatura

24 O conceito de tecnologia de grupo pode ser implementado efetivamente na manufatura celular, que consiste de uma ou mais clulas de manufatura. Uma clula de manufatura uma pequena unidade composta por uma ou mais estaes de trabalho, dentro de um sistema de manufatura. Uma estao de trabalho normalmente possui uma mquina ou vrias mquinas que executam diferentes operaes nas peas. As mquinas podem ser modificadas, reequipadas e re-agrupadas para linhas de produtos diferentes dentro da mesma famlia de peas. Clulas de manufatura so efetivas na produo de famlias de peas que possuem demanda constante. Inicialmente, a manufatura celular foi utilizada na usinagem e em conformao de chapas.As mquinas ferramentas normalmente utilizadas em clulas de manufatura so tornos, fresadoras, furadeiras, retificadoras, mquinas de eletroeroso e centros de usinagem. Na conformao de chapas, os equipamentos so cortadeiras, puncionadeiras, dobradeiras e outras mquinas de conformao. A manufatura celular tem algum grau de controle automtico para as seguintes operaes: Alimentao e retirada de matria-prima e peas nas estaes de trabalho; Troca de ferramentas nas estaes de trabalho; Transferncia de peas em processo e ferramentas entre estaes de trabalho; Programao e controle da toda operao na clula.

O principal nestas atividades o sistema de transporte de materiais para transferir materiais e peas entre as estaes de trabalho. Em clulas de usinagem supervisionadas por um operador materiais podem ser movidos e transferidos manualmente pelo operador ou por robs industriais posicionados na parte central da clula. Equipamentos automatizados de inspeo e teste podem fazer parte desta clula. Uma caracterstica importante da manufatura em clula a economia obtida na reduo do trabalho em andamento e na rpida deteco de problemas na qualidade do produto, estes fatos incrementam a produtividade. Adicionalmente, por causa da variedade de mquinas e processos , o operador torna-se multifuncional e com isso evita-se o tdio de trabalhar-se sempre na mesma mquina. De um modo geral, obtm-se aumento de produtividade, reduo de tempo e trabalho de preparao porque as peas fabricadas na clula possuem algum grau de similaridade.

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Layout de Clulas de ManufaturaEm funo das caractersticas singulares das clulas de manufatura a implementao das mesmas requer a reorganizao da planta industrial e rearranjo das linhas de produo. As mquinas podem ser organizadas em linha , em forma de U, em forma de L ou na forma de lao. Para clulas onde os materiais so manipulados por um operador a forma em U mais conveniente e eficiente porque o operador pode alcanar facilmente vrias mquinas. Com transporte mecanizado o arranjo linear e na forma de lao so mais eficientes. A seleo de mquinas e manipuladores deve levar em conta fatores como: taxa de produo, tipo de produto, forma, tamanho e peso.

Clula de Manufatura FlexvelConsiderando-se as mudanas que tem ocorrido no mercado consumidor que quer maior variedade de produtos e em menores quantidades torna-se necessrio flexibilizar as operaes de manufatura. As clulas de manufatura podem ser flexibilizadas pelo uso de mquinas CNC, centros de usinagem, e por meio de robs industriais e outros sistemas mecanizados de manipulao de materiais. As clulas de manufatura flexveis requerem maior ateno, seu projeto e operao so mais exigentes que para outros tipos de clula. A seleo de mquinas e robs, incluindo tipos e capacidades dos atuadores e seus controles, so importantes para o bom funcionamento da FMC. A probabilidade de mudanas significativas na demanda por famlias de peas deve ser considerada no projeto da clula, para garantir que os equipamentos tenham flexibilidade e capacidades adequadas. O custo das clulas de manufatura flexveis alto, porque requer um nmero maior de mquinas ferramenta, mas esta desvantagem compensada pelo aumento da velocidade de fabricao, flexibilidade e controle do processo.

Sistemas Flexveis de Manufatura

26 Um sistema de manufatura flexvel (flexible manufacturing system FMS) integra os principais elementos de manufatura em um sistema altamente automatizado. Inicialmente utilizado no final dos anos 60, FMS consiste de vrias clulas de manufatura, cada uma equipada com um rob industrial e um sistema automatizado de manipulao de materiais, todos interligados a um computador central. Este sistema altamente automatizado e capaz de otimizar cada passo da operao de manufatura. Estes passos podem envolver um ou mais processos e operaes como usinagem, retificao, corte, conformao, metalurgia do p e tratamento trmico, bem como a manipulao de matrias primas, inspeo e montagem. As aplicaes mais comuns de FMS so em usinagem e operaes de montagem. Sistemas de manufatura flexvel representam o mais alto grau de eficincia, sofisticao e produtividade j obtidos em plantas industriais. A flexibilidade do FMS est relacionada a sua capacidade de tratar uma grande variedade de peas e produzi-las em qualquer ordem. O FMS pode ser compreendido como um sistema que combina as vantagens de dois tipos de sistemas: linhas de montagem que apresentam alta produtividade, mas so inflexveis, e por encomenda que podem produzir grande variedade em mquinas isoladas, mas com ineficincia. No FMS o tempo necessrio para mudar a programao de produo pequeno. A resposta rpida ao produto e variaes de demanda de mercado a principal caracterstica do FMS.

Elementos do FMSOs componentes bsicos de um sistema de manufatura flexvel so: Estaes de trabalho; Manipuladores e transportadores de materiais e peas automatizados. Sistemas de controle.

