PROJETO DE PESQUISA DESENVOLVIMENTO DE UMA … · Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais (SARKIS, 2008). Para conhecimento da coluna de direção vamos utilizar o manual

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CENTRO UNIVERSITÁRIO LUTERANO DE MANAUS – CEULM

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO I

JERRY LUCIO CASTRO DE ARAÚJO

PROJETO DE PESQUISA

DESENVOLVIMENTO DE UMA MÁQUINA AUTOMÁTICA PARA SOLDAR COLUNA

DE DIREÇÃO DE MOTO

MANAUS-AM

JUN/2016

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JERRY LUCIO CASTRO DE ARAÚJO

DESENVOLVIMENTO DE UMA MÁQUINA AUTOMÁTICA PARA SOLDAR COLUNA

DE DIREÇÃO DE MOTO

Orientador: João Claudio

MANAUS-AM

JUN/2016

Projeto de pesquisa apresentado

ao Centro Universitário Luterano

de Manaus – CEULM, como

requisito para elaboração da

monografia de conclusão do

Curso de Engenharia Mecânica.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 PROCESSO DE SOLDAGEM GMAW

2.2 PRINCIPAIS CONCEITO NA AUTOMAÇÃO DE SOLDA

2.3 GERENCIAMENTO DE PROJETO

2.4 COLUNA DE DIREÇÃO

2.5 AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS (SENSORES E COMPONENTES)

3 ESTUDO DE CASO

3.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

3.1.1 Condições de ocorrência

3.1.2 Esclarecimento das causas

3.1.2.2 Análise do processo produtivo

3.1.2.3 Análise de movimentação mecanismo de fixação

3.2 DESENVOLVIMENTO DO EQUIPAMENTO

3.2.1 Mecanismo de fixação da peça

3.2.2 Mecanismo de fixação da tocha

3.2.3. Interface do retificador de solda com a cabine de proteção

3.2.3.1Sistema de controle e automação

3.3 IMPLEMENTAÇÃO DO PROJETO

3.3.1 Construção do equipamento

3.3.2 Teste Equipamento

3.3.3 aprovação do equipamento

3.3.4 Resultados

CONCLUSÃO

REFERÊNCIAS

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1 INTRODUÇÃO

Este projeto de pesquisa apresenta uma proposta de estudo de caso que desenvolver-se-á

dentro de uma multinacional japonesa no segmento de duas rodas com planta no Pólo Industrial

de Manaus. A problemática abordará mais especificamente o projeto de fabricação de coluna de

direção obtidas por processo de soldagem GMAW (MIG/MAG). O ciclo repetitivo manual

durante a realização de uma solda o soldador fica exposto a radiação emitida pelo arco, à gases

tóxicos provenientes de reações químicas no arco, e aos salpicos de gotas de metal fundido a

altas temperaturas. Além de estar em um ambiente altamente insalubre, o soldador ainda realiza

muitas tarefas: como ajustar parâmetro e variáveis de soldagem, controlar a qualidade do cordão

de solda, guiar a pistola, etc. Este tipo de trabalho faz com que o soldador fique fadigado

rapidamente e isto é uma das principais causas da baixa produtividade e rejeição, em

procedimentos com solda manual. Assim, para diminuir a interferência humana na realização das

soldas, há cada vez mais tendência à automatização dos processos de soldagem. Este fato faz

com que o operário não fique tão exposto aos efeitos nocivos à saúde e também faz com que se

aumente a quantidade de material depositado por hora e consequentemente a produtividade.

Em relação à melhoria para soldagem manual há muitas soluções possíveis e prováveis.

Contudo, a engenharia moderna busca soluções mais simples, eficientes e viáveis relacionando

os custos aos benefícios. Através dessas premissas, o autor deste projeto propôs-se estudar a

viabilidade de implementar melhoria simples, eficiente e de baixo custo, a fim de solucionar o

problema.

Essa proposta desenvolve uma técnica simples, eficiente e de baixo custo para projeto e

confecção de equipamento de soldagem automatizado utilizando os recursos disponíveis, e

podendo ser aplicada em qualquer peça similar desde que seja feita uma análise prévia.

Por questões de segurança de informação o nome da empresa e algumas outras

informações que possam comprometer a imagem da marca permanecerão em sigilo. Contudo, a

divulgação da técnica de forma metodológica, alinhada a motivação acadêmica de produzir

pesquisa são os valores fundamentais deste projeto.

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2 REFERENCIAL TEÓRICO

No desenvolvimento da revisão bibliográfica, esta pesquisa abordará temas como:

processo de soldagem GMAW (comumente conhecido como MIG/MAG), projetos de

equipamentos de soldagem automatizados e conhecimento da peça à ser soldada, coluna de

direção.

Para processos de soldagem GMAW são fundamentos teóricos obras como: Tecnologia

da soldagem (MARQUES, 1991); Tecnologia da soldagem a Arco Voltaico (QUITES, 1979);

Engenharia de Soldagem e Aplicações (OKUMURA, 1982); Elementos de Soldagem

(DRAPINSKI, 1978); Soldagem (WAINER, 1979); e Modern Welding Technology (CARY,

1979).

Para projetos de equipamentos de soldagem automatizados são fundamentos teóricos

obras como: Aplicação de um equipamento na mecanização da soldagem em superfícies de

tanques (BILLY; DUTRA; BROERING; 2005); Automação de sistema e robótica (TATINI;

ZIEDAS; 2002); Welding process technology (HOULDCROFT; 1979); Sensores industriais:

fundamentos e aplicações (URBANO; THOMAZINI; ALBUQUERQUE; 2010); Processos de

soldagem: Conceitos, equipamentos e normas de segurança (DOS SANTOS; 2008).

Para mecânica técnica e resistência dos materiais são fundamentos teóricos a obra

Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais (SARKIS, 2008).

Para conhecimento da coluna de direção vamos utilizar o manual do fabricante Showa do

Brasil

2.1 PROCESSO DE SOLDAGEM GMAW

A soldagem GMAW ou MIG/MAG realiza a união de materiais metálicos pelo seu

aquecimento e fusão localizados através de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo

metálico não revestido e maciço na forma de fio e a peça A proteção do arco e da região da poça

é feita por um gás, ou mistura de gases, inerte ou capaz de reagir com o material sendo soldado

(MARQUES, 1991).

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O modo de transferência influência fortemente características operacionais do processo

GMAW como a sua estabilidade, o nível de respingos, o formato do cordão e sua regularidade e

a capacidade de fundir o metal de base. Como a forma de transferência obtida no processo

GMAW depende dos parâmetros de soldagem e é muito sensível ao seu ajuste, à seleção

adequada destes é fundamental para uma soldagem adequada com este processo. As principais

variáveis que determinam o modo de transferência são a corrente de soldagem, o comprimento

do arco, a composição do gás de proteção e a composição, a bitola e o comprimento do eletrodo.

Existem, além dessas, diversos outros fatores que podem afetar o modo de transferência de metal

de adição. Em particular, a presença de contaminações tanto no metal de base como no eletrodo

ou no gás de proteção pode perturbar fortemente a transferência (QUITES, 1979).

A transferência por curto-circuito é típica da soldagem com um pequeno comprimento de

arco (menores valores de tensão de soldagem). Nesta, o eletrodo toca periodicamente (entre

cerca de 20 a 200 vezes por segundo) a peça, ocorrendo um curto-circuito. Durante este, a

corrente de soldagem se eleva rapidamente causando um aquecimento forte do eletrodo por

efeito Joule, a sua fusão e a transferência de metal para a poça de fusão com a ruptura de uma

parte do eletrodo e a reabertura do arco elétrico. Esta forma de operação é muito usada

industrialmente para a soldagem de aços carbono com arames de menor bitola (0,6 a 1,2 mm),

com proteção de CO2 e correntes relativamente baixas, para a soldagem de juntas de pequena

espessura e, frequentemente, fora da posição plana (OKUMURA, 1982). A transferência por

curto-circuito é relativamente instável, com a geração de uma elevada quantidade de respingos,

particularmente ao final de cada curto-circuito. Existe, contudo, em geral, uma condição de

menor instabilidade que ocorre quando a frequência de transferência (ou de curtos-circuitos) é

máxima. Esta condição pode ser obtida, com base no ruído emitido pelo processo, variando, em

geral, a tensão de soldagem. Um outro fator importante para a estabilidade do processo na

transferência por curto-circuito é a taxa de crescimento (A/s) da corrente durante um curto-

circuito. Se a corrente se eleva de uma forma excessivamente rápida, o rompimento do arame ao

final de um curto tende a ser explosivo e forma uma elevada quantidade de respingos. Se a

corrente aumentar muito lentamente, o rompimento do arame pode não ocorrer e o processo de

soldagem se interrompe. Em geral, este fator é ajustado, em máquinas para a soldagem GMAW,

através de um controle denominado “indutância” (CARY, 1979).

