ESTUDO DE CASO - IMPLEMENTAÇÃO DO PLANO DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA VISANDO A MELHORIA DE DESEMPENHO EM MOLDES

Transcrição

1 CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM POLÍMEROS FELIPE FRANCISCO NALESSO RODRIGUES ESTUDO DE CASO - IMPLEMENTAÇÃO DO PLANO DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA VISANDO A MELHORIA DE DESEMPENHO EM MOLDES SOROCABA 2012

2 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM POLÍMEROS FELIPE FRANCISCO NALESSO RODRIGUES ESTUDO DE CASO - IMPLEMENTAÇÃO DO PLANO DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA VISANDO A MELHORIA DE DESEMPENHO EM MOLDES Monografia apresentada no curso de Polímeros da FATEC SO, como requerido para obter o título de Tecnólogo em Polímeros. Orientador: Prof. MSc. Célio Olderigi De Conti SOROCABA 2012

3 RODRIGUES, FELIPE FRANCISCO NALESSO ESTUDO DE CASO - IMPLEMENTAÇÃO DO PLANO DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA VISANDO A MELHORIA DE DESEMPENHO EM MOLDES Trabalho de conclusão de curso apresentado como exigência parcial para obtenção do título de Tecnólogo em Polímeros na Faculdade de Tecnologia de Sorocaba. Prof. Ms. Célio Olderigi De Conti Orientador Prof. Ms. Francisco de Assis Toti Convidado Prof. Prof. Ms. José Carlos Moura Convidado SOROCABA 2012

4 DEDICATÓRIA Aos meus pais, René e Sueli, pelo amor, sacrifícios e apoio incondicional. À Juliana, pelo amor e compreensão em todos os momentos.

5 AGRADECIMENTOS Ao professor Prof. MSc. Célio Olderigi De Conti, que contribuiu na orientação do trabalho. Ao professor Dr. Francisco Carlos Ribeiro, pela contribuição na forma e estrutura do trabalho. Aos professores membros da banca examinadora pelas observações que serão realizadas na defesa. A Faculdade de Tecnologia de Sorocaba, pela oportunidade de formação na área de Polímeros. Aos colegas de trabalho, com quem convivi durante a implementação deste trabalho na empresa, por todo auxílio e dúvidas sanadas. A todos meus amigos que estiveram junto comigo nessa jornada.

6 RESUMO A grande diversidade de tecnologias com as quais lidam as equipes de Engenharia de Manutenção e a constante busca de soluções para falhas recorrentes em equipamentos e melhoria baseada na confiabilidade, provocam intenso desenvolvimento de conhecimento que os processos de negócios convencionais não conseguem processar. Este fato, aliado à forte pressão por aumento da competitividade e aumento de eficácia nos gastos, coloca estas equipes diante do desafio de gerir e integrar, estrategicamente, os conhecimentos produzidos, alimentando uma base de conhecimento composta por agentes como: pessoas, documentos e sistemas. Quanto mais utilizado e difundido o conhecimento, maior será seu valor, e para que possa ser medido precisa ser transformado em ação, permitindo sua medição através dos resultados financeiros, eficiência de processos, aumento da qualidade e da inovação de técnicas. Em uma ferramentaria voltada para manutenção preventiva de moldes não é diferente, foi necessário desenvolver uma metodologia voltada para a melhoria do desempenho sempre pensando na manutenção do mesmo e sempre buscando a melhoria continua no sistema implantado. Palavras-chave: Manutenção Preventiva, Moldes de Injeção de Termoplásticos, Ferramentaria, Indicadores de Desempenho.

7 ABSTRACT The diversity of technologies that deal teams of Maintenance Engineering and the constant search for solutions to recurring failure in equipment and improvements based on reliability, cause intense production of knowledge that the conventional business processes can not process. This fact, associate with strong pressure to increase competitiveness and increased efficiency in expenses places these teams face the challenge of managing and integrating, strategically, the knowledge produced by supplied a knowledge base composed of agents as persons, documents and systems. The most widely and broadcast the knowledge, the greater is the value, and what can be measured must be transformed into action, allowing their measurement results through the financial process efficiency, increase quality and technical innovation. In a Tool shop directed to mold preventative maintenance is not different, it was necessary to develop a methodology directed at improving the performance always thinking in your maintenance, and always looking for to a continuous improvement in the system deployed. Key Words: Preventive Maintenance, Thermoplastic Injection Molds, Tool Shop, Performance Indicators

8 Sumário 1. Molde de injeção Projeto básico de moldes Classificação dos moldes de injeção Tipos de moldes de injeção Moldes de duas placas Moldes de 3 placas Moldes com partes móveis (Gavetas) Stack molds (Placa flutuante) Moldes com núcleo rotativo Moldes com canal quente Sistemas de extração Pontos de injeção Canais de distribuição Ponto de injeção submarina Ponto de Injeção capilar Bico quente / Câmara quente Sistema de refrigeração Componentes de moldes de injeção Anel de centragem Coluna guia Bucha guia Pinos extratores Placas porta extratoras Bucha de injeção Placa base superior/inferior... 29

9 1.7.8 Placas cavidades (Superior/Inferior) respectivamente Placa suporte Guias de extração (Pino de retorno) Aços para moldes Propriedade.das.cavidades Aços para cavidades História da manutenção Tipos de Manutenção Tipos de manutenção - Planejada e não planejada Manutenção preventiva Objetivos Redução de custos Qualidade do produto Aumento de produção Efeitos no meio ambiente Aumento da vida útil dos equipamentos Redução de acidentes do trabalho Desenvolvimento Equipamento Levantamento Histórico Manual (Procedimento) Recursos Plano Treinamentos Ferramental e pessoal Controle da manutenção... 51