As estaes de trabalho so preparadas para permitir grande eficincia na produo com um fluxo coordenado de materiais, peas e produtos no sistema. Os tipos de mquinas nas estaes de trabalho dependem do tipo de produo. Para operaes de usinagem utilizam-se centros de usinagem de 3 a 5 eixos, tornos CNC, fresadoras, furadeiras e retificadoras. Alm destes, so utilizados outros equipamentos

27 como sistemas de inspeo automatizados como mquinas de medio de coordenadas, equipamentos para montagem e limpeza. Outros tipos de fabricao onde se pode utilizar FMS so conformao de chapas, puncionamento e corte e forjamento, onde se utilizam fornos, prensas de forjamento, prensas de rebarbao, equipamentos para tratamento trmico e equipamentos para limpeza de peas. Por causa da flexibilidade do FMS, sistemas de manipulao de materiais, armazenamento e busca so muito importantes. A manipulao de materiais controlada por um computador central e feita por veculos guiados automaticamente (automated guided vehicles AGV) , correias e outros mecanismos de transporte. O sistema capaz de transportar matrias primas, peas em bruto e peas em vrios estgios de acabamento para qualquer mquina e a qualquer momento. Peas prismticas so normalmente transportadas em pallets especificamente projetados. Peas com simetria rotacional so normalmente transportadas por dispositivos mecnicos e robs. O crebro do FMS o seu sistema de controle por computador, composto por vrios programas e equipamentos. Este subsistema controla as mquinas e equipamentos nas estaes de trabalho e o transporte de matrias prima, peas em bruto, e peas em vrios estgios de acabamento de uma mquina para outra. Este sistema tambm responsvel pelo armazenamento de dados e pode apresentar os dados em terminais.

ProgramaoO FMS necessita de grandes investimentos de capital, por isso a utilizao eficiente das mquinas essencial, as mquinas no podem ficar paradas. Deste modo, uma programao de produo adequada crucial. A programao para FMS dinmica, ao contrrio da utilizada na fabricao seriada, onde a programao relativamente rgida. O sistema de programao para FMS especifica os tipos de operaes a serem executados em cada pea, e identifica as mquinas ou clulas de manufatura a serem utilizadas. Programao dinmica capaz de responder a rpidas mudanas no tipo do produto e tambm responder a decises em tempo real.

28 Por causa da flexibilidade no FMS, no ocorre desperdcio de tempo de preparao na troca de operaes de manufatura, o sistema capaz de executar operaes diferentes em seqncias diferentes e em mquinas diferentes. Entretanto, as caractersticas, performance, e confiabilidade de cada componente do sistema deve ser verificada, para garantir que as peas passando entre as estaes de trabalho tenham qualidade aceitvel e exatido dimensional.

Retorno financeiro do FMS

Produo Just-in-Time (JIT)O conceito de produo just-in-time foi implementado no Japo para eliminar desperdcios de materiais, mquinas, capital, mo de obra e estoque no sistema de manufatura. O conceito JIT tem os seguintes objetivos: Receber os suprimentos no momento exato em que so utilizados; Produzir peas no momento exato em so utilizadas em sub montagens; Produzir sub montagens no momento exato que so utilizadas na montagem do produto final; Produzir e entregar os produtos acabados no momento exato em que so vendidos.

Na manufatura tradicional as peas so feitas em lotes, colocadas em estoque e utilizadas quando for necessrio. Este mtodo conhecido um sistema que empurra, significando que as peas so feitas de acordo com uma programao e so estocadas para serem usadas se e quando elas forem necessrias. Por outro lado, just-in-time sistema que puxa, que significa que as peas so produzidas para uma venda fechada e a produo combinada com a demanda para montagem final do produto. No h armazenamento de itens, com a produo ideal de quantidade consegue-se estoque zero, produo sem estoques, e programao da demanda. Alm disso, as peas so inspecionadas pelos funcionrios assim que so produzidas e so utilizadas em um intervalo curto de tempo.

29 Dessa forma, os funcionrios mantm um controle contnuo da produo, identificando imediatamente peas defeituosas, e reduzindo variaes do processo produzindo produtos de qualidade. O funcionrio orgulha-se da boa qualidade do produto, e tambm movimentaes adicionais de peas estocadas em processo so eliminadas. A implementao do conceito JIT requer que todos os aspectos das operaes de manufatura sejam revistos e monitorados, de modo que todas as operaes e usos de recursos que no adicionam valor sejam eliminadas. Este mtodo enfatiza o sentimento de satisfao e dedicao na produo de produtos de alta qualidade, a eliminao de recursos inteis, trabalho em equipe entre funcionrios, engenheiros e gerncia para resolver rapidamente qualquer problema. O conceito JIT considera importante os prazos de entrega de suprimentos e peas de fornecedores externos e de outras divises da empresa, este aspecto influencia a reduo de estoques. Como resultado, a necessidade de reas para estocagem pequena e estas reas podem ser utilizadas para atividades produtivas. Dos fornecedores espera-se que eles entreguem diariamente as mercadorias pr-inspecionadas conforme elas sejam necessrias produo. Esta soluo necessita de fornecedores confiveis, cooperao e confiana entre a empresa e seus vendedores e um sistema de transporte confivel. Para uma operao mais uniforme necessrio trabalhar com um nmero reduzido de fornecedores. Por exemplo, a Apple Computer reduziu de 300 para 70 fornecedores. Apesar dos conceitos bsicos do JIT terem origem Norte Americana , eles foram postos em prtica em larga escala em 1953 pela Toyota com o nome de Kanban, que significa registro visvel ou carto. Estes cartes normalmente so de dois tipos: Carto de produo: que autoriza a produo de um container ou carrinho com peas idnticas em uma estao de trabalho. Carto de transporte: que autoriza a transferncia de um continer ou carrinho de peas de uma particular estao de trabalho para outra onde as peas sero utilizadas.

Os cartes contm informaes sobre o tipo da pea, o local de circulao, o cdigo da pea, e o nmero de peas. Estes cartes tm sido substitudos por cdigos de barras e

30 outros dispositivos. O nmero de contineres em circulao a qualquer momento completamente controlados e podem ser programados para mxima eficincia na produo. As vantagens do JIT so as seguintes: baixos custos de manuseio de estoque; Rpida deteco de defeitos na produo ou nos suprimentos. Diminuio das atividades de inspeo e retrabalho de peas. Alta qualidade das peas produzidas a baixo custo.

Podem existir grandes variaes, mas a implementao do JIT resulta em reduo de 20 a 40% no custo do produto, de 60 a 80% nos custos de estoque, e at 90% no custo de peas rejeitadas, de 90% em tempos mortos, 50% em retrabalho e custos de garantia e incremento de 30 a 50% na produtividade do trabalho direto e de 60% na produtividade do trabalho indireto.

BibliografiaKALPAKJIAN, S. ; SCHIMID, S.R. ; Manufacturing Engineering and Technology; 4o edio; Prentice Hall; London; 2001.