2.2 PRINCIPAIS CONCEITOS NA AUTOMAÇÃO DE SOLDA

2.2.0 Sequências de soldagem e Classificação de Processos

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Na maioria dos métodos de soldagem a sequência seguinte precisa de ser seguida para

alcançar a fabricação de uma junta de solda, assumindo para isso as operações preliminares

como limpeza, preparação de extremidade e fixação de mata-juntas (GUERRA, 2008).

1. Ajunte as partes por pontos de solda nas extremidades ou empregando gabaritos e

fixadores.

2. Colocar as peças montadas perto da tocha de solda e vice verse

3. Inicie, para soldagem à arco, golpeando o eletrodo na peça, e para soldagem à

resistência, trazendo o eletrodo em contato com a peça, dando início à passagem de

corrente.

4. Crie movimento relativo entre a tocha e a peça, para que o trabalho atinja a

velocidade desejada.

5. Regule as variáveis de soldagem como a tensão, a corrente, a taxa de alimentação do

arame, etc. para controlar o comprimento do arco no caso de soldagem a arco, e a

profundidade do metal fundido e da poça em soldagem de eletro-escória.

6. Pare a soldagem simplesmente parando o movimento relativo entre a peça e a ponta

da tocha. Se a poça de solda é para ser alimentada, então a deposição do metal

deverá ser feita antes que a corrente seja desligada automaticamente.

7. Mova a ponta de solda para a posição que ela vai ser usada na próxima soldagem

8. Retire a peça que foi completada. Esta operação pode ser feita antes ou depois de se

reposicionar a ponta de solda, e as duas operações podem

2.2.1. Soldagem Manual

Implica que todas as oito operações de soldagem devem ser realizadas manualmente.

Porém, nota-se que a fase 4, isto é, 'o movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho',

pode incluir alguma ajuda mecânica como um manipulador que move a peça de trabalho de

acordo com velocidade desejada para soldar. Um manipulador, chamado de motor de gravidade é

mostrado na Fig. 7.2.1, no qual o soldador posiciona o peso para cima e enquanto ele desce,

controla a velocidade da mesa, segurando a extremidade e deixando deslizar entre seus dedos na

velocidade desejada, o que possibilita a produção de soldas mais lisa e contínuas circulares em

posição downhand (GUERRA, 2008).

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Fonte: Manual de Automação de Soldagem

Fig. 1 Motor de Gravidade

2.2.2. Soldagem Semi-automática

Neste sistema a fase 5, isto é, 'o controle das variáveis de soldagem' como velocidade de

alimentação do arame em MIG-MAG (GMAW) ou a duração de corrente em soldagem por

resistência, é automática, mas o processo em si depende da habilidade humana. A fase 4, isto é,

'o movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho', normalmente é manual mas podem ser

empregados meios mecânicos como correia de transporte ou manipulado. Assim, o processo

MIG-MAG (GMAW) pode ser usado junto com o motor de gravidade, para melhorar a qualidade

e produtividade da soldagem.

As várias operações nas fases 3 e 6, isto é, ' o inicialização e a finalização da soldagem',

podem ser automaticamente realizados com a ajuda de um botão de liga/desliga.

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A solda Semi-automática é normalmente usada com GMAW e FCAW, mas é possível

que seja realizada com SAW, GTAW, e ESW, mas raramente usada.

2.2.3. Soldagem Automática

É um sistema no qual pelo menos a fase 5, isto é, 'o controle de variáveis de soldagem',

e a fase 4, i.e. „o movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho' são automáticas.

Normalmente um único interruptor aciona os dispositivos de sequência da opera, os controles de

energia e os consumíveis, como arame e gás. Pode-se também incorporar um dispositivo de

alimentação automática. A figura 21.2 mostra um diagrama de um típico sistema automático de

soldagem (GUERRA, 2008).

Em um sistema de soldagem automático, as fases 1,2,7 e 8 são executadas manualmente.

Pela efeitos de lógica, a soldagem por gravidade é classificada como um método portátil de

soldagem automática.

Fig. 2 Diagrama de um Sistema de Soldagem

Automática

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Os processos SAW e ESW representam sistemas de soldagem automática. Também pode

ser usado, com certa restrição os processos tais como TIG (GTAW), MIG-MAG (GMAW),

arame tubular (FCAW) e o plasma.

2.2.4. Soldagem Automatizada

Um sistema de soldagem automatizada executa todas as oito fases, desde da montagem

e transporte das peças para a posição de soldagem, sem ajuste e controle de um operador. A

soldagem pode ser executada em uma ou mais fases, e o término do produto final é completada

mecanicamente, sem intervenção manual. Um aspecto importante da soldagem automatizada é

que não há a necessidade de o operador monitorar continuamente a operação. Comparando à

soldagem automática, este tende a aumentar a produtividade, melhorar a qualidade e reduzir a

fadiga do operador. A fig.3 Mostra um diagrama esquemático para um sistema de soldagem

automatizado, que emprega minicomputador, multi-programador, e uma unidade guia de

trajetória “seam tracking”. Os sistemas de soldagem automatizados são normalmente utilizados

em SAW, MIG-MAG (GMAW) e FCAW. Pode-se utilizar, com restrição, o TIG (GTAW),

PAW e ESW em processos automatizados (GUERRA 2008).

Fig.3 Diagrama esquemático para um sistema de Soldagem Automatizado

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2.2.5 Controles Adaptativos

Com o aumento do uso de sistemas de soldagem automáticos e automatizados, é

fundamental que se mantenha a tocha da solda ao longo da junta, para que se alcance a qualidade

e especificações desejadas. Isto é normalmente obtido empregando dispositivos chamados

controles adaptáveis (GUERRA).

O uso de controles adaptáveis em soldagem atingiu duas metas, a de controle de

qualidade e a da trajetória „seam tracking‟.

Existem diversos tipos de equipamentos para controle da trajetória „seam tracking‟,

como um simples equipamento puramente mecânico como mostrado na figura 4.a, este

equipamento utiliza rodas que andam fisicamente em cima da junta onde será efetuada a solda,

desta forma guiando a ponta da tocha. Este sistema trabalha muito bem em caminhos verticais e

horizontais, mas não é tão efetivo em caminhos curvos, como é mostrado na Fig. 4.b

.

Fig.4 a Apalpador Mecânico

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Outros sistemas de guia do cordão de solda incluem dispositivos eletromecânicos que

utilizam sensores eletrônicos. Porém, eles são limitados quando se necessita guiar múltiplos

passos de solda ou solda de entalhes quadrados. Estes também são afetados pelo calor gerado

pela solda. Alguns outros sistemas, como os usados com o processo GTAW, são baseados na

sensibilidade do arco usando o controle da tensão para manter o caminho. Versões mais

sofisticadas de sistemas de guia empregam um mecanismo oscilatório para sentir e interpretar as

variações de vibrações características do, localizando assim a junta a ser soldada. Tal sistema

pode não ser desejável para um processo particular de soldagem, e pode ser limitado na

velocidade pelas exigências de vibração.

Sem dúvida o mais sofisticado sistema de guiagem é o do tipo ótico, que utilizam

câmeras de vídeo CCD, como mostrado na Figura 4c, ou outros dispositivos que adquirem duas

ou três imagens dimensionais da junta. Estas imagens são tratadas em um sistema de computador

para fazer com que a soldagem siga o caminho com elevada precisão.

O sistema de localização óptica que utiliza um canhão de laser é o mais recente método

para alcançar uma alta precisão do posicionamento do cordão. Como sempre, cantos agudos e o

efeito do calor e da fumaça ainda criam problemas que não são resolvidos completamente.