10 Controle manual Controle semi automatizado Controle automatizado Controle por computador Manutenção preditiva Manutenção corretiva Manutenção baseada em confiabilidade Implementação manutenção preventiva Determinação do número de ciclos para manutenção preventiva Identificação dos moldes Código do molde Criação plano de manutenção preventiva Formulário manutenção preventiva Formulário manutenção corretiva Controle de ordem de serviço Resultados Quantidade de ordens de serviço solicitada Hora máquina Desempenho moldes Redução de custos Conclusão Bibliografia... 68

11 Índice de figuras Figura 1 - Classificação moldes Figura 2 - Molde duas placas Figura 3 - Moldes duas placas Figura 4 - Moldes três placas Figura 5 - Molde com parte móvel Figura 6 - Gaveta Figura 7 - Stack mold Figura 8 - Molde com núcleo rotativo Figura 9 - Canal quente Figura 10 - Entrada submarina Figura 11 - Entrada capilar Figura 12 - Bicos de injeção Figura 13 - Sistema de câmara quente Figura 14 - Componente moldes Figura 15 - Anel de centragem Figura 16 - Coluna guia Figura 17 - Bucha guia Figura 18 - Pinos extratores Figura 19 - Bucha de injeção Figura 20 - Placa matriz Figura 21 - Pino de retorno Figura 22 - Interatividade entre o projeto do molde de injeção e as etapas do desenvolvimento de um novo produto Figura 23 - Representação genérica de um molde de injeção Figura 24 - Diagrama orientativo para escolha aço para cavidades Figura 25 - Tempo em máquina para manutenção preventiva Figura 26 - Planilha contagem de ciclos Figura 27 - Foto quadro gestão a vista Figura 28 - Planilha de controle Figura 29 - Moldes A2 planilha de controle... 60

12 Figura 30 - Formulário preventiva Figura 31 - Formulário manutenção corretiva Figura 32 - Planilha ordem serviço Figura 33 - Quantidade de ordens de serviço Figura 34 - Hora máquina parada Figura 35 - Desempenho moldes Figura 36 - Redução de custo no período de um ano... 66

13 Índice de tabelas Tabela 1 - Efeito dos elementos de liga nas características do aço Tabela 2 - Principais aços usados em cavidades Tabela 3 - Propriedade dos aços Tabela 4 - Evolução manutenção... 44

14 14 1. Molde de injeção O molde de injeção é uma unidade completa com condições de produzir peças moldadas. Suas cavidades possuem as formas e as dimensões da peça desejada. O molde é adaptado ao final da máquina de injeção e recebe, em sua cavidade, o material plástico fundido, introduzido por meio de pressão. Na construção de um molde, é indispensável que suas placas fiquem perfeitamente paralelas após a usinagem. Os pinos de guia devem estar em esquadro perfeito para permitir um funcionamento suave da abertura do molde. As placas de fixação inferior e superior ultrapassam o corpo principal do molde, a fim de fornecer um espaço para grampeamento, ou fixação direta na máquina injetora. 1.1 Projeto básico de moldes Tamanho e forma da peça; Número de cavidades; Tamanho e capacidade da máquina em que o molde será usado. Todos estes fatores estão interligados com o tamanho e o peso do objeto moldado, limitando o número de cavidades e determinando também a capacidade necessária da máquina. As dimensões das placas, por exemplo, limitam o número de cavidades de um molde. No caso de peças grandes, como a grade do radiador de um automóvel, é necessário que a máquina apresente dimensões apropriadas entre as colunas para possibilitar o encaixe do molde e curso de abertura, ou seja, a linha de separação entre as duas metades do molde, normalmente, a linha de separação das metades de um molde deixa marca, portanto, a linha de abertura deve ocorrer em uma parte em que o visual da peça seja funcional e aceitável. A relação da face plana deve ser tal que a peça injetada possa ser extraída sem interferência. A linha de separação deve dividir o molde de maneira que facilite a usinagem das peças da forma mais simples possível. A definição da linha de

15 15 separação deve facilitar a extração da peça e o molde aberto precisa ser facilmente acessível pelo operador da máquina injetora. Deve-se, então, verificar as tolerâncias requeridas versus tolerâncias das peças injetadas. A extração da peça normalmente é considerada junto com a linha de separação. Em alguns casos, há a necessidade de mais de uma linha de abertura, onde se emprega um tipo de abertura para os lados. Os pontos de entradas nas cavidades, geralmente, estão no centro das peças ou nas arestas das mesmas. Os pontos de entrada pelo centro são utilizados em moldes com cavidades simples, e de duas ou três placas. O ponto de entrada pela aresta é normalmente usado em moldes de duas placas, com cavidades múltiplas ou simples. [HARADA, 2004] 1.2 Classificação dos moldes de injeção Segundo SACCHELLI (2007) os moldes de injeção podem ser classificados levando-se em consideração algumas de suas características construtivas.

16 16 Figura 1 - Classificação dos moldes 1.3 Tipos de moldes de injeção Existem diversas variações de molde de injeção, as configurações dependem principalmente do produto a ser moldado. Outros fatores como custo do molde, demanda de peças e características da máquina também são importantes na definição de qual tipo de molde utilizar. O molde de injeção é classificado de acordo com a norma DIN 1670, denominada Moldes de Injeção e Compressão de Componentes em: moldes de duas placas, moldes de três placas ou placa flutuante, moldes com partes móveis, moldes com canal quente, placa flutuante e moldes com núcleo rotativo Moldes de duas placas Molde mais simples, composto da parte móvel e da fixa, é o molde mais utilizado, denominado molde de duas placas devido a ter dois grupos de placas. Não existe abertura especial ou outro tipo de mecanismo auxiliar. No aspecto construtivo são.os.mais.simples.e.baratos.

17 17 Vantagem: Facilidade de desenvolvimento, custo mais baixo comparado com os outros tipos de moldes. Desvantagem: dificuldade de se obter o componente injetado de forma geométrica complexa Figura 2 - Molde duas placas Figura 3 - Moldes duas placas Moldes de 3 placas Composto além da placa fixa e móvel, da placa flutuante, que tem como função separar o canal de distribuição do componente injetado. Os moldes de três placas são ideais para cavidades múltiplas com injeção central. Este sistema é utilizado juntamente com injeção capilar e necessita de puxadores e limitadores da.terceira.placa. Vantagem: Utilizado para componentes com múltiplos pontos de injeção, não necessita de etapa posterior de retirada do canal de alimentação do componente.injetado.