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Efeitos Ambientais das Atividades de ManufaturaAtualmente os efeitos adversos das atividades industriais na sade dos trabalhadores e no ambiente so reconhecidos pelos industriais, pblico em geral e governo. As condies do ambiente e controle da qualidade do ar, gua e solo so aspectos importantes na atividade industrial bem como a conservao dos recursos naturais. As atividades industriais potencialmente podem causar a nvel global: mudanas climticas, destruio da camada de oznio, destruio da biodiversidade, e a nvel local, vazamentos de leo, contaminao do solo em locais de armazenamento de dejetos, disseminao de produtos venenosos e vazamentos em tanques de armazenamento. No Brasil, o IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente), a CETESB (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental), o Ministrio do meio Ambiente, oCONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), a ABNT (Associao Brasileira de Normas

Tcnicas) so rgos responsveis pela elaborao de regras, legislao, pesquisa e fiscalizao das atividades que podem interferir com o meio ambiente. A seguir, apresentam-se dois textos extrados do site da CETESB

http://www.cetesb.sp.gov.br/index.htm o primeiro sobre poluio e o segundo preveno poluio. Neste mesmo site pode-se obter informaes adicionais sobre o tema.

Poluio caracterstica da atividade humana provocar desequilbrios. Da mesma forma como o homem obtm energia e trabalho a partir de desequilbrios trmicos (nas mquinas a vapor ou de exploso) ou de desequilbrios mecnicos (energia hidrulica) ou de desequilbrios qumicos (pilhas eltricas) ou ainda desequilbrios atmicos (energia nuclear), ele procura, atravs de desequilbrios ecolgicos, obter maior rendimento energtico.

Quando alterao ecolgica afeta, de maneira nociva, direta ou indiretamente, a vida e o bem estar humano, trata-se de poluio. a modificao de caractersticas de um ambiente de modo a torn-lo imprprio s formas de vida que ele normalmente abriga. Uma pequena

32 reduo de teor normal de oxignio de um curso de gua, por exemplo, causado por uma insignificante elevao de sua temperatura, pode provocar o desaparecimento e substituio de um grande nmero de pequenos seres excepcionalmente vidos de oxignio, como as larvas de liblulas. Isso pode se constituir numa sria alterao ecolgica em um rio de montanha, de guas muito frias, pois provoca uma sensvel mudana qualitativa de sua flora e fauna. Mas se a queda de concentrao de oxignio for insuficiente para afetar a vida de peixes e a fauna original for substituda por organismo que ainda lhe sirvam de alimento, essa alterao ecolgica no poder ser considerada poluio.

A nocividade da poluio tem um carter passivo e no ativo. Caracteriza-se pela perda das condies propcias vida de determinadas espcies vegetais e animais. Um incndio no um fator ecolgico e, assim, no poluio. O fogo, alm disso, no tem valor seletivo, do ponto de vista biolgico.

A presena e a permanncia de um txico na gua de um rio pode ter valor seletivo, eliminando parte da poluio biolgica e permitindo a sobrevivncia e a proliferao da outra parte ou mesmo o aparecimento de nova flora em substituio s primeiras. Mas um elemento ativo e no passivo. Da mesma forma, o lanamento de uma rede de pesca tem valor seletivo, destruindo apenas certos tipos de organismos (peixes) de acordo com seu tamanho. Mas, sendo um processo ativo, no pode ser considerado elemento ecolgico ou poluidor. Texto do Prof. Samuel Murgel Branco (ex-diretor da Cetesb)

Preveno Poluio - Conceitos e definiesIntroduo

A estratgia de reduo ou eliminao de resduos ou poluentes na fonte geradora consiste no desenvolvimento de aes que promovam a reduo de desperdcios, a conservao de recursos naturais, a reduo ou eliminao de substncias txicas (presentes em matrias-primas ou produtos auxiliares), a reduo da quantidade de resduos gerados por processos e produtos, e conseqentemente, a reduo de poluentes lanados para o ar, solo e guas. Diversos termos, tais como: Produo mais Limpa (Cleaner Production), Preveno

33 Poluio (Pollution Prevention), Tecnologias Limpas (Clean Technologies), Reduo na Fonte (Source Reduction) e Minimizao de resduos (Waste Minimization) tm sido utilizados, ao redor do mundo, para definir este conceito. Algumas vezes, estes termos so considerados sinnimos, e, s vezes, complementares, requerendo uma anlise aprofundada das aes e das propostas inseridas dentro de cada contexto. A CETESB utiliza os termos Preveno Poluio (P2) e Produo mais Limpa (P+L). O primeiro j consagrado nos EUA (Estados Unidos da Amrica) e foi disseminado pela EPA (Agncia Ambiental Americana), atravs de um Decreto Lei promulgado pelo Governo Federal Americano, em 1990. O segundo foi definido pelo UNEP (Organizao Ambiental das Naes Unidas) durante o lanamento do Programa de Produo mais Limpa, em 1989. O glossrio apresentado a seguir tem a finalidade de promover uma uniformizao terminolgica relativo ao tema Preveno da Poluio e Produo+Limpa, de modo a facilitar a compreenso deste assunto e ressaltar que qualquer ao que promova a reduo ou eliminao de poluentes na fonte geradora deve sempre ser priorizada dentro da hierarquia de gerenciamento ambiental.Definies Minimizao de resduos: inclui qualquer prtica, ambientalmente segura, de reduo na

fonte, reuso, reciclagem e recuperao de materiais e/ou do contedo energtico dos resduos, visando reduzir a quantidade ou volume dos resduos a serem tratados e adequadamente dispostos. (CETESB, 1998) Produo mais limpa (P+L): a aplicao contnua de uma estratgia ambiental preventiva integrada aos processos, produtos e servios para aumentar a eco-eficincia e reduzir os riscos ao homem e ao meio ambiente. Aplica-se a:

Processos Produtivos: conservao de matrias-primas e energia, eliminao de matriasprimas txicas e reduo da quantidade e toxicidade dos resduos e emisses; Produtos: reduo dos impactos negativos ao longo do ciclo de vida de um produto desde a extrao de matrias-primas at a sua disposio final; Servios: incorporao das preocupaes ambientais no planejamento e entrega dos servios. Produo +Limpa requer mudanas de atitude, garantia de gerenciamento ambiental