Os controles adaptáveis, quando usados em processos de controle de qualidade em

soldagem por resistência, permitem que o processo continue até que se forme uma acumulação

de material de tamanho adequado.

Fig. 4B Deslocamento de soldagem guiado por seguidor mecânico circular

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Quando são usadas palavras como 'guia de cordão de solda' ou 'controles adaptáveis' em

alguma forma de controle adaptável, estes são acessórios do processo principal, por exemplo,

'soldagem automatizada com sistema de guia de cordão ou soldagem por resistência por pontos

com controle de qualidade (GUERRA).

2.2.6 Soldagem Automática Vs. Soldagem Automatizada

A soldagem automática também pode envolver dispositivos de movimentação com

sequências pré-determinadas de mudança dos parâmetros de soldagem e o uso de interruptores

de fim de curso e cronômetros para adaptar ao cordão de solda (GUERRA).

A soldagem automática foi desenvolvida e está sendo usada com um alto nível de

eficiência nas indústrias de elevado volume de produção, onde o custo do equipamento é

justificado pelo grande número de peças a serem fabricadas. A soldagem automática reduz as

exigências de força de trabalho, constantemente produz cordões de alta qualidade, mantém o

programa de produção e reduz o custo das peças soldadas. Porém, a principal desvantagem é o

alto custo inicial da máquina de solda. Outra desvantagem é a necessidade de se manter o

equipamento de soldagem automática ocupando o tempo todo. Uma desvantagem adicional, que

ocorre quando usados para um baixo volume de produção, é a necessidade de se dispor de

numerosas instalações dedicadas para as várias partes e o fato de que nenhuma delas é

continuamente usada.

Fig. 4c, Sistema “Seam tracking” usando câmara de vídeo

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Fig. 5 Robô retilíneo com movimentos lineares e rotacionais

A soldagem automatizada elimina as caras e elaboradas instalações, times automáticos e

os interruptores de fim de curso necessários para controlar o arco com a peça de trabalho. Um

programa de soldagem automatizada substitui complexos dispositivos rígidos e fixos de

sequenciamento. A soldagem automatizada fornece a mesma economia de tempo e a precisão

que a soldagem automática, contudo pode ser aplicada na produção de pequenos lotes, até

mesmo para a produção de um único lote. Além disso, a soldagem automatizada tem capacidade

para fazer rápidas mudanças. Pode acomodar as mudanças em um produto sem a necessidade de

redesenhar e refazer as caras instalações. Estes são as vantagens econômicas básicas da

soldagem automatizada.

.

A soldagem automatizada utiliza-se de programa, que quando ligado a um sistema de

movimentação para um arco de solda, invés dos sistemas de fixação. O dispositivo de

movimentação do arco pode ser capaz de movimentar-se em três direções: longitudinal (x),

transversal (y), e vertical (z). Também podem ser incorporados outros movimentos como rotação

e curvilíneo, mostrado na figura 7.2.6 Podem ser obtidas posições de soldagem adicionais, se a

estação de trabalho for montada em uma mesa posicionadora que girará e inclinará ao comando

do programa. São mostradas duas mesa posicionadora na figura 7.2.6a O programa comandará o

movimento da tocha em todas essas direções, de acordo com o alcance do equipamento. O

programa também pode possuir ajustes para os parâmetros do procedimento de soldagem. O

programa é armazenado em um sistema de fita de controle numérico ou em um minicomputador.

Esta é uma automação com flexibilidade, e reduzirá a necessidade de peças para fixação e

gabaritos. Também permitirá o soldagem de peças complexas, com produção pequenos de lotes

(GUERRA 2008).

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Fig. 6 Mesa e balança posicionadoras, (a) Mesa posicionadora com engrenagem motora, (b)

Balança posicionadora

Com o uso de um robô e uma boa mesa posicionadora de trabalho móvel, programas

podem ser desenvolvidos para cada peça a ser soldada. O robô com um dispositivo de

movimentação de trabalho sendo localizado na estação de trabalho, onde são posicionadas as

várias peças para serem soldadas, como é mostrado na figura 6a, Um programa é desenvolvido

para cada peça e é usado para soldar aquela peça específica. O tempo de montagem é mínimo, a

máquina é mantida sempre ocupada, e pode fazer um tipo diferente de trabalho a cada dia. A

figura 6b, mostra um microprocessador universal, encontrado no sistema para controle de um

arco em sistemas de soldagem automatizados.

2.2.7. Soldagem Remota

Soldagem remota e soldagem automatizada têm muito em comum. Em ambos os casos a

soldagem é feita sem a presença de um operador de soldagem. No caso da soldagem automática,

o operador pode estar só a alguns metros longe da operação de soldagem, mantendo os efeitos

nocivos da solda a poucos metros. Isto ocorre com o um sistema monitorado, e não são

requeridos ajustes durante as operações. Em muitos casos a operação de soldagem é executada

atrás das cortinas, de forma que o operador não possa nem mesmo ver as operações ou não sendo

afetado por isso.

A soldagem remota é muito semelhante à soldagem automatizada, onde o operador de

solda não está no local de soldagem, podendo estar a uma grande distância. Porém, a diferença é

que a soldagem automatizada normalmente é projetada para fazer o mesmo cordão de solda, um

após o outro. Já a soldagem à distância normalmente envolve operações de manutenção onde

cada solda pode ser diferente da anterior. Onde a mesma solda é executada repetidamente, a

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Fig. 7, Esquema de montagem de robô industrial com solda MIG


Fig. 8, Sistema usando Microprocessador Básico Universal


soldagem remota fica semelhante à soldagem automatizada. A soldagem remota costuma ser

usada mais amplamente em usinas nucleares. Em geral, é executada em locais onde os seres

humanos não podem estar presentes, seja por causa de uma atmosfera hostil, ou onde existe um

alto nível de radioatividade (GUERRA 2008).

Alguns dos mais comuns trabalhos para a solda remota é o confinamento de materiais

radioativos, em tambores. O confinamento de combustível também é feito na indústria nuclear

através de soldagem à distância, como mostrado na figura 7.

Soldagem remota costuma ser aplicada em fabricas que trabalham com produtos

químicos radiativos, onde materiais muito corrosivos costumam ser manuseados. E em reatores

nucleares, onde as condições costumam exigir, a melhor qualidade de solda. Vedar fuga em tubo

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de trocadores de calor em plantas de energia nuclear é uma outra aplicação de soldagem remota

usando uma unidade de TIG automatizada.

2.3 GERENCIAMENTO DE PROJETO

2.3.1 Conceito

Gerenciamento de projeto é um conjunto de atividades temporárias, realizadas em grupo,

destinadas a produzir um produto, serviço ou resultado únicos.

Um projeto é temporário no sentido de que tem um início e fim definidos no tempo, e, por isso,

um escopo e recursos definidos.

E um projeto é único no sentido de que não se trata de uma operação de rotina, mas um

conjunto específico de operações destinadas a atingir um objetivo em particular. Assim, uma

equipe de projeto inclui pessoas que geralmente não trabalham juntas – algumas vezes vindas de

diferentes organizações e de múltiplas geografias.

O desenvolvimento de um software para um processo empresarial aperfeiçoado, a

construção de um prédio ou de uma ponte, o esforço de socorro depois de um desastre natural, a

expansão das vendas em um novo mercado geográfico – todos são projetos.

E todos devem ser gerenciados de forma especializada para apresentarem os resultados,

aprendizado e integração necessários para as organizações dentro do prazo e do orçamento

previstos.

O Gerenciamento de Projetos, portanto, é a aplicação de conhecimentos, habilidades e

técnicas para a execução de projetos de forma efetiva e eficaz. Trata-se de uma competência

estratégica para organizações, permitindo com que elas unam os resultados dos projetos com os

objetivos do negócio – e, assim, melhor competir em seus mercados. Ele sempre foi praticado

informalmente, mas começou a emergir como uma profissão distinta nos meados do século XX.

A “Bíblia” do gerenciamento de projetos, o Project Management Body of Knowledge

(PMBOK), é um guia elaborado pela instituição mais renomada do mundo na área, o Project

Management Institute (PMI). Nesse manual, a palavra projeto está definida da seguinte forma:

“Projeto é um esforço temporário empreendido para criar um produto, serviço ou resultado único

e exclusivo”.