18 18 Desvantagem: maior custo de desenvolvimento e maior manutenção, comparado ao molde de 2 placas. Não indicado para componentes de grandes dimensões, devido ao maior peso do molde e de necessitar um maior curso de abertura. Figura 4 - Moldes três placas Moldes com partes móveis (Gavetas) Moldes com partes móveis são aqueles que, em suas cavidades ou em parte delas, apresentam elementos que se movem em uma segunda direção. Estes moldes são empregados quando algum detalhe do produto provoca uma retenção que impede sua extração; este segundo movimento forma frequentemente um ângulo.reto.em.relação.a.linha.de.abertura.da.máquina.injetora. Vantagem: Possibilidade de se obter geometrias com variados detalhes (reentrâncias.ou.rebaixos). Desvantagem: manutenção elevada, de custo mais elevado comparado ao de 2 e 3 placas.

19 19 Figura 5 - Molde com parte móvel Figura 6 - Gaveta Stack molds (Placa flutuante) Este molde que possui a sua abertura em duas regiões, possibilita.a.obtenção.de.um.número.maior.de.componentes.injetados. Vantagem: possibilita o dobro da quantidade de produção dos moldes de 2 e 3 placas. Desvantagem: manutenção elevada.

20 20 Figura 7 - Stack mold Moldes com núcleo rotativo Quando um molde é confeccionado para injetar peças com rosca interna utiliza-se um molde com sistema de núcleo rotativo que permite uma alta produção pelo fato de funcionar automaticamente. Este tipo de molde necessita de um acionamento que pode ser por cremalheira, sistema hidráulico ou motor. Vantagem:.Facilidade.de.construção,.comparado.com.outra.alternativa. Desvantagem: Valor elevado de manutenção.

21 21 Figura 8 - Molde com núcleo rotativo Moldes com canal quente Há acessórios neste tipo de molde, que mantém a temperatura do material polimérico elevado dentro do molde, fazendo com que o mesmo chegue mais rápido à cavidade dispensando a necessidade de canais de alimentação. Vantagem: não possui a etapa de retirada de canal de alimentação, economia de material,.maior.produção,.devido.o.ciclo.do.processo.de.transformação.ser.menor. Desvantagem: custo e manutenção elevados. Figura 9 - Canal quente

22 Sistemas de extração O sistema de extração tem como função, remover a peça moldada do interior do molde, após os processos de injeção e resfriamento terem terminado. As formas de extração da peça do interior do molde podem ser feitas por meio de pinos extratores, buchas extratoras, lâminas extratoras, placas extratoras, pinças extratoras ou ar. Os extratores devem ser posicionados preferencialmente em áreas onde poderão atuar sobre cantos, nervuras e/ou paredes laterais das peças. A extração é uma situação crítica no processo, pois pode comprometer permanentemente a peça moldada devido ao posicionamento inadequado dos extratores, gerando empenamentos, tensões residuais ou marcas. [CORRÊA, 2010] 1.5 Pontos de injeção O ponto de injeção controla a velocidade com que o material fundido entra na cavidade e também o seu empacotamento, variáveis que influenciam no aspecto final da peça. Problemas provenientes do ponto de injeção podem ser eliminados se a entrada de material e sua localização forem bem definidas. Isto irá depender do formato da peça, forma de injeção, tipo de polímero, polímero com carga e o sistema de refrigeração Canais de distribuição Os canais de distribuição transferem o material fundido do conjunto de plastificação da máquina injetora para as cavidades do molde. Os canais de alimentação devem ser projetados de forma a fornecer o mesmo volume de material fundido e a mesma pressão de injeção por todo o percurso de alimentação, até a entrada e preenchimento das cavidades. Como requisito adicional, deve oferecer o menor peso possível e ser facilmente desmoldado. Os canais de alimentação podem ser divididos em canais frios e canais quentes. [CORRÊA, 2010]

23 Ponto de injeção submarina Este ponto de injeção é muito utilizado, pois permite a separação do canal e do produto de forma automática durante o processo de moldagem. Vantagens: Remoção.automática.do.canal.de.injeção. Desvantagens: Apenas para produtos simples. Figura 10 - Entrada submarina Ponto de Injeção capilar É o tipo de ponto de injeção utilizado em molde de três placas. Permite a separação automática entre o galho e a peça e deixa um acabamento muito bom. Vantagens: É utilizada na maior parte dos materiais, pois permite uma separação automática; Muito utilizado onde a alimentação fica na parte visível do produto; Acabamento no ponto de injeção (corte por.cisalhamento);. Defeitos.mínimos. Sem trabalho de corte no canal; Sempre utilizado quando o projeto permite; Bom para balancear a entrada de fluxo à cavidade; Ótimo para balancear as entradas dos moldes com muitas cavidades; Devido a pequena dimensão, permite ciclo rápido e tensões reduzidas; Possibilidade de colocar o ponto de injeção no centro das superfícies.