34 responsvel, criao de polticas nacionais direcionadas e avaliao de alternativas tecnolgicas. (Conferncia das Amricas-1998) Preveno Poluio (P2) ou Reduo na Fonte: Refere-se a qualquer prtica, processo, tcnica ou tecnologia que vise a reduo ou eliminao em volume, concentrao e/ou toxicidade dos resduos na fonte geradora. Inclui modificaes nos equipamentos, nos processos ou procedimentos, reformulao ou replanejamento de produtos, substituio de matria-prima e melhorias nos gerenciamentos administrativos e tcnicos da entidade/empresa, resultando em aumento de eficincia no uso dos insumos (matriasprimas, energia, gua etc). As prticas de reciclagem fora do processo, tratamento e disposio dos resduos gerados, no so consideradas atividades de Preveno Poluio, uma vez que no implicam na reduo da quantidade de resduos e/ou poluentes na fonte geradora, mas atuam de forma corretiva sobre os efeitos e as conseqncias oriundas do resduo gerado. (USEPA, 1990) Reuso: qualquer prtica ou tcnica que permite a reutilizao do resduo, sem que o mesmo seja submetido a um tratamento que altere as suas caractersticas fsico-qumicas. (CETESB, 1998) Reciclagem: qualquer tcnica ou tecnologia que permite o reaproveitamento de um resduo, aps o mesmo ter sido submetido a um tratamento que altere as suas caractersticas fsico-qumicas. A reciclagem pode ser classificada como: Reciclagem dentro do processo: permite o reaproveitamento do resduo como insumo no processo que causou a sua gerao. Exemplo: reaproveitamento de gua tratada no processamento industrial. Reciclagem fora do processo: permite o reaproveitamento do resduo como insumo em um processo diferente daquele que causou a sua gerao. Exemplo: reaproveitamento de cacos de vidro, de diferentes origens, na produo de novas embalagens de vidro. (CETESB, 1998)

35Hierarquia de gerenciamento ambiental de resduo

A figura mostra, esquematicamente, um modelo de gerenciamento ambiental, cuja estratgia visa priorizar as aes de P2 dentro do contexto da minimizao de resduos e /ou poluentes. Na impossibilidade de implementar aes de P2, outras medidas de minimizao de resduos, tais como reciclagem e reuso fora do processo, devem ser consideradas, pois promovem a conservao de recursos naturais e reduzem os impactos ambientais causados pelo armazenamento, tratamento e disposio final de resduos. Finalmente, medidas adequadas de controle ambiental devem ser consideradas para o tratamento e disposio final ambientalmente segura dos resduos e/ou poluentes remanescentes. A escolha da melhor opo para uma determinada situao depender de um estudo prvio de viabilidade tcnica e econmica a ser realizado pela organizao, bem como da avaliao dos benefcios ambientais e econmicos resultantes das medidas a serem implementadas. Quem pode implementar aes de P+L/P2? Qualquer pessoa / organizao que: - visa otimizar o uso de insumos / recursos disponveis (gua, energia, matrias-primas,

36 etc.) - visa reduzir a gerao de resduos ou o uso de substncias perigosas em suas atividades ou processos produtivos - deseja melhorar a qualidade ambiental local e global - visa o bem estar da comunidade e das futuras geraes - visa operar de forma ambientalmente segura e responsvel - deseja alcanar um estgio superior ao de seus concorrentes em relao melhoria da qualidade ambiental - visa reduzir os custos envolvidos no tratamento de resduos, na compra de matriasprimas e nos processos produtivos Como fazer? Qualquer pessoa pode implementar aes de P+L/P2, adotando simples atitudes no seu dia-a-dia, tais como: otimizar o uso de gua, energia e demais recursos, evitando o desperdcio; dar preferncia compra de materiais que causem menor impacto ambiental; deixar o carro prprio na garagem, reutilizar embalagens; separar materiais reciclveis e enviar para um centro de coleta seletiva. A implementao de aes de P+L/P2 por uma organizao implica no desenvolvimento de um Programa de P2. A metodologia sugerida pela CETESB obedece a seguinte seqncia: comprometimento da direo da empresa definio da equipe de P2 elaborao da Declarao de Intenes estabelecimento de prioridades objetivos e metas elaborao de cronograma de atividades disseminao de informaes sobre P2 levantamento de dados definio de indicadores de desempenho identificao de oportunidades de P2 levantamento de tecnologias avaliao econmica seleo das oportunidades de P2

37 implementao das medidas de P2 avaliao dos resultados manuteno do programa * Vide informaes mais detalhadas no Manual de Implementao de um Programa de Preveno Poluio disponvel para "download" Quais os benefcios ? A implementao de aes de P+L/P2 resulta em: - Melhoria da cidadania e desenvolvimento sustentvel - melhor qualidade de vida e melhoria da conscientizao ambiental - melhoria da qualidade ambiental local e global - economia de consumo de gua e energia - reduo do uso de matrias-primas txicas - reduo da gerao de resduos - aumento da segurana no ambiente de trabalho, com conseqente reduo de afastamentos por acidentes - reduo ou eliminao de resduos, com conseqente reduo dos gastos relativos ao gerenciamento dos mesmos - minimizao da transferncia de poluentes de um meio para o outro - melhoria do desempenho ambiental - reduo ou mesmo eliminao de conflitos junto aos rgos de fiscalizao - melhoria da motivao dos funcionrios - melhoria da imagem pblica da empresa - reduo de possveis conflitos com a comunidade circunvizinha - melhoria da competitividade da empresa e da qualidade do produto

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Processos Avanados de UsinagemIntroduoOs processos de usinagem convencionais removem material por formao de cavaco, abraso ou microusinagem. Existem situaes onde estes processos no so adequados, econmicos ou viveis, pelas seguintes razes: Dureza e resistncia do material elevadas (acima de 400 HB) ou o material muito frgil. A pea muito flexvel, ou delicada para resistir as foras de usinagem, ou as peas so de difcil fixao. A forma da pea complexa, incluindo caractersticas externas e internas ou furos de pequeno dimetro em bicos injetores de combustvel. Requisitos de acabamento superficial e tolerncia dimensional so mais rigorosos. Aquecimento e tenses residuais na pea no so desejados ou permitidos.