Um projeto difere de uma operação por ser temporário, ou seja, possui começo, meio e

fim (diferentemente da operação, que é contínua). Assim, um projeto pode ser a construção de

uma casa, o desenvolvimento de um software, a criação de um móvel sob medida, a implantação

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de uma nova linha de produção na fábrica, a escrita de um livro, a realização de uma viagem e

por aí vai.

Resumidamente, as características do projeto são:

Tem prazo definido de começo e fim, ou seja, é temporário;

Deve ser planejado, executado e controlado;

Entrega produtos, serviços ou resultados exclusivos;

É desenvolvido por etapas e tem evolução progressiva;

Envolve uma equipe de profissionais;

Tem recursos limitados

2.3.2 Os grupos de processos do gerenciamento de projetos

Início

Planejamento

Execução

Monitoramento e Controle

Encerramento

2.3.2.1 Inicio

Nessa primeira fase, deve-se tomar ciência de todas as informações essenciais, ou seja.

Equipe e gestor devem conhecer as restrições de qualidade, de tempo e de custo que afetam a

realização do projeto. Lembrando que durante a iniciação é importante não só saber como

registrar essas premissas e limitações. A preocupação deve recair, sobretudo, no entendimento

macro, com o gestor buscando conhecer as influências que interferem de um modo geral no

sucesso do projeto. Um bom exemplo de documento que se usa nessa fase é o termo de abertura.

2.3.2.2 Planejamento

Antes de se partir para o planejamento, deve haver consentimento da organização sobre

os esforços que serão empregados para a realização do projeto, concordando que gerarão bons

resultados. Dada a autorização, inicia-se o planejamento. Por isso, nessa fase há um nível de

detalhamento muito maior, ao contrário da visão geral que satisfaz a iniciação. O objetivo aqui é

estruturar um plano consistente que leve o projeto ao sucesso. Os documentos que contemplam

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essa fase são a Estrutura Analítica de Projeto (EAP), o cronograma do projeto, o plano de

gerenciamento de riscos, outro de comunicações, mais um de qualidade e assim por diante.

2.3.2.3 Execução

Durante a fase de execução, a atenção passa a estar voltada para o exercício do que foi

planejado. O intuito é, portanto, realizar as atividades da melhor forma possível, de acordo com o

que foi estimado no plano. É comum que nessa fase ocorram mudanças, como solicitações de

alteração no escopo (tanto do ponto de vista do cliente como da organização que realiza o

projeto), mas se foi feito um bom planejamento não há com o que se preocupar. Guarde o

seguinte: a palavra-chave da execução é qualidade! Por isso, o gerente de projetos precisar se

atentar não só para seguir os processos mas para melhorar continuamente, atendendo aos padrões

acordados.

2.3.2.4 Monitoramento e controle

O monitoramento e o controle ocorrem paralelamente à execução, constituindo na

forma de garantir que o que está sendo feito é compatível com o planejado. Nesse momento

ocorre a validação dos avanços. Assim, dependendo do progresso de determinada atividade, um

desvio qualquer pode requerer uma intervenção, por exemplo. Mas apesar de ocorrerem

concomitantemente com a execução, o monitoramento e o controle partem da premissa que

indicadores já foram determinados e que metas foram devidamente estabelecidas na fase de

planejamento. Ou seja, essa etapa lida apenas com a aferição do desempenho e do progresso em

contraste com o plano.

2.3.2.5 Encerramento

Engana-se quem pensa que o fato de o projeto estar concluído resulta na eliminação de

esforços de gerenciamento. Muito pelo contrário, na finalização surgem etapas que devem ser

realizadas com o objetivo de oficializar a conclusão do projeto e agregar informações relevantes

para empreendimentos futuros. Dentre as atividades que encerram um projeto, podemos destacar

a assinatura do termo de aceite (documento que permite o encerramento do projeto, isentando a

empresa de responsabilidade futuras) e o registro das lições aprendidas (que nada mais é que a

documentação das experiências relevantes que contribuirão para futuros projetos similares).

O conhecimento em gerenciamento de projetos é composto de dez áreas:

Gerenciamento da Integração

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Gerenciamento de Escopo

Gerenciamento de Custos

Gerenciamento de Qualidade

Gerenciamento das Aquisições

Gerenciamento de Recursos Humanos

Gerenciamento das Comunicações

Gerenciamento de Risco

Gerenciamento de Tempo

Gerenciamento das Partes Interessadas

É claro que todos os gerenciamentos dizem respeito a isso. Mas o gerenciamento de

projetos traz um foco único delineado pelos objetivos, recursos e a programação de cada projeto.

O valor desse foco é comprovado pelo rápido crescimento em todo mundo do gerenciamento de

projetos:

Não é à toa que cada vez mais empresas estão investindo em gerenciamento de projetos,

seja ministrando treinamentos aos colaboradores, incentivando sua participação em eventos

sobre o tema, patrocinando especializações na área ou mesmo contratando consultorias

especializadas no assunto.

2.5 AUTOMAÇÃO DE PROCESSO (sensores e componentes)

Automação é um sistema que emprega processos automáticos que comandam e controlam

os mecanismos para seu próprio funcionamento. Do latim automatus que significa mover-se por

si. A automação é um sistema que faz uso de técnicas computadorizadas ou mecânicas com o

objetivo de dinamizar e otimizar todos os processos produtivos dos mais diversos setores da

economia.

A ideia de automação está diretamente ligada à ideia das máquinas, que agilizam as

tarefas quase sempre sem a interferência humana. Porém, existe um tipo de automação que se

refere ao trabalho humano que é realizado em muitas indústrias, de forma contínua e repetitiva,

quase “robotizada”.

A automação mecanizada é aquela que faz uso de sensores, sistemas de computação

(software) e sistemas mecânicos, na linha de montagem e produção das indústrias, monitorada e

controlada pelo ser humano.

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A automação industrial teve seu ponto de partida após 1950 com o desenvolvimento da

eletrônica. Esta permitiu o aparecimento da informática e a automação das indústrias, com a

utilização de modernas técnicas de produção, com destaque para a robotização, isto é, o uso de

robôs controlados por computadores que realizam o trabalho de seres humanos, substituindo-os

na produção de bens econômicos ou mercadorias. A automação exerce grande importância para a

modernização dos processos industriais.

O termo informática, fusão de informação e automática, foi utilizado pela primeira vez,

na França, em 1962, quando Philippe Dreyfus, diretor do Centre National de Calcul Életronique

de Bull usou para designar seu projeto de Société d‟Informatique Appliquée. O consenso hoje é

que informática se refere a qualquer processo de automação, por meio de sistemas

computacionais, no tratamento da informação.

Podemos também conceituar a automação como sendo a junção das ferramentas

necessárias para produzir um determinado item, do processo para o manuseio deste item e do

controle para tal, fazendo com que haja pouca ou nenhuma intervenção de trabalho humano.

Exemplos que incluem-se nesta definição são:

Um processo em fluxo contínuo de produção que integra vários mecanismos para

produzir um item.

Máquinas auto reguláveis (com controle em feedback) que apresentam alta

performance e precisão em processos produtivos.

Máquinas eletrônicas computadorizadas.

Observa-se habitualmente, que o termo automação industrial é utilizado em referência a

qualquer tipo de mecanização avançada ou sinônimo de evolução tecnológica, mais

especificamente, relacionado com o mundo cibernético. Isto deve-se ao fato de que a automação

é uma disciplina que busca sempre os últimos avanços tecnológicos e está em constante

evolução.

Geralmente, os sistemas de controle que compõem um equipamento automatizado são

compostos por um grupo de dispositivos eletrônicos e componentes cujo objetivo é proporcionar

estabilidade, precisão e eliminar transições prejudiciais em processos produtivos. Estes sistemas

podem ter diferentes formas de implementação, variando desde as fontes de energia até os

equipamentos em si.

Um equipamento muito utilizado na automação é o CLP (controlador lógico

programável) que nada mais é do que um processador, agregado a memórias, entradas e saídas

digitais e analógicas com capacidade de processamento e comunicação com outros dispositivos.

23

O CLP é responsável por processar todas as informações coletadas em campo e realizar o

controle do processo.