24 24 Desvantagens: Grande volume de sobras e custos mais elevados do molde; Não deve ser utilizado com materiais muito viscosos; Não deve ser utilizado com materiais muito. sensíveis.ao.calor; Quanto maior a entrada, maior a velocidade do plástico; A energia cinética é convertida em calor e pode causar queima ou degradação do material. Se o diâmetro de entrada (ataque) for muito pequeno, pode provocar quebra das fibras. [DIAS, 2008] Figura 11 - Entrada capilar

25 Bico quente / Câmara quente A injeção ocorre diretamente na peça; geralmente possui um bico de injeção para cada cavidade que é aquecida por resistências. Figura 12 - Bicos de injeção Figura 13 - Sistema de câmara quente

26 26 Principais características Eliminar os canais de injeção reduzindo a perda de material; Eliminar o trabalho de rebarbar as peças; Aumentar a produtividade; Tem um custo maior quando comparado com os métodos convencionais. 1.6 Sistema de refrigeração O resfriamento do molde é necessário para reduzir a temperatura do material polimérico fundido injetado na cavidade até um ponto de solidificação suficientemente rígido para permitir a extração da peça. Assim a temperatura do molde deve ser mantida suficientemente baixa para obrigar o material quente a transferir sua temperatura para as superfícies do molde. A velocidade de transmissão do calor determina o tempo de resfriamento necessário para a peça se solidificar. 1.7 Componentes de moldes de injeção Figura 14 Componentes do molde

27 Anel de centragem Tem a função de centralizar o molde em relação à linha de centro da injetora e a fixação da bucha de injeção. Figura 15 - Anel de centragem Coluna guia Guia a placa extratora, evitando esforços nos pinos extratores. Figura 16 - Coluna guia Bucha guia Juntamente com a coluna, guia a placa extratora. Figura 17 - Bucha guia

28 Pinos extratores Extrai a peça moldada do molde. Figura 18 - Pinos extratores Placas porta extratoras Aloja os pinos extratores e pinos de retorno Bucha de injeção Recebe o material plástico da máquina. O material plastificado penetra no molde, através do furo da bucha de injeção. Figura 19 - Bucha de Injeção

29 Placa base superior/inferior parafusos. Fixação do molde na parte fixa/móvel da injetora através de garras ou Placas cavidades (Superior/Inferior) respectivamente Placa onde são inseridas as cavidades em forma de canecas ou placas inteiriças. Alojam-se em suas laterais as colunas do molde, responsáveis em guiar a parte superior com a inferior do molde. E possibilita a conexão dos bicos de mangueira. A linha de fechamento acontece nas faces das placas porta machos e cavidades. Figura 20 - Placa matriz Placa suporte Elemento fixado sobre os calços com a função de suportar a pressão de injeção que incide sobre a área projetada no momento do preenchimento das cavidades, devendo ser previamente calculada sua espessura e prever suportes pilares que servem de sustentação para a placa suporte evitando sua deformação.

30 Guias de extração (Pino de retorno) Levam as placas extratoras ao lugar correto após o fechamento, evitando que fiquem avançados no momento da injeção. [CORRÊA, 2010] Figura 21 - Pino de retorno 2. Aços para moldes O molde para injeção de termoplásticos é caracterizado como uma composição, em que seus vários componentes, cada qual com sua função bem definida, conjuntamente formam uma ferramenta de alta complexidade. Esta complexidade é oriunda tanto do alto grau de interatividade com outras áreas de conhecimento envolvidas, tais como transferência de calor, mecânica dos fluidos, desgaste, e outras; como pela sua complexidade geométrica do seu conjunto de peças. Os componentes que constituem o molde, para atenderem da melhor forma suas funções, dentro deste complexo conjunto, demandam propriedades específicas, exigindo, portanto uma apropriada seleção dos materiais a serem empregados. A figura 22 mostra a relação interativa existente entre o projeto do molde de injeção e todas as etapas do desenvolvimento de um novo produto. Esta relação inicia-se com o projeto do componente plástico, que também se torna um requisito para o projeto do molde, passando pelo processo de injeção em si, e, finalmente, pela fabricação do molde de injeção.

31 31 Figura 22 - Interatividade entre o projeto do molde de injeção e as etapas do desenvolvimento de um novo produto. Apesar de todas as partes possuírem aspectos importantes para a boa funcionalidade e produtividade do molde, as regiões moldantes como cavidades e machos são consideradas críticas uma vez que, as mesmas interagem diretamente com o material polimérico e com o fluido utilizado na refrigeração do molde. [MENGES, 2000]. Uma representação genérica e simplificada dos componentes que fazem parte de um molde de injeção, e subdivide o mesmo em quatro partes, cujas diferentes funções serão explicitadas a seguir. Os componentes responsáveis pelo guiamento e alinhamento do molde são fundamentais para sua concentricidade e consequente qualidade do produto final. A alimentação do molde, ou seja, canais de injeção principais e secundários são os responsáveis pelo preenchimento de todas as cavidades, e, portanto, de grande influência no tempo total de ciclo de injeção. O sistema de ejeção responde pela perfeita extração do produto final, e, na maioria dos casos, deve garantir que o mesmo seja extraído mecanicamente de dentro do molde.

32 32 O sistema de troca de calor, também conhecido como refrigeração do molde, deve manter estável a temperatura deste, e, além disso, ser eficiente o suficiente para que o produto esteja solidificado no momento da extração. É através das placas bases, superior e inferior, que o molde será preso na máquina injetora, e as forças de injeção e extração, transmitidas para o funcionamento cíclico do processo. Figura 23 - Representação genérica de um molde de injeção Muitos fatores determinam a seleção dos materiais para cavidade e macho. Tais fatores resultam de considerações econômicas, natureza e formato da peça a ser moldada e sua aplicação, e de algumas propriedades específicas, tais como, condutividade térmica, resistência mecânica, ductilidade, dureza e tratamentos térmicos que podem ser empregados. Além disso, detalhes sobre o produto a ser moldado são de grande importância e devem ser fornecidos previamente ao projeto do molde. Por exemplo, material plástico a ser injetado, a contração, se há o acréscimo de cargas de reforço, se o material é corrosivo, etc. Estes detalhes auxiliam na definição das dimensões mínimas da cavidade, na previsão do desgaste sob condições de produção, e na qualidade requerida pelo produto em relação às dimensões e aparência superficial. [ROSATO, 1993; REES, 1995;.MENGES,.2000].