Estas necessidades levaram ao desenvolvimento de outros mtodos de remoo de material baseados em processos qumicos, eltricos, laser, e outros. Com incio nos anos 1940, estes mtodos avanados, que no passado foram chamados de no tradicionais ou no convencionais, so apresentados na tabela. Quando selecionados e aplicados de modo apropriado, os processos de usinagem avanados oferecem mais vantagens tcnicas e econmicas que os processos tradicionais.

Tabela 1 Caractersticas dos Processos Avanados de Usinagem. Parmetros de Processo e taxas de remoo de material ou velocidades de corte tpicas Usinagem Qumica Cavidades rasas (at 12 mm) em superfcies planas 0,0025 a 0,1 (CM) ou curvadas; corte de chapas finas, baixo custo demm/min ferramentas e equipamentos; adequado para lotes pequenos Usinagem Formas complexas com cavidades profundas; a V: 5 a 25 DC; A: Eletroqumica (ECM) maior taxa de remoo de material entre os processos1,5 a 8 A/mm2; 2,5 a no tradicionais; equipamentos e ferramentas caras;12 mm/min alto consumo de energia; lotes mdios e grandes. (dependendo da densidade de corrente) Processo Caractersticas

39 Parmetros de Processo e taxas de remoo de material ou velocidades de corte tpicas densidade de corrente) Retificao Corte e afiao de materiais duros, tais como A: 1 a 3 A/mm2; Eletroqumica (ECG) ferramentas de carboneto de tungstnio; taxa de25 mm3/s remoo de material maior que a da retificao. Eletroeroso (EDM) Conformao e corte de peas complexas feitas de V: 50-380; A: 0,1 a materiais duros, podem provocar danos na superfcie,500; 300 mm3/min. tambm utilizada como retificao e processo de corte; equipamentos e ferramentas caras. Eletroeroso a Fio Corte de contornos de superfcies planas ou curvas; equipamento caro. Usinagem por Laser Corte e furao em materiais de pequena 0,5 a 7,5 m/min. (LBM) espessura; zona termicamente afetada; no necessita vcuo; equipamentos caros; alto consumo de energia. Usinagem por Feixe de Corte e furao em materiais de pequena 1 a 2 mm3/min. Eltrons (EBM) espessura; furos de pequeno dimetro; zona termicamente afetada; necessita vcuo; equipamento caro. Usinagem por Jato d' Corte de todos os tipos de materiais no metlicos. Agua (WJM) Adequado para corte de contornos; no afeta termicamente o material; barulhento. Usinagem por Jato Corte de materiais metlicos e no metlicos; At 7,5 m/min. d' Agua Abrasiva (AWJM) multicamada. Usinagem por jato Corte, limpeza de materiais metlicos e no abrasivo (AJM) metlicos; controlado manualmente; tende a arredondar os cantos cortados; perigoso. Processo Caractersticas

Usinagem QumicaA usinagem qumica baseia-se no ataque qumico de metais para remover pequenas quantidades de metal da superfcie utilizando reagentes como cidos e solues alcalinas. Dos processos de usinagem no convencionais, a usinagem qumica o mais antigo, sendo utilizado para marcao de metais e pedras, e mais recentemente na produo de placas de circuitos impressos e chips de microprocessadores. Na usinagem qumica, cavidades rasas podem ser produzidas em placas, chapas, forjados e extrudados para reduo de peso. A profundidade de cavidade pode chegar at 12 mm. O ataque seletivo e controlado por camadas de material, denominadas mscaras ou por imerso parcial no reagente.

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1. O procedimento de usinagem qumica realizado nas seguintes etapas: 2. Remoo de tenses residuais da pea a ser usinada, para evitar deformaes posteriores. 3. Limpeza da superfcie para remoo de qualquer tipo de resduo inclusive xidos resultantes de tratamento trmico. Para permitir perfeita aplicao da mscara e ao do reagente. 4. Aplicao da mscara, na forma de pelcula ou tinta. As mscaras podem ser de borracha, neoprene ou plsticos, importante que no reaja quimicamente com o reagente. 5. Retirada da mscara nas regies que devem ser atacadas 6. Aplica-se o reagente, para alumnio utiliza-se hidrxido de sdio, para aos, usa-se cido ntrico. Durante o ataque deve-se controlar a temperatura e agitao do reagente. 7. Aps o ataque deve-se eliminar completamente o reagente por lavagem. 8. Elimina-se a mscara das regies protegidas, e a pea deve ser novamente lavada. 9. Esta seqncia pode ser repita para obter cavidades com degraus.

Figura 5.12 Peas usinadas quimicamente(adaptado de KALPAKJIAN,2001)

Figura 5.13 Processo de usinagem qumica(adaptado de KALPAKJIAN,2001)

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Em termos de capacidade do processo, as superfcies usinadas apresentam rugosidade Ra na faixa de 0,8 a 6,3 m e a tolerncia dimensional de 0,025 a 0,1 mm. Em alguns casos a usinagem qumica causa problemas como ataque intergranular que diminui a qualidade da superfcie.