Como resultado de um rápido progresso tecnológico, habilidades operacionais complexas

podem ser solucionadas conectando-se CLPs e instrumentos como painéis de operação, motores,

sensores, chaves e válvulas. Verifica-se em um contexto geral, que as possibilidades de

comunicação em torno dos instrumentos são tão grandes que permitem um alto nível de

exploração e coordenação de processo, bem como alta flexibilidade na implementação de um

sistema de controle.

Cada componente do sistema de automação desempenha um importante papel,

independentemente do seu tamanho. Por exemplo, sem um sinal enviado pelo sensor, o CLP não

saberá onde e como exatamente estará o processo, e sem um atuador, o CLP não poderá

comandar ou atuar de forma eficaz corrigindo os desvios.

Como mencionado, em processos automatizados, o CLP geralmente é a parte central de

um sistema de controle e é através da execução de um programa armazenado em sua memória,

que ele monitora continuamente o status de sistemas através de sinais enviados por dispositivos

de entrada. Como ele se baseia na lógica implementada em seus programas (conhecida como

linguagem ladder), o CLP determina quais são as ações necessárias a serem tomadas para cada

entrada de sinal oriunda dos dispositivos de entrada (que por sua vez estão monitorando o

processo continuamente).

Quando é desejado o controle de processos mais complexos, torna-se necessária a

conexão de vários CLPs, cada qual atuante em determinado subsistema. Estes dispositivos

podem comunicar entre si devido ao fato de estarem interligados a uma central computadorizada,

onde todas as informações necessárias para um monitoramento e controle eficiente podem ser

compartilhadas. Para visualizar todas as informações do sistema de automação, podem ser

utilizados sistemas supervisórios, em geral, desenvolvidos utilizando o conceito SCADA

(supervisory control and data acquisition). Historicamente, os primeiros sistemas “SCADA”

faziam suas aquisições através de painéis de medidores, sinalizadores e registradores. O operador

realizava todo o controle através de manoplas localizadas em púlpitos de operação exercitando

um controle supervisório. Estes dispositivos foram e ainda são utilizados para fazer controle

supervisório e aquisição de informações em plantas e indústrias, porém encontram-se em desuso

por apresentar desvantagem como grande quantidade de cabos elétricos para interligação, pouca

quantidade de informações que podem ser extraídas destes sistemas e não há a possibilidade de

24

Fonte: Manual controladores citisystems

armazenamento de histórico de informações sem falar que a realização de simulações e

reconfigurações tornam-se extremamente difíceis ou impossíveis.

Atualmente, um sistema supervisório SCADA consiste de um software que se comunica

com CLPs ou unidades terminais remotas (RTUs) responsáveis por coletar as informações de

campo oriundas de sensores e transdutores, transferindo estas para o sistema que as ordena e faz

o tratamento para serem exibidas em telas de forma a proporcionar a visualização dos dados aos

operadores. As ações de controle são então realizadas pelos operadores e convertidas de volta ao

processo, passando pelo CLP e atingindo os dispositivos de campo. A Figura abaixo mostra um

esquemático simples exemplificando o um sistema de automação.

2.5.1 Sensores e atuadores

2.5.1.1 Sensores

São dispositivos que recebem e respondem estímulos elétricos ou mecânicos. Possuem

um amplo campo de atuação como indústria, segurança e laboratórios. Existem milhares de

sensores, a seguir, uma listagem sobre os principais e aplicações de alguns tipos deles.

Sensores mecânicos ou chaves de fim de curso

São chaves elétricas cujo acionamento se dá de forma mecânica através de alavanca,

rolete ou outro mecanismo. O posicionamento é feito nas extremidades do curso do atuador,

assim, sempre que o atuador atingir a posição desejada é gerado um sinal elétrico para ativar um

sinal de alarme ou para o atuador.

Sensores de proximidade

Fig.09 Esquemático simples de um sistema de automação

25

São dispositivos utilizados na detecção de peças, componentes, elementos de maquinas

etc., ex: detecção de papel nas fotocopiadoras, contagem de garrafas que passam por uma esteira.

Sensores óticos ou fotoelétricos

São sensores capazes de detectar a presença de um acionador através da emissão de luz.

O funcionamento dos sensores baseia-se na transmissão (por meio de um fotodiodo) e recepção

(por meio de um foto-transistor) de luz infravermelha a qual é invisível ao olho humano, ex:

alarmes de carros, alarmes de segurança.

Sensores de nível

É um sensor eletromecânico, muito utilizado em processos de armazenagem ou transporte

de materiais sólidos ou granulados, principalmente em indústrias de plásticos, minérios,

alimentícias, químicas etc., ex: saber se um tanque está cheio, vazio ou na metade.

Sensores magnéticos ou Reed Switchs

O funcionamento é baseado na atração de dois contatos metálicos quando o sensor é

submetido a um campo magnético. Assim, quando o sensor é submetido ao campo magnético os

contatos se tocam permitindo a passagem de corrente elétrica, ex: contactora e atuadores.

Sensores de temperatura

Cobrem uma faixa de temperatura bastante extensa de temperatura que vai de valores

negativos a positivos, ex: termopares, termômetros.

26

Fonte: Manual sensores citisystems

2.5.1.2 Atuador

É um dispositivo com a função de produzir movimento, recebe comandos manuais ou

automáticos, modificam o ambiente com ações. Alguns exemplos são atuadores de movimento

induzidos por cilindros (pneumáticos ou hidráulicos) e motores (dispositivos rotativos com

acionamento de vários tipos).

Também são atuadores dispositivos como pás, cancelas, roletes, membranas, boias ou

qualquer elemento que realize um comando recebido de outro dispositivo (sensores,

computadores, CLP‟s) com base em uma entrada ou critério a ser seguido.

Em Engenharia, atuadores são frequentemente utilizados como mecanismos para

introduzir movimento ou segurar um objeto para impedir o movimento.

Os atuadores são componentes que realizam a conversão da energia elétrica, hidráulica,

pneumática em energia mecânica. A potência mecânica gerada pelos atuadores é enviada aos

elos através dos sistemas de transmissão para que os mesmos se movimentem.

É possível classificar os atuadores de acordo com o tipo de energia que utiliza. A escolha

do tipo de atuador mais indicado está relacionada com a esta classificação.

Fig.10 Função e exemplos de sensores

27

Atuadores Hidráulicos: utilizam um fluido à pressão para movimentar o braço, garras

e acessórios. São utilizados em robô e equipamentos que operam grandes cargas,

onde é necessária grande potência e velocidade, mas oferecem baixa precisão.

Atuadores Pneumáticos: utilizam um ar à pressão para movimentar o braço garras e

acessórios. São mais baratos que os hidráulicos, sendo usados em robôs e

equipamentos de pequeno porte. Oferecem baixa precisão, ficando limitados a

operações do tipo pega-e-coloca (do inglês, pick and place).

Atuadores Eletromagnéticos: motores elétricos (de passo, servos, Corrente Continua

ou Corrente Alternada) ou músculos artificiais, usados em robôs de pequeno e médio

porte.

Os motores de corrente contínua (CC) são compactos e geralmente o valor de torque

mantém-se numa faixa constante para grandes variações de velocidade, porém necessitam de

sensores de posição angular (encoder) ou de velocidade (tacômetro) para controle de posição ou

velocidade em malha fechada (servocontrole).

Uma alternativa mais simples consiste em usar motores de passo. Os mesmo podem

funcionar em controle de malha aberta (posição e velocidade), e são facilmente interligados a

unidades de comando de baixo custo, porém a curva de torque decresce com o aumento da

velocidade e, em baixas velocidades, podem gerar vibrações mecânicas. São mais empregados na

movimentação de garras (FELIZARDO; BRACARENSE, 2005).

3. ESTUDO DE CASO

A pesquisa se desenvolverá através do método de campo (no chão de fábrica) em

indústria do PIM (Pólo Industrial de Manaus), no segmento de duas rodas.

Será realizado um estudo de caso qualitativo com método de abordagem

predominantemente dedutivo, onde procurar-se-á através de evidências (testes e ensaios)

confirmar ou comprovar a hipótese mencionada para o problema estabelecido. A pesquisa se

desenvolverá através do método de campo (no chão de fábrica) em indústria do PIM (Pólo

Industrial de Manaus), no segmento de duas rodas.

A empresa escolhida foi a Showa do Brasil constituída em 16 de novembro de 1981

contando atualmente com aproximadamente 700 colaboradores diretos e indiretos. Numa área de

71.320m2, sendo 24.362m2 de área construída.