33 33 O conhecimento da demanda de produção e/ou colocação do produto no mercado auxiliará na determinação da quantidade de peças a serem produzidas no molde, ou seja, o número de impressões que ele terá, e consequentemente, sua vida útil estimada. Através disso, é possível saber se o investimento em um molde é justificável e em quanto tempo o retorno deste investimento estará completo. Somado a isso, com a tendência cada vez maior de moldes de injeção para curtas séries, o processo de seleção de materiais passa a ser um aspecto cada vez mais importante. Por isso, as demandas do material do molde em suas propriedades térmicas, mecânicas e metalúrgicas derivam dos requerimentos citados anteriormente.[pouzada,.2003] Frequentemente, a seleção do material para as cavidades e machos do molde tem que ser feita entre demandas conflitantes, como por exemplo, para uma cavidade em que necessita-se do aspecto de alta condutividade térmica devido à complexidade da geometria do produto, seleciona-se um material com esta característica, porém, sua resistência mecânica não permitiria a produtividade desejada. Seleciona-se então outro material cujas propriedades estejam mais próximas das necessidades desta cavidade, porém, seu custo ultrapassaria o investimento estimado para este molde, e influenciaria no preço final do produto. Para tanto, apresenta-se através de diagramas esquemáticos, um arranjo entre alguns aços representativos de diferentes características, propriedades requeridas pelos moldes e diferentes tipos de polímeros. 2.1 Propriedade.das.cavidades Principais características do processo de injeção. De acordo com GRISKEY (1995), as cavidades do molde por si só representam uma mistura de engenharia e arte. Isto porque dentre suas funções, estão incluídas todas as etapas do processo, a saber: é na cavidade do molde que o polímero fundido (a altas temperaturas) será injetado a elevadas pressões, para fluir através dos canais de alimentação e preencher os espaços vazios da cavidade, a fim de adquirir a forma do produto final. Nesta cavidade existem canais pelos quais passará o fluido refrigerante, para resfriar tanto o componente injetado quanto à própria cavidade, muito aquecida durante o processo. Uma vez resfriado o produto injetado, será

34 34 necessário extraí-lo de dentro da cavidade, em alguns casos, gerando atrito entre as paredes. Logo, percebe-se a importância deste componente (a cavidade), e da adequada seleção de seu material, para a garantia da capabilidade do processo como um todo. Características necessárias pelos materiais para cavidades/machos Segundo MENGES (2000) e CRACKNELL (1993), entre as principais propriedades a serem consideradas para aplicação de aços utilizados em cavidades e machos de moldes de injeção, estão: Fabricação econômica (usinabilidade, de fácil usinagem por eletroerosão, polibilidade); Capacidade de ser tratado termicamente sem problemas; Rigidez e resistência suficientes; Alta condutividade térmica; Resistência à corrosão; Estabilidade.dimensional. A usinabilidade é definida por REES (1995) como a aptidão que o material tem para ser processado com uma ferramenta de corte. Esta propriedade é relevante em aços utilizados em cavidades por estas serem os componentes de maior complexidade do molde, onde as tolerâncias dimensionais dos detalhes a serem usinados.são.maiores. Por isso, é possível afirmar que a usinabilidade é uma grandeza tecnológica com influência determinante na produtividade. O aço deve ser também, bastante tenaz, para suportar esforços como a pressão de injeção, e variações de temperatura.em.cada.ciclo. A polibilidade é a facilidade com que se consegue polir o aço. Esta propriedade será muito importante para a qualidade superficial do produto final, dando a qualquer superfície um acabamento espelhado. Como exemplo tem-se os

35 35 moldes para a produção de faróis e lanternas da indústria automotiva, e também para.a.linha.de.eletrodomésticos. Além disso, uma superfície polida apresenta maior resistência à corrosão, devido à camada superficial de proteção que é criada pelo polimento, impedindo assim a ação de ácido, de certos sais químicos, ferrugem, etc. Outra vantagem de um aço com boa polibilidade é a preparação de cavidades que serão submetidas a operações de revestimento superficial por galvanoplastia, como niquelagem e cromagem, permitindo que as cavidades fiquem prontas para receber tais operações. Alguns polímeros liberam quimicamente substâncias agressivas durante o processamento, tais como ácido clorídrico, ácido acético ou formaldeído. Isto ataca a superfície da cavidade do molde se ela não estiver protegida com um revestimento superficial.como.os.citados.anteriormente. A resistência ao desgaste do aço, que é concomitante à dureza da superfície, está diretamente ligada à vida útil do molde, que pode chegar a milhares de ciclos. Esta propriedade influenciará na durabilidade do fechamento do molde, além do funcionamento mecânico de todos os componentes, imprescindíveis para que.a.produtividade.seja.mantida. Deve-se pensar também, na necessidade de tratamento térmico de algumas peças, para elevar a dureza ou aumentar a resistência mecânica, pois alguns aços aceitam determinados tratamentos térmicos, e isso, pode limitar ou reduzir a variedade aplicável de aços. Em geral, o tratamento térmico de moldes pequenos ou componentes do molde não apresenta problemas. No entanto, o tratamento de cavidades grandes ou complicadas pode causar deformação, variações dimensionais e até mesmo a quebra da peça. Isto se a seleção do aço do molde foi feita sem levar em conta o tratamento térmico, as técnicas de usinagem, e as dimensões dos componentes do molde como tamanho e forma da cavidade. [ROSATO,1993] Neste aspecto, de acordo com CRACKNELL (1993), a estabilidade dimensional é um dos principais atributos de um material. Ainda segundo ele, a natureza cíclica do processo de injeção sujeita os materiais do molde a níveis consideráveis de tensões e deformações elásticas. Por isso, o material ideal para