EletroerosoEste processo de usinagem remove o material por eroso causada por descargas eltricas. Apesar do princpio ser conhecido desde a descoberta da eletricidade, somente em 1940 foi construda a primeira mquina que utiliza este processo. Uma mquina EDM basicamente composta de eletrodo, pea, fonte DC e fluido dieltrico. Quando a diferena de potencial entre a pea e o eletrodo suficientemente elevada, uma descarga acorre atravs do fluido dieltrico removendo uma pequena quantidade de metal da superfcie da pea. Este processo ocorre na freqncia entre 50 kHz e 500 kHz, com voltagem entre 50 V a 380 V e corrente de 0,1 a 500 A . O fluido dieltrico desempenha um papel importante no processo. Ele atua como um isolante at que a diferena de potencial seja suficientemente alta, retira as partculas removidas de metal e resfria o eletrodo e a pea. Os fluidos dieltricos mais comuns so querosene e gua desionizada. O processo de eletroeroso pode ser utilizado com qualquer material que seja condutor de eletricidade. O ponto de fuso e o calor latente de fuso so importantes para determinar a quantidade de material removido por descarga. Tipicamente a quantidade de material removido por descarga da ordem de 10-6 a 10-4 mm3. Como o processo no trabalha com energia mecnica, a dureza, resistncia e tenacidade no influenciam a taxa de remoo de material. A freqncia de descarga ou a energia por descarga controlam a velocidade de remoo de material. A velocidade de remoo e a rugosidade da superfcie aumentam com o aumento da densidade de corrente e diminuio da freqncia. Os eletrodos para eletroeroso normalmente so feitos de grafite, mas podem ser feitos de cobre ou ligas de cobre. O desgaste do eletrodo compromete a tolerncia dimensional da

42 pea produzida, por isso deve ser mnimo. O desgaste est associado ao ponto de fuso do material, por isso, o melhor material para o eletrodo o grafite.

Figura Representao esquemtica do processo de eletroeroso. (adaptado de KALPAKJIAN,2001)

Figura Mquina de eletroeroso da EDM Solutions.

Usinagem por LaserNa usinagem por laser, a fonte de energia um laser (Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation), que concentra energia luminosa na superfcie da pea. A energia

43 altamente concentrada funde e evapora pequenas regies do material de modo controlado. Este processo, que no necessita de vcuo, utilizado para usinar uma grande variedade de materiais metlicos e no metlicos. Os tipos de laser utilizados nas operaes de fabricao so: CO2. Nd:YAG (neodmio: trio alumnio silicato). Nd: neodmio rubi. Por excitao de molculas.

Na usinagem por laser, a refletividade da superfcie, a condutividade trmica, calor especfico e calor latente de fuso do material so propriedades importantes no processo. Quanto menor forem estas propriedades mais eficiente ser o processo. A superfcie produzida por LBM normalmente rugosa e apresenta uma zona termicamente afetada, que em aplicaes crticas dever ser removida ou tratada termicamente.

Figura

Representao

esquemtica

usinagem

por

laser.

(adaptado

de

KALPAKJIAN,2001)

O feixe de laser pode ser utilizado combinado com fluxo de gs, como oxignio, nitrognio ou argnio (laser-beam torch), para cortar chapas finas. O processo auxiliado por gs inerte a alta presso utilizado no corte de ao inox e alumnio, este processo deixa a

44 regio cortada livre de xidos facilitando a soldagem posterior. Os fluxos de gs tambm auxiliam na retirada de material fundido e vaporizado da superfcie. A usinagem por laser largamente utilizada na furao e corte de metais, no metais, cermicas e materiais compsitos. A natureza abrasiva dos materiais compsitos e a necessidade de limpeza do processo fazem da usinagem por laser uma alternativa interessante. Furos to pequenos quanto 0,005 mm, com relao profundidade-dimetro de 50:1, tem sido produzidos em diversos materiais, apesar de que o mnimo prtico 0,025 mm. Chapas de ao com espessura de 32 mm podem ser cortadas com laser. O uso da usinagem por laser tem aumentado especialmente na indstria eletrnica e automotiva. Furos de sangramento em bombas de combustvel e furos de lubrificao em mancais da transmisso so furados por laser. Os furos de refrigerao das ps do primeiro estgio de turbinas do Boeing 747 so tambm produzidos por laser. Reduo de custos tem sido obtida pelo uso da usinagem por laser. A usinagem por laser tambm pode ser utilizada para: Soldagem. Tratamento trmico localizado e em pequena escala de metais e cermicas para modificar as propriedades mecnicas e tribolgicas da superfcie. Na marcao de peas, com letras, nmeros e cdigos. A marcao pode tambm ser feita por processos tais como: tinta, dispositivos mecnicos como punes, pinos, ou estampos e por gravao. Apesar da utilizao do laser para marcao mais cara que os mtodos tradicionais, ela tem sido utilizada em relao de melhorias na: preciso, reprodutibilidade, flexibilidade, facilidade de automao. A flexibilidade inerente do processo de corte por laser, fixao simples, pequenos tempos de preparao, e a disponibilidade de mquinas multi-kW e sistemas 2D e 3D controlados por computador so recursos atraentes para a utilizao do processo. Consideraes de projeto para peas usinadas por laser: Refletividade da superfcie. Cantos vivos devem ser evitados. Efeitos de elevadas temperaturas devem ser considerados.

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Figura Operao de corte com laser.

Figura Mquina de corte laser da LMI.

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Fabricao de Peas de Plstico e Materiais CompsitosO processamento de plsticos utiliza operaes semelhantes s utilizadas na fabricao de peas de metais. Os plsticos podem ser moldados, fundidos, conformados, usinados e soldados, eles podem ser fabricados em formas variadas com relativa facilidade e em poucas operaes. A temperatura de fuso do plstico baixa, por isso, ao contrrio dos metais eles podem ser facilmente manipulados e necessitam de menos energia para a fabricao. Entretanto, as propriedades das peas e componentes de plstico so grandemente influenciadas pelo mtodo de fabricao e pelos parmetros de processamento, deste modo o controle destes essencial para a qualidade da pea. Plsticos so normalmente adquiridos na forma de gros ou ps, e so amolecidos (termoplsticos) no momento da fabricao. Plsticos esto tambm disponveis na forma de chapas, placas, tarugos e tubos, que podem ser conformados em vrios produtos. Plsticos na forma lquida so utilizados na fabricao de peas de plstico reforadas. Tabela 1 Caractersticas dos processos de fabricao de peas de plstico e materiais compsitos. Processo Extruso Caractersticas Sees longas, uniformes, slidas ou vazadas; alta taxa de produo; baixo custo de ferramentas; tolerncias abertas. Moldagem por Injeo Formas complexas de dimenses variadas, eliminao de montagem, alta taxa de produo; alto custo da ferramenta; boa preciso dimensional. Moldagem de Plstico Aerado Estrutural Peas grandes com elevada relao rigidez peso; ferramentas mais baratas que as utilizadas na moldagem por injeo; baixa taxa de produo. Moldagem por Sopro Peas ocas de paredes finas; alta taxa de produo; baixo custo da ferramenta. Moldagem Rotativa Peas ocas grandes de formato simples; baixo custo da ferramenta; baixa taxa de produo. Termoconformao Cavidades rasas ou relativamente profundas; baixo custo da ferramenta, taxa de produo mdia.