A empresa é certificada pelas normas ISO 9001:2000, ISO 14001:2004, fabricando amortecedor

dianteiro, traseiro e traseiro a gás, mesa superior, coluna de direção, travessa do garfo traseiro

28

para motocicletas seus principais clientes são Honda e Yamaha. Dispõem de tecnologia para

testa todos os seus produtos, tais como máquina de damping, autográfico, máquina de fricção,

máquina de teste de vibração, dentre outra, todas voltadas para testa a funcionalidades de seus

produtos.

Os produtos fabricados na Showa do Brasil são:

Amortecedor Dianteiro

Amortecedor Traseiro

Amortecedor Traseiro à Gás

Coluna de Direção

Mesa Superior

Travessa do garfo Traseiro

Fig. 11 Localização Showa do Brasil

Fonte: Showa do Brasil

Fig. 12 Produtos fabricados na Showa do Brasil

Fonte: Própria do autor

29


COLUNA DE DIREÇÃO

Coluna de direção é o tubo da parte de cima do chassi da motocicleta, onde se prende o

conjunto do garfo dianteiro da suspensão. Sua principal função é permitir ao condutor da

motocicleta, girar o guidão para a esquerda ou para a direita, permitindo o controle direcional e

facilitando seu equilíbrio quando a motocicleta estiver em movimento. A figura abaixo ilustra

uma coluna de direção em corte, montada na motocicleta e respectivos componentes

(NAKAJIMA 2002).

Constituição

A coluna de direção das motocicletas é constituída pelos seguintes elementos.

Suporte de Fixação do Guidão

São as braçadeiras estriadas que prendem o guidão na mesa superior, permitindo

posicioná-lo de conformidade com as exigências do condutor.

Guidão

É uma barra de ferro cromada de forma geométrica variada, que serve de apoio às mãos

do condutor e direciona a motocicleta. Em suas extremidades se encontram os punhos e

comandos do freio dianteiro, acelerador, embreagem, sistema elétrico e espelhos retrovisores.

Mesa Superior

Fig.13 Desenho explodido de Coluna de Direção de Moto

30

Serve de apoio para o guidão e as colunas do garfo da suspensão dianteira. É fixada ao

eixo da coluna por uma porca situada em sua parte central.

Suporte de Farol

É um tubo metálico que além de servir como suporte para o farol, apoia, também, as

sinaleiras e serve de capa protetora do garfo da suspensão dianteira.

Mesa Inferior

Sua função é idêntica à da mesa superior, no entanto, é fundida junto com a árvore da

coluna de direção.

Conjunto de Rolamentos

É do tipo “pista deslizante”, composto por esferas metálicas, pistas deslizantes e arruelas

de encosto. Sua função é facilitar o movimento da coluna quando direcionada pelo condutor.

Porcas Cilíndricas

Ajustam a pré-carga dos rolamentos de acordo com a recomendação de seus fabricantes.

3.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA

Este estudo de caso trata um problema específico de deslocamento do contorno do cordão

de solda, em uma estrutura tubular, em um ponto de união da coluna e a mesa inferior. Onde a

mesa inferior é prensada no tubo com interferência de 0,015mm para garantir que não aconteça

desvio no perpendicularismo entre a mesa e o eixo.

A coluna de direção de moto é formado pela união de duas peças a mesa e o eixo, e a

união dessas duas peças são fixada pelo cordão de solda. Onde o cordão de solda tem que ficar

centralizado na união das duas peças para realizar o perfeito caldeamento do eixo na mesa. O

cordão de solda deslocado na coluna de direção causa problemas gravíssimos na dirigibilidade de

uma moto pois reduz a resistência e fragiliza a coluna de direção na união do eixo da coluna e a

mesa de fixação dos amortecedores, onde pode gerar fratura e o deslocamento do eixo em

relação a mesa, gerando instabilidade e por consequência a queda do motorista. Portanto é um

processo de segurança vital para a vida do motociclista.

Fig.14 Desenho esquemático da solda na coluna de direção

Moto

31

3.1.1 Condições de ocorrência

Através de análise de rejeição mensal do ano de 2015 foi levantado os principais defeitos

gerados na empresa, onde os defeitos relacionado a solda ficaram entre os top 6 do índice.

Em 1° lugar é o cordão de solda deslocado com uma média mês de 669 peças.

Em 2° lugar porosidade no cordão de solda com uma média mês de 338 peças.

Em 3° cordão de solda incompleto com uma média mês de 161 peças.

Em 4° cordão de solda com diâmetro menor com média mês de 102 peças.

Em 5° cordão de solda com diâmetro maior com média mês de 89 peças.

Em 6° cordão de solda alto com média mês de 85 peças.

3.1.2 Esclarecimento das causas

Cordão de solda deslocado é quando a solda se desloca pra fora da área de união

da mesa com o eixo, caldeando somente a mesa tornando a coluna de direção

sucetivo a fratura no decorrer da sua vida útil podendo até causar um acidente.

Fonte: Própria do autor

669 338 161 102 89 85

46

,3%

69

,7%

80

,9%

88

,0%

94

,1%

10

0,0

%

0,0%10,0%20,0%30,0%40,0%50,0%60,0%70,0%80,0%90,0%100,0%

0

100

200

300

400

500

600

700

800

CO

RD

ÃO

DE

SOLD

AD

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PO

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SOLD

A Ø

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CO

RD

ÃO

DE

SOLD

A A

LTO

GERAL 2015

Fig.15 Índice de rejeição da solda da coluna de direção

Fonte: Showa do brasil

32

Porosidade no cordão é quando o cordão de solda não fica homogêneo e vários

poros aparecem no cordão geralmente é gerado por insuficiência do gás protetivo

ou utilização de gás inadequado.

Cordão de solda incompleto é quando a solda para na metade do processo por

falha no retificador ou por travamento do arame no bico.

Cordão de solda com diâmetro maior é quando o cordão está com a espessura

maior do quer o especificado ocorre geralmente na troca de modelo quando faz o

ajuste de velocidade de rotação do dispositivo geralmente com velocidade menor

do quer o especificado.

Cordão de solda com diâmetro menor é quando o cordão está com a espessura

menor do quer o especificado ocorre geralmente na troca de modelo quando faz o

ajuste de velocidade de rotação do dispositivo geralmente com velocidade maior

do quer o especificado.

Fig.16 principais defeitos de solda


33

3.1.2.2 Análise do processo produtivo

Após verificar os principais defeitos analisamos todo o processo de confecção

da coluna de direção com a finalidade de encontrar em outro processo defeitos que

poderiam ajudar a gerar o problema da solda deslocada.

Para confecção da coluna de direção é necessário 4 setores da empresa onde

cada setor desempenha suas atividades com excelência.

Os componentes utilizados para confecção da coluna de direção são comprados do

fornecedor externo e são enviados para o CQ recebimento onde através de amostragem são

medidos e aprovados envio para o PCM (planejamento e controle de Material) estocar.

O setor de PCP (Planejamento e Controle da Produção) determina a

quantidade, hora, e o modelo, que será fabricado na usinagem.

A usinagem através do planejamento do PCP realiza o setup da linha conforme

modelo no qual realizara os ajustes, as medições e os testes necessários para início de

produção em massa.

1-MANDRIL

2- USINAGEM

3- PRENS. TUBO

4- TIPAGEM

5- SOLDA

1- PINTURA

2- EXPEDIÇÃO

3- CLIENTE

USINAGEM COMPONENTES

1-CQ RB

2- PCM

2.2- EIXO COL.

2.1- MESA INF.

PINTURA USINAGEM DO EIXO

1- PRÉ US. DO EIXO

2- TÊMPERA

3- US. DO EIXO

Fig.17 fluxo para confecção da coluna de direção

principais defeitos de solda

Fonte: própria do autor

34

No recebimento do tubo bruto e na usinagem do tubo não encontramos nada

que contribuísse para o deslocamento da solda. Analisamos documentos e avaliamos o

as peças usinadas e o seu dimensional estava conforme desenho.