36 36 um molde deveria possuir resistência e durabilidade suficientes para resistir a deformações permanentes, mas ductilidade suficiente para resistir à quebra e a cargas.de.impacto. A troca de calor entre a peça solidificando e o molde tem um efeito substancial no custo final do produto. Essa troca de calor é consideravelmente influenciada pela condutividade térmica do material da cavidade, o qual é afetado pelos elementos de liga. Suas diferentes estruturas dão margem para o aumento da variação da condutividade térmica, ou seja, da capacidade de conduzir, transferir diferenças de temperatura. No processo de injeção, o molde está sendo constantemente aquecido e resfriado durante o ciclo de injeção. Por isso, quanto maior a condutividade térmica de um aço, melhor este será para a confecção das partes moldantes do produto. Por exemplo, em peças como postiços, gavetas, etc, onde há uma dificuldade de refrigeração devido aos detalhes do produto, pode-se minimizar ou até mesmo eliminar este problema utilizando-se materiais com elevada condutividade.térmica.[harada,.2004] Não só todas estas propriedades citadas são levadas em consideração no momento da escolha dos aços para a fabricação de um molde, como também os custos acabarão tornando-se peça-chave nesta hora. Em alguns casos, quando possível, é necessário substituir um aço ideal por outro com propriedades semelhantes mas custo bem inferior, para que o molde não se torne inviável. Todas estas características citadas variam de material para material. Isto se deve ao fato de cada material ser composto por determinados elementos de liga resultantes de seu processo de fabricação. Para CRACKNELL (1993), o termo liga de aço descreve um aço que contem outros elementos de liga adicionados ao carbono, os quais têm sido empregados para modificar as propriedades deste aço intencionalmente. Os elementos individuais de liga, de acordo com suas quantidades, têm tanto efeitos positivos como negativos nas características desejadas. Geralmente muitos elementos de liga estão presentes nos aços para ferramentais, os quais podem também mutuamente afetar um ao outro.

37 37 Tabela 1 - Efeito dos elementos de liga nas características do aço Analisando a tabela, percebe-se que o S e o Ti podem diminuir a rigidez de um material, assim como todos os outros elementos de liga, exceto o Ni. Nenhum elemento aumenta a resistência ao impacto, mas também nenhum elemento diminui a resistência ao desgaste, o endurecimento, a dureza e a resistência ao calor. Apenas alguns elementos elevam estas propriedades. Somente o S eleva a usinabilidade de um material, assim como apenas o Ni eleva a ductilidade. A elevada presença de Cr dificulta a retenção de dureza por um material, bem como o S prejudica a resistência à corrosão. No campo de materiais para moldes, por parte dos fornecedores, há pesquisa contínua em novos materiais com a pretensão de melhorar o desempenho e vida útil do molde, ou facilitar a usinagem e até diminuir custos. [REES, 1995] De acordo com MENGES (2000), atualmente, o aço é o único material que garante estas propriedades citadas anteriormente, gerando assim, confiabilidade no funcionamento do molde em longas vidas úteis. Para tanto, alguns aços têm sido modificados a fim de desenvolver uma estrutura que produza as

38 38 propriedades requeridas em uso. Isto necessita antes de tudo, de uma composição química adequada. 2.2 Aços para cavidades Os aços empregados em cavidades e machos variam com base em requerimentos de produtividade, complexidade de fabricação, tamanho do molde, esforços mecânicos e natureza abrasiva ou corrosiva da resina termoplástica. Existe um consenso quanto aos principais aços utilizados em cavidades, como pode ser visto na tabela abaixo (considerando uma seleção padrão para moldes de injeção, já que, em função de requisitos especiais, o mercado de aços oferece outras opções. Nesta tabela também são citados alguns aços de outras nomenclaturas (que em alguns casos remetem ao fabricante), que se equivalem aos citados na primeira coluna em relação à composição e as propriedades. [HARADA, 2004] Tabela 2 - Principais aços usados em cavidades Estes aços, são os mais utilizados em cavidades devido não só às suas melhores propriedades em termos gerais, mas sim devido à um conjunto de fatores, que envolvem, dentre outros, disponibilidade no mercado e custo acessível. Por isso, neste estudo, serão considerados estes quatro tipos de aços, pois entende-se que estes atendem de maneira satisfatória aos requisitos em questão. Neste trabalho, estes aços representam suas respectivas classes, diferenciadas por

39 39 características peculiares, a saber: o AISI 4340 representa os aços carbono de baixa liga e baixo custo; o AISI P-20 representa os aços ferramenta específicos para moldes plásticos, e de alta polibilidade; o AISI H-13 representa os aços ferramenta para trabalho a quente, endurecíveis por têmpera; e o AISI 420 representa os aços inoxidáveis martensíticos, também de alta polibilidade e endurecíveis por têmpera. Apesar de os aços AISI P-20 e AISI H-13 pertencerem a classes diferentes, possuírem diferenças de composição e de durezas brutas, além de diferenciarem-se também pela necessidade de tratamento térmico (o aço P-20 pode ser utilizado sem tratamento, aliás, este é um ponto positivo muito considerado por matrizeiros), eles podem aparecer juntos, por corresponder a uma gama de aços largamente utilizada, e possuir propriedades muito boas, além de custo razoável. A fim de acrescentar dados referentes à escolha dos aços empregados neste trabalho, a seguir é apresentada uma tabela de comparação de propriedades entre alguns aços, juntamente com exemplos de aplicações típicas. Tabela 3 - Propriedade dos aços

40 40 Neste diagrama visa contribuir para a orientação da seleção do aço para cavidades, e procura unir informações relevantes ao projeto do molde, como o conhecimento da resina termoplástica empregada, suas cargas adicionadas, levando em conta as principais solicitações do molde e a produtividade desejada. Através da disposição destes elementos juntamente com os aços mais empregados, segundo a literatura consultada, pôde-se representar graficamente a região de abrangência de cada característica. Figura 24 - Diagrama orientativo para escolha aço para cavidades Neste diagrama, cada lado da pirâmide representa um fator relevante na escolha do aço para as cavidades do molde. Cada losango representado por diferentes cores, corresponde a um aço considerado adequado para as características do tipo de molde representado pela chave e delimitado na direção das setas. Este aço é adequado para os tipos de termoplásticos também representados pela chave e delimitados pelas setas. As setas transversais indicando para a direita são de abrangência dos tipos de moldes. As setas transversais indicando para a esquerda são de abrangência dos tipos de termoplásticos. As setas longitudinais indicando para baixo delimitam a região correspondente a cada produtividade. As pirâmides menores, diferenciadas pelas hachuras, são as regiões de interferência entre dois tipos de aços, ou seja, nestas regiões, os dois aços correspondentes são adequados para tal tipo de molde, termoplástico e