47 Moldagem Compresso Moldagem transferncia por por Semelhante ao processo de forjamento; baixo custo da ferramenta; taxa de produo mdia. Peas mais complexas que as da moldagem por compresso; alta taxa de produo; perda de matria prima; custo da ferramenta mdio. Fundio Formas simples ou complexas fabricadas com moldes flexveis; baixa taxa de produo. Processamento Materiais Compsitos de Ciclos Longos; tolerncias e custos de ferramenta dependem do processo

ExtrusoNo processo de extruso, a matria prima na forma de grnulo ou p termoplstico colocada no funil de alimentao do cilindro de extruso. O cilindro equipado com um parafuso que mistura os grnulos e os transporta atravs do cilindro. O atrito interno da ao mecnica do parafuso ao longo do parafuso com aquecedores, aquece os grnulos e os liquefaz. A ao do parafuso tambm gera presso no cilindro. Os parafusos de extruso possuem trs sees distintas: Alimentao que transporta o material do funil de alimentao para a regio central do cilindro; Fuso ou transio regio onde o calor gerado por atrito e pelos aquecedores causa o incio da fuso. Regio de bombeamento onde a fuso se completa e ocorre aumento da presso.

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Figura

Representao

esquemtica

do

cilindro

de

extruso(adaptado

de

KALPAKJIAN,2001).

O comprimento dessas sees pode ser alterado para acomodar as caractersticas de fuso dos diferentes plsticos. O plstico ou elastmero amolecido forado atravs da matriz, de modo similar a extruso de metais. O produto extrudado ento resfriado ou por exposio ao ar ou por passagem em um canal preenchido com gua. Controle da taxa e uniformidade do resfriamento importante para minimizar contrao e distoro. Formas complexas com seo transversal uniforme podem ser extrudadas com ferramentas de baixo custo. O produto extrudado pode ser cortado no comprimento desejado. Por causa do continuo suprimento de matria prima no funil de alimentao, produtos longos, tais como barras, canais, tubos, perfis, e chapas podem ser extrudados. Um progresso recente a extruso de tubos rgidos de plstico por um processo onde a matriz rotacionada; conseqentemente o polmero cisalhado uniformemente orientado de modo biaxial. O tubo produzido por este processo exibe elevado nvel de resistncia e alta relao resistncia peso. Fios eltricos, cabos e tiras revestidos por plstico tambm so extrudados por este processo. O arame alimentado em uma abertura da matriz a uma velocidade controlada com a extruso do plstico para produzir um revestimento uniforme. Pellets, que so usados em outros processos so fabricados por extruso. Barras de pequeno dimetro so extrudadas e cortadas com pequeno comprimento assim que so

49 extrudadas. Com algumas pequenas alteraes, as extrusoras podem ser utilizadas para fundir o plstico em outros processos tais como moldagem por injeo e moldagem por sopro. Parmetros do processo como rotao do parafuso, temperaturas na parede do cilindro, da matriz, e velocidades de resfriamento e extruso devem ser controladas para extrudar produtos com preciso dimensional uniforme. Uma tela metlica colocada antes da matriz para filtrar material no fundido, ela deve ser trocada periodicamente. As extrusoras normalmente so classificadas pelo dimetro D do cilindro e pela relao entre comprimento e dimetro (L/D) do cilindro. Tipicamente as unidades possuem dimetros de 25 a 200 mm com relao L/D de 5 a 30. Os custos de equipamentos de extruso podem ser da ordem de US$ 300000, includos os equipamentos de resfriamento do produto. Grandes lotes de produo so necessrios para justificar estes custos. Extruso de chapas e filmes: Chapas e filmes de polmero podem ser produzidos pelo uso de matriz de extruso plana. O polmero extrudado pela passagem forada atravs de uma matriz especialmente projetada para este propsito e a seguir suportado por rolos resfriados por gua e finalmente puxado por um par de rolos revestidos com borracha. Filmes finos de polmeros e sacos de plstico so fabricados a partir de um tubo produzido por uma extrusora. Neste processo denominado blown film , um tubo de parede fina extrudado verticalmente de baixo para cima, a seguir expandido na forma de um balo pelo introduo de ar atravs do centro da matriz at que a espessura desejada obtida. O balo normalmente resfriado por ar de um anel de resfriamento montado ao redor dele, este anel pode tambm servir como uma barreira a expanso do balo para controlar a sua dimenso.

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Figura Extruso de filmes finos (adaptado de KALPAKJIAN,2001).

Moldagem por InjeoMoldagem por injeo essencialmente o mesmo processo que utilizado na fundio sob presso. Do mesmo modo que na extruso, o cilindro aquecido para deixar o polmero em estado pastoso. Entretanto, nas mquinas de moldagem por injeo, a parcela de calor gerado por atrito entre o polmero e o parafuso aprecivel. Os pellets ou grnulos so alimentados no cilindro de aquecimento, o material forado em uma matriz fechada que pode ser aberta no final do processo, por um pisto hidrulico ou por um parafuso rotativo. Os equipamentos mais modernos utilizam parafuso com movimento alternativo. Nestes equipamentos assim que a presso aumenta na entrada do molde, o parafuso rotativo retorna uma certa distncia, este movimento controla o volume de material a ser injetado. O parafuso ento para de girar e empurrado para frente por um dispositivo hidrulico forando o material plastificado na cavidade do molde. As presses de injeo normalmente utilizadas esto na faixa de 70 MPa a 200 MPa. Os produtos normalmente fabricados por moldagem por injeo so copos, caixas, revestimentos, empunhaduras de ferramenta, componentes eltricos e de comunicao,