Na usinagem da mesa verificamos no processo de mandrilhamento contribuía

diretamente para o deslocamento da solda. O dispositivo de apoio para fixação da peça na

máquina de solda utiliza como referência o furo do garfo que é usinado no primeiro processo da

linha de usinagem da mesa que é o mandrilhamento do garfo e coluna conforme análise de

processo. O deslocamento dos furos dos garfos tem uma tolerância de ±0,2 mm, em relação ao

furo da coluna, essa tolerância está dentro do especificado, porém quando essa tolerância

encontrasse na máxima ou na mínima, aliado ao grau de liberdade do dispositivo de fixação da

tocha, contribui para o deslocamento do cordão em 5% das peças soldadas.

Fig.18 analise processo usinagem do eixo


Fig.19 analise processo usinagem da mesa


35

3.1.2.3 Análise de movimentação mecanismo de fixação

Após análise do mandrilhamento verificamos a máquina de solda e

constatamos que o dispositivo de fixação da tocha tinha um grau de liberdade no

posicionamento da tocha e o ângulo da tocha não favorecia o a formação da poça de

solda contribuindo para o deslocamento, a tocha de solda tem que estar fixa no

dispositivo e com ângulo em relação a peça a ser soldada de 12 a 16 grau (GUERRA,

2008).

Fig.20 analise processo usinagem da mesa (continuação)


Fig.21 dispositivo de posicionamento da peça

Fig.22 tocha perpendicular a peça

36

3.2 DESENVOLVIMENTO DO EQUIPAMENTO

Após várias analise concluímos que deveríamos desenvolver um equipamento

diferente do atual e para isso teríamos que mudar o ponto de referência do

posicionamento do garfo para coluna e modificar o dispositivo de fixação da tocha para

evitar grau de liberdade e ter ajuste no ângulo para favorecer a formação da poça de

soldagem.

Primeiro passo desenvolver o projeto de equipamento com as seguintes

características levantadas:

Compacto

Dispositivo de fixação da tocha com ajuste de altura e angulo sem folgas.

Dispositivo de posicionamento da peça na máquina pelo furo da coluna

Toda automatizada

Com variador de velocidade do disco de rotação

De fácil operação

3.2.1 Mecanismo de fixação da peça

O primeiro passo para desenvolver o dispositivo de fixação da tocha foi avaliar

todos os prós e os contras do dispositivo anterior, e foi verificado que o dispositivo tinha

algumas vantagens que deveríamos aplicar no proposto:


37

O dispositivo atual possuía o centralizador da coluna que garantia o

posicionamento correto da coluna em relação a mesa.

Outra vantagem, não necessitava de grampo de fixação a peça era colocada

sobre o dispositivo os garfos como referência impossibilitando movimento da peça no

movimento do prato, porém utilizando o garfo de referência era uma desvantagem

para o processo pois o garfo pode ficar deslocado até ± 0,20mm em relação a peça

bruta conforme especificação do projeto é essa tolerância no furo do garfo permitia com

que a coluna quando estava no máximo aceitado em especificação deslocasse,

portanto foi estudado uma forma de fixar a peça utilizando como referência o furo da

coluna, e assim não haveria forma da solda ser deslocada.

Para utilizar o furo da coluna seria necessário desenvolver uma forma de

fixação, estudando as formas de fixação do (MANUAL DE AUTOMAÇÂO 2006).

Verificamos que poderíamos utilizar um cilindro pneumático, com grampo na forma de

cunha para centralizar o furo da coluna.

Na base da coluna foi desenvolvido um sistema de fixação onde se utilizou o

furo de fixação do guidão como arraste assim a peça continuaria guiada e o cilindro

guia da tocha não precisaria utilizar grandes esforços para movimentar a peça no


Fig.23 projeto fixador da peça a) aberto e b) fechado

a) b)

38

processo de solda. Na ponta do cilindro foi projetado para colocação de um rolamento

de contato angular para absolver as forças radiais e axiais geradas na soldagem

3.2.2 Mecanismo de fixação da tocha

Após desenvolvimento do dispositivo de fixação da peça a ser soldada,

trabalhamos no desenvolvimento do dispositivo de fixação da tocha onde a principal

preocupação era manter a tocha fixa e imóvel na execução da solda, para isso

projetamos um dispositivo com movimento linear utilizando um cilindro pneumático com

amortecedor para não haver impacto no avanço da tocha e no retorno. Outra

preocupação era projetar dispositivo que permitisse angular a tocha em até 45° em

relação a peça e para isso utilizamos os conceitos do manual de automação de

soldagem (GUERRA, 2008).

O dispositivo projetado permitir regular a altura da tocha em relação a peça

facilitando o operação de setup de modelos.

Fig.24 projeto fixador da tocha a) vista frontal e b) vista lateral

a) b)


39

No cilindro para avanço e retorno da tocha foi inserido sensor magnético para

controle de posicionamento da tocha. O sistema foi desenvolvido de forma simples

para facilitar o manuseio do operador no ajuste do equipamento.

3.2.3 Interface do retificador de solda com a cabine de proteção

Utilizamos no projeto retificador e tocha Daihen DM 350 da OTC de origem japonesa o

mesmo utilizado nos antigos equipamento pois já possui histórico na empresa de bom

funcionamento e durabilidade e apresenta ótimo aposte técnico como todas as peças de

manutenção preventiva.

O DM-350 é operado através de uma interface simples que gira em torno de um único

botão que ajusta a tensão e corrente (velocidade de fio) e os botões visuais. Um grande LED é

usado para exibir as configurações e parâmetros de soldagem. O retificador DM-350, vem de

fábrica equipado com constante função de controle de penetração. Manter a integridade da solda

superior, via de penetração uniforme em toda a solda!

O DM-350 é operado através de uma interface simples que gira em torno do sistema de

controle CLP Mitsubishi que determina tensão, corrente, velocidade do arame e liga desliga a

tocha. O controle do gás é realizado através do medidor de vazão. O gás utilizado é o gás mistura

com 92% de argônio e 8% de CO2.

Tocha

Fig.25 Retificador e tocha utilizado no projeto

40

Utilizamos no projeto a tocha da Binzel MB GRIP 15ak bico reto com acionamento

automático, todos os acessórios consumíveis como bico guia do arame, difusor do gás e bocal

foram determinado vida útil de utilização com base no manual do fabricante Binzel e através de

testes realizados no chão da fábrica, onde foi definido 7500 peças a vida útil dos consumíveis.

3.2.3.1 Sistema de controle e automação

Para fazer o programação do CLP foi desenvolvido o gráfico passo a passo dos

processos que seria realizado no equipamento, assim podemos ter o tempo real de todo processo

de solda da coluna. As etapas realizadas no processo foi inserida na programação do CLP e

através das analise de tempos do diagrama passo a passo. E assim definimos os parâmetros de

controles de avanço e recuo da tocha, e velocidade do giro dispositivo de fixação da peça.

3.2.3.2 CLP

No esquema elétrico utilizamos o controlador logico programável (CLP) da Mitsubishi

através dele podemos programar todos os movimentos realizados pelo equipamento, no

programa do CLP também controla os itens de segurança como bi manual, cortina de segurança

da porta e posição certa da peça, tudo foi elaborado de acordo com o projeto

Fig.26 diagrama passo a passo do processo


41

3.2.3.3 Esquema elétrico

Todo o esquema elétrico foi elaborado para facilitar ao mantenedor do

equipamento sua manutenção.

Ponto importante no desenvolvimento das instalação elétrica foi a implantação

do sistema de segurança do equipamento com base nas normas NR12. Foi inserido um

controlador para evitar que o sistema de segurança seja burlado o jampeado.

Fig.27 Diagrama esquemático do CLP entradas e saidas


Fig.28 diagrama esquemático elétrico

42

3.2.3.4 Sensores

No esquema elétrico utilizamos o 5 sensores magnéticos, 2 sensores indutivos, 1 chave

eletromecânica utilizado para controlar abertura e fechamento de porta, avanço e recuo de tocha,

posição de referência da mesa, posição de referência da porta e posição de referência da tocha

todos controlado pelo CLP.

Fig.29 diagrama esquemático dos sensores

43

Os sensores magnéticos

Servem para monitorizar a posição de portas de segurança do avanço e recuo da tocha e

para referenciar a posição inicial. Os sensores foram utilizados de acordo com a norma DIN

VDE 0660-209 em combinação com controles de segurança para proteção até à categoria 4 de

acordo com a norma EN ISO 13849-1.