41 41 produtividade. Os termoplásticos reforçados abrangem as cargas de fibra de vidro ou pós-metálicos muito abrasivos. Exemplificando o diagrama, para polímeros que geram gases corrosivos, como o Poli-cloreto de vinila (PVC), independentemente da produtividade desejada, o principal requisito do molde será a resistência à corrosão, por isso, esta região do gráfico está interligada pela seta horizontal, pois somente um aço inoxidável como o AISI 420 poderá ser utilizado. No caso de um polímero reforçado com fibra de vidro, em que não se necessite alta precisão no molde, ou seja, a peça não é técnica, e a produtividade for baixa, pode-se utilizar um aço mais comum, como o AISI Se a produtividade for média, poderiam ser utilizados também o P-20 ou o H-13, e se a produtividade for alta, somente estes dois últimos. Diante das propriedades dos aços apresentadas neste trabalho, percebese o quão importante é o conhecimento prévio de cada material, dentro de um processo de escolha de materiais. Isto para que tais propriedades possam ser analisadas e consideradas de acordo com a funcionalidade do produto final. Ante isto, não só este conhecimento é necessário, mas principalmente saber interpretar cada uma das propriedades, e ponderar em qual situação determinada propriedade será mais solicitada. É possível também concluir que as propriedades de um material, não podem ser consideradas isoladamente e/ou independentemente, mas sim, é um conjunto de fatores que torna um material mais adequado para tal aplicação. Por isso, novamente, salienta-se que as propriedades dos aços sugeridos nesta metodologia foram as melhores em termos gerais, comparando-se com outros aços, conforme as tabelas apresentadas. Ao encontro disto, foi dada preferência para a utilização dos aços mais utilizados hoje. Além disso, não foram sugeridos e apresentados tratamentos térmicos e de superfície específicos, por estes não serem o principal objeto deste estudo. Inclusive, este seria um tema bastante interessante para trabalhos sequenciais nesta mesma área. Neste trabalho, o estudo desenvolvido é aplicável em moldes básicos para injeção de termoplásticos, ou seja, em moldes considerados padrões, de tecnologia conhecida e fabricação relativamente simples. Isto porque, dentro do

42 42 universo de moldes de injeção, há uma gama muito variada de moldes, que implica em diferentes graus de dificuldade, tanto no aspecto de confecção, quanto de solicitação destes. Dentre esta gama, encontram-se os moldes de curtas séries, cujo desenvolvimento só tende a aumentar. Por isso, fica para trabalhos futuros, a sugestão de aprimorar o conhecimento neste tipo de molde, que visa suprir as necessidades do mercado mais rapidamente, podendo assim, ser necessário o desenvolvimento e pesquisa de novos materiais que atendam a seus requisitos. [MOLDES INJEÇÃO PLÁSTICOS, 2009] 3. História da manutenção A manutenção, embora despercebida, sempre existiu, mesmo nas épocas mais remotas. Começou a ser conhecida com o nome de manutenção por volta do século XVI na Europa central, juntamente com o surgimento do relógio mecânico, quando surgiram os primeiros técnicos em montagem e assistência. Tomou corpo ao longo da Revolução Industrial e firmou-se, como necessidade absoluta, na Segunda Guerra Mundial. No princípio da reconstrução pós-guerra, Inglaterra, Alemanha, Itália e principalmente o Japão alicerçaram seu desempenho industrial nas bases da engenharia e manutenção. Antigamente a produção industrial não era executada de forma racional, os serviços eram apenas baseados na manutenção corretiva não planejada, as equipes de manutenção não existiam. Durante a Revolução Industrial a manutenção era feita pelo próprio operador da máquina, sempre que ela apresentava falha ou quebra, este é o conceito de Manutenção Corretiva. Durante a segunda guerra mundial, começou a verificar-se que era essencial aumentar a confiabilidade e disponibilidade dos itens nas instalações industriais, tudo isso a procura da maior produtividade. Isto levou ideia de que as falhas e defeitos poderiam ser evitados, surgindo com isso à manutenção preventiva. Permanecia ainda uma grande desvinculação administrativa entre manutenção e produção.

43 43 Na década de 60 criou-se o conceito de manutenção sistêmica, onde as empresas eram vistas como um corpo, com os seus órgãos e entre eles a manutenção operando em conjunto, criando uma harmonia na produção final. A partir da década de 70, onde se acelerou um processo de mudança nas indústrias, evidencia-se uma evolução da manutenção preventiva que, até então, baseava-se no tempo, para uma manutenção preventiva fundamentada na performance e no desempenho dos equipamentos. Por meios de técnicas que forneciam o diagnóstico preliminar de falhas dos equipamentos, durante essa fase evidencia-se o uso do método da prevenção da manutenção. Reforça-se o conceito da manutenção preditiva e o enfoque dos pontos chaves, saúde do equipamento, mudança nas indústrias, necessidades de visualização instantânea dos fatos. Na década de 80 criou-se o conceito de Qualidade Total levando à Manutenção Produtiva Total (TPM). A empresa, agora, é vista como um órgão de um sistema muito maior, que envolve a sociedade, o país e o mundo. A manutenção, como todos os órgãos da empresa, passa a ter responsabilidades maiores para com o meio produtivo e com o ambiente em que a empresa vive. O objetivo global da TPM é a melhoria da estrutura da empresa em termos materiais como máquinas e equipamentos e em termos humanos, aprimorando as capacitações pessoais, envolvendo conhecimentos, habilidades e atitudes dos seus membros. A meta a ser alcançada é o rendimento operacional global. No Brasil essas fases iniciais, salvo algumas exceções, chegaram com décadas de atrasos visto nosso desenvolvimento industrial ter-se atrasado em relação ao chamado primeiro mundo porém, as fases finais que se desenvolveram principalmente no Japão, foram vivenciadas, cada vez mais concomitantemente com a sua adoção geral, após seus grandes resultados colhidos em sua origem ou seja, no Japão. Nas últimas décadas, as organizações vêm passando por transformações rápidas e profundas, impulsionadas pelo aumento da competitividade e pelo desenvolvimento tecnológico, levando as empresas a uma verdadeira revolução nos seus sistemas produtivos. Parte desta revolução está associada aos equipamentos