51 brinquedos. Na moldagem de termoplsticos os moldes so relativamente frios, mas no caso de termofixos o molde deve ser aquecido para permitir a polimerizao. Em ambos os casos, aps a pea ser suficientemente resfriada (para termoplsticos) ou curada (para termofixos), os moldes so abertos a pea retirada. Os moldes so ento fechados, e o processo repetido automaticamente. Elastmeros tambm so moldados por este processo. Como o material moldado quando injetado no molde, pode-se obter formas complexas com boa preciso dimensional. Moldes com partes mveis, denominadas gavetas, que podem se movimentar de modo retilneo ou serem desparafusadas, permitem a moldagem de peas com mltiplas cavidades e roscas internas e externas. Os moldes podem ter vrios componentes: gavetas, cavidades, canais de resfriamento, insertos, pinos extratores, canais de alimentao, canais de corte, canais de distribuio. Existem trs tipos bsicos de moldes: Molde com canal frio de duas placas, o projeto mais simples; Molde com canal frio de trs placas, neste caso os canais de alimentao so separados da pea quando o molde abre; Molde com canal quente, neste tipo o plstico mantido aquecido nos canais de alimentao do molde. Nos moldes com canal frio, o material solidificado nos canais de alimentao (canais que conectam a sada do cilindro de injeo com a cavidade do molde) deve ser removido por corte da pea injetada. Os canais podem ser reciclados. Em moldes de canal quente, que so mais caros, nenhuma parte fica presa a pea injetada no final do processo. O ciclo de trabalho mais curto, porque somente necessrio resfriar e ejetar a pea injetada. Componentes metlicos, tais como parafusos, pinos e placas podem tambm ser colocados na cavidade do molde e tornar-se parte do produto injetado. Os exemplos mais comuns desta combinao so componentes eltricos. Moldagem de multicomponentes tambm denominada co-injeo ou moldagem sanduche permite a formao de peas com uma combinao de cores e formas. Um exemplo a moldagem multicor de lanternas para automvel composta de diferentes materiais. possvel tambm, montar filmes impressos na cavidade do molde, de modo a eliminar a necessidade de decorar ou etiquetar aps a moldagem.

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Figura Molde de injeo (adaptado de SORS) Sobremoldagem: Este termo utilizado para designar o processo de produzir peas formadas por partes encaixadas que devem se movimentar umas com relao as outras, sem necessidade de montagem posterior. Para este propsito utiliza-se plsticos diferentes em cada pea para evitar a juno das peas. Um novo processo denominado ice-cold molding, utiliza o mesmo tipo de plstico para formar as peas. O processo executado em um ciclo em uma mquina padro de moldagem por injeo. preciso um molde com duas cavidades e o uso de insertos de resfriamento posicionados na rea de contato entre o primeiro e segundo componentes da junta.

Capacidade do ProcessoMoldagem por injeo um processo de alta taxa de produo e permite bom controle dimensional. Tipicamente o tempo do ciclo de trabalho de 5 a 60 segundos, mas ele pode ser de vrios minutos para termofixos. Os moldes normalmente so feitos de ao ferramenta

53 , ligas de berlio e cobre, ou alumnio, e eles podem possuir vrias cavidades, permitindo que mais de uma pea seja feita por ciclo. O custo de um molde pode ser de at US$ 100000; a vida pode ser da ordem de 2 milhes de ciclos para moldes de ao, mas para moldes de alumnio da ordem de 10000. O projeto do molde e o controle do fluxo do material nas cavidades so fatores importantes na qualidade do produto. Muitos progressos tem sido feitos na anlise e projeto de moldes e do escoamento do material. Tcnicas de modelagem esto sendo desenvolvidas para otimizar sistemas de canais, preenchimento da cavidade, resfriamento do molde, e distoro do produto; levando em considerao fatores como presso de injeo, temperatura, e condio da resina. Existem programas de computador que auxiliam o processo de projeto para moldar peas com grande preciso dimensional e boas propriedades mecnicas .

MquinasAs mquinas de moldagem por injeo normalmente so horizontais. Mquinas verticais so utilizadas na fabricao de peas pequenas com tolerncias estreitas e para moldagem de insertos. A fora de fechamento nos moldes normalmente aplicada por dispositivos hidrulicos, apesar de que atualmente so disponveis dispositivos eltricos. Os dispositivos eltricos so mais leves e mais silenciosos que os hidrulicos. As mquinas de moldagem por injeo so classificadas de acordo com a capacidade de moldagem e fora de fechamento. Na maioria das mquinas, esta fora varia de 100 a 250 toneladas. A maior mquina em operao tem a capacidade de 5000 toneladas, e pode produzir peas pesando 25 Kg, a maior parte das peas pesa de 100 a 600 g. O custo de uma injetora de 100 toneladas varia de US$ 60000 a US$ 90000, e de 300 toneladas de US$ 85000 a US$ 140000. O alto custo dos moldes, tipicamente de US$ 20000 a US$ 200000, necessitam de um alto volume de produo para justificar o custo. Mquinas modernas so equipadas com microprocessadores e microcomputadores em um painel de controle monitorando todos os aspectos da operao.

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Moldagem de Espuma EstruturalO processo de moldagem de espuma estrutural usado para fabricar produtos de plstico com camada externa slida e internamente com uma estrutura de clula. Os produtos tipicamente fabricados por este processo so objetos de decorao, gabinetes de TV, caixas de baterias. Apesar de existirem vrios processos de moldagem de espuma, eles so semelhantes a moldagem por injeo ou extruso. Tanto termoplsticos quanto termofixos podem ser utilizados na moldagem de espuma, mas os termofixos so processados na forma lquida de modo similar aos polmeros na moldagem por injeo reativa. Na moldagem por injeo de espuma, os termoplsticos so misturados com um agente gasoso, normalmente um gs inerte como nitrognio, que expande o material. A parte central da pea tem estrutura celular e a casca externa rgida. A espessura da casca pode ser de at 2 mm, e a densidade da pea to pequena quanto 40% da densidade da pea slida. Deste modo, estas peas exibem uma considervel razo rigidez-peso.

Moldagem por SoproMoldagem por sopro um processo modificado de extruso e moldagem por injeo. Na extruso por sopro, um tubo inicialmente extrudado, ento fechado em um molde com uma cavidade muito maior que o dimetro do tubo, e finalmente inflado para preencher a cavidade do molde. A inflagem feita por ar comprimido a presso de 350 kPa a 700 kPa. Em algumas