A utilização de sensores magnéticos de segurança oferece vantagens especiais em casos

de condições extraordinárias de sujidade, como o processo de solda gera fumaça e respigo o

sensor magnético é indicado.

Sensores indutivos

São dispositivos eletrônicos que são capazes de medir a proximidade de objetos

metálicos que entram em seu campo magnético. Possuem grande aplicação na indústria para ser

utilizados em máquinas para contar peças, medir velocidade, detectar materiais de baixa

resistência mecânica, entre muitas outras aplicações. Utilizamos para referenciar a posição inicial

do prato e medir a velocidade de rotação do dispositivo.

Pressostato de ar

É um instrumento de medição de pressão utilizado como componente do sistema de

proteção de equipamento ou processos industriais. Sua função básica é de proteger a integridade

de equipamentos contra sobre pressão ou subpressão aplicada aos mesmos durante o seu

funcionamento. Através de nossa rede de pressão de ar definimos uma pressão para o

equipamento de 4 à 6 bar.

Comando bi manual

Foi instalado no equipamento comando bi manual, devido a porta automática que possui

movimento perigoso quando fecha. Os comandos bi manuais são dispositivos de proteção que


44

não podem ser acionados separadamente. Em geral servem para assegurar a posição das mãos do

operador da máquina encarregado de dar um sinal de controle para efetuar um movimento que

pode ser perigoso. Desta maneira, os comandos bi manuais determinam que a intervenção do

operador em processo de movimento perigoso fique eliminada quando a máquina entra em

funcionamento.

3.3 IMPLEMENTAÇÃO DO PROJETO

3.3.1 Construção do equipamento

Após a montagem do painel eletronico e dos dispositivos de fixação da peça e da tocha

aplicamos os esfoço na montagem da cabine e dos acessorios.

Montamos todo equipamento seguido a seguinte ordem

1. Montagem da cabine

2. Montagem do painel eletrico na cabine

3. Montagem do painel de comando

4. Montagem do sistema pneumatico

5. Montagem dos sensores

6. Montagem da tocha e do retificador de solda

7. Montagem do motoredutor e dispositivo de fixação da peça

Fig.30 Montagem do equipamento

1. 2. 3.


45

3.3.2 Teste Equipamento

Após todo o equipamento montado executamos os teste de funcionamento de

todos os componentes e realizamos os ajuste necessários para executar o processo de

soldagem na primeira peça.

Verificamos o funcionamentos dos seguintes componentes:

Porta abre e fecha no automático e no manual;

Giro do dispositivo e fixação da peça;

Avanço e recuo da tocha

Fig.30.1 Montagem do equipamento (continuação)

4. 6.

7.

7.


46

Funcionamento da interface retificador com o comando de acionamento

processo;

Funcionamento dos dispositivo de segurança como bi manual;

3.3..2.1 TESTE MACROGRAFICO PARA DEFINIÇAO DE PARAMETRO

Com o equipamento todo ajustado realizamos os testes para definição de parâmetro,

onde foi montado uma planilha com os parâmetros pré-determinado voltagem, amperagem, e

velocidade de rotação do dispositivo de fixação da peça.

Essa planilha casava a voltagem com a amperagem onde definimos que a primeira peça

seria soldado com 180 amper e 18 volts a segunda com 185 amper e 18.5 volts e assim por diante

até chegar na vigésima peça. Todas as peças soldadas foram cortadas e realizados os teste de

ruptura e macrografico e os resultados seguem na planilha abaixo:


Fig.31 Resultado dos testes macrografico

47

MESA

TUBO

BICO

ARAME

17 ± 2

Após realizado os teste macrografico verificamos que a peça de 1 á 5 ficaram

não conforme somente quando aplicado a 200 amper e 20 volts conseguimos peças

conformes, com essas amostras conseguimos definir os parâmetros de soldagem do

equipamento.

Após resultado dos vários teste realizados com rotação do dispositivo, altura da tocha,

voltagem e amperagem ficou definido os seguintes parâmetros:

Voltagem 22 ±3 volts

Amperagem 220 ±30 amp

Altura da tocha 17 ±3 mm

Rot. do dispositivo 6 ± 0.5 rpm

Ângulo da tocha 12 ±2 grau

3.3.3 Aprovação do equipamento

Para o equipamento ser aprovado e liberado para a produção foi feito a soldagem do lote

piloto de 200 peças onde é elaborado um documento de aprovação da qualidade onde é

verificado a macrografia, tração e compressão da peça em escala, a cada 50 peças é retirada uma

para a realização dos testes.

E conforme relatório abaixo todas as peças foram conforme e aprovadas

Fig.32 desenho esquemático altura tocha

48

Fig.33 Relatório de aprovação teste de ruptura


Fig.34 Relatório de aprovação teste de macrografia


49

3.3.4 Resultados

Fizemos comparativos do equipamento utilizado antes com o equipamento da melhoria

e os resultados obtidos segue abaixo:

Antes Depois

Tocha não permitia angulação Tocha permiti angulação

Fixação pelo furo do garfo Fixação pelo furo central da coluna

Equipamento grande Equipamento compacto

Não permiti ajuste no rpm prato Permiti ajuste no rpm prato

Os resultados obtidos com todas as mudanças foram satisfatório conseguimos

ter solda mais homogênea e com menos respingo devido a angulação da tocha que

permiti ajuste de até 25°. Fixando a peça pelo furo central da coluna reduziu o cordão

de solda deslocado. O equipamento compacto contribuiu para melhorar o fluxo da

linha. Com o ajuste de velocidade do rpm do prato facilita na troca de modelo não

precisando ajustar voltagem e amperagem.

50

O mérito maior do equipamento projetado foi a redução na rejeição do cordão

de solda deslocado que tinha uma média mensal de 6% e passou para 0,45% após a

implantação do equipamento

Fig.35 Resultado antes e depois

Fig.36 comparativo dos índice de rejeição

51

CONCLUSÃO

A principal motivação para realizar esse projeto era reduzir a rejeição do cordão de solda

deslocado, e através de estudo e analise e conhecimento adquirido no curso de engenharia


Fig.37 comparativo do cordão de solda deslocado


52

verificamos que a melhor formar de reduzir essa rejeição era desenvolver um equipamento com

características diferente do comumente utilizado, como mudança da referência de fixação da

peça e angulação da tocha. O equipamento desenvolvido demonstrou uma forma eficiente para

realizar o processo de soldagem onde além de reduzir a rejeição conseguimos reduzir o tempo de

setup com mudança de modelo.

Nas indústrias surgem comumente problemas que necessitam rápida, simples e eficiente

intervenção com o objetivo de melhorar a qualidade e minimizar os custos de falhas. Cada

problema encontrado há sempre mais de uma alternativa de solução. Pela dinâmica e

especificidade de cada processo e produto deve-se realizar uma análise instrumental que

apresente dados consistentes capazes de demonstrar os pontos que necessitam melhorias. Os

projetos nem sempre preveem todas as condições existentes, principalmente as situações de

concentração de tensão que podem promover uma fadiga prematura de componentes e estruturas.

A análise experimental dos problemas referentes a rejeição é uma ferramenta técnica eficiente e

fundamental para demonstrar as solicitações mecânicas ao qual estão sujeitos diversos pontos do

processo. Essa análise é eficaz para identificar pontos críticos em projetos, permitindo ao

projetista aplicar melhorias a fim de aumentar a confiabilidade do processo.

Ao alinhar conhecimento teórico e prático, adquirido ao longo do curso de Engenharia

Mecânica e da experiência na indústria metal mecânica, foi possível idealizar este trabalho na

área de soldagem. Na qualidade de especialista técnica da área de engenharia, experimentado em

análise e solução de problemas envolvendo projeto e fabricação, considera-se capacitado o

investigador a desenvolver o trabalho realizado.

Os objetivos do trabalho foram alcançados, observa-se que o novo equipamento foi

eficiente para centralizar o cordão de solda na coluna de direção e reduzir as rejeições

concentradas no contorno do cordão de soldagem para o caso em estudo. Propõe-se que em

condições similares de projeto e solicitação mecânica a referida abordagem possa ser plicada

com sucesso desde que realizados os estudos preliminares.

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Documents

PROJETO DE PESQUISA DESENVOLVIMENTO DE UMA … · Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais (SARKIS, 2008). Para conhecimento da coluna de direção vamos utilizar o manual