44 44 de produção que vêm sendo submetidos a metas cada vez mais desafiadoras em termos de qualidade dos produtos, custos e produtividade, levando estes equipamentos a uma complexidade maior, implicando em grandes transformações nos sistemas de manutenções e a um novo enfoque sobre a organização da manutenção, a seguir uma tabela que demonstra a evolução do conceito de manutenção. [ANDRADE, 2002] Tabela 4 - Evolução manutenção 3.1 Tipos de Manutenção Nas instalações industriais, as paradas para manutenção constituem uma preocupação constante para a programação da produção. Se as paradas não forem previstas, ocorrem vários problemas, tais como: atrasos no cronograma de fabricação, indisponibilidade da máquina, elevação dos custos etc. Para evitar esses problemas, as empresas introduziram, em termos administrativos, o planejamento e a programação da manutenção. No Brasil, o planejamento e a programação da manutenção foram introduzidos durante os anos

45 A função planejar significa conhecer os trabalhos, os recursos para executá-los e tomar decisões. A função programar significa determinar pessoal, dia e hora para execução dos trabalhos. 3.2 Tipos de manutenção - Planejada e não planejada. preditiva, TPM. A manutenção planejada classifica-se em três categorias: preventiva, Manutenção preventiva Obedece a um padrão previamente esquematizado, que estabelece paradas periódicas com a finalidade de permitir a troca de peças gastas por novas, assegurando assim o funcionamento perfeito da máquina por um período predeterminado. O método preventivo proporciona um determinado ritmo de trabalho, assegurando o equilíbrio necessário ao bom andamento das atividades. O controle das peças de reposição é um problema que atinge todos os tipos de indústria. Uma das metas a que se propõe o órgão de manutenção preventiva é a diminuição sensível dos estoques. Isso se consegue com a organização dos prazos para reposição de peças. Assim, ajustam-se os investimentos para o setor. Se uma peça de um conjunto que constitui um mecanismo estiver executando seu trabalho de forma irregular, ela estabelecerá, fatalmente, uma sobrecarga nas demais peças que estão interagindo com ela. Como consequência, a sobrecarga provocará a diminuição da vida útil das demais peças do conjunto. O problema só pode ser resolvido com a troca da peça problemática, com antecedência, para preservar as demais peças. Em qualquer sistema industrial, a improvisação é um dos focos de prejuízo. É verdade que quando se improvisa podese evitar a paralisação da produção, mas perde-se em eficiência. A improvisação pode e deve ser evitada por meio de métodos preventivos estabelecidos pelos técnicos de manutenção preventiva. A aplicação de métodos preventivos assegura um trabalho uniforme e seguro.

46 46 O planejamento e a organização, fornecidos pelo método preventivo, são uma garantia aos homens da produção que podem controlar, dentro de uma faixa de erro mínimo, a entrada de novas encomendas. Com o tempo, os industriais foram se conscientizando de que a máquina que funcionava ininterruptamente até quebrar acarretava vários problemas que poderiam ser evitados com simples paradas preventivas para lubrificação, troca de peças gastas e ajustes. Com o auxílio dos relatórios escritos sobre os trabalhos realizados, são suprimidas as inconveniências das quebras inesperadas. Isso evita a difícil tarefa de trocas rápidas de máquinas e improvisações que causam o desespero do pessoal da manutenção corretiva. A manutenção preventiva é um método aprovado e adotado atualmente em todos os setores industriais, pois abrange desde uma simples revisão com paradas que não obedecem a uma rotina até a utilização de sistemas de alto índice técnico. Abrange cronogramas nos quais são traçados planos e revisões periódicas completas para todos os tipos de materiais utilizados nas oficina, inclui também, levantamentos que visam facilitar sua própria introdução em futuras ampliações do corpo da fábrica. A aplicação do sistema de manutenção preventiva não deve se restringir a setores, máquinas ou equipamentos. O sistema deve abranger todos os setores da indústria para garantir um perfeito entrosamento entre eles, de modo tal que, ao se constatar uma anomalia, as providências independam de qualquer outra regra que porventura venha a existir em uma oficina. Essa liberdade, dentro da indústria, é fundamental para o bom funcionamento do sistema preventivo O aparecimento de focos que ocasionam descontinuidade no programa deve ser encarado de maneira séria, organizando-se estudos que tomem por base os relatórios preenchidos por técnicos da manutenção. Estes deverão relatar, em linguagem simples e clara, todos os detalhes do problema em questão. A manutenção preventiva nunca deverá ser confundida com o órgão de comando, apesar dela ditar algumas regras de conduta a serem seguidas pelo

47 47 pessoal da fábrica. À manutenção preventiva cabe apenas o lugar de apoio ao sistema fabril. O segredo para o sucesso da manutenção preventiva está na perfeita compreensão de seus conceitos por parte de todo o pessoal da fábrica, desde os operários à presidência A manutenção preventiva, por ter um alcance extenso e profundo, deve ser organizada. Se a organização da manutenção preventiva carecer da devida solidez, ela provocará desordens e confusões. Por outro lado, a capacidade e o espírito de cooperação dos técnicos são fatores importantes para a manutenção preventiva. A manutenção preventiva deve, também, ser sistematizada para que o fluxo dos trabalhos se processe de modo correto e rápido. Sob esse aspecto, é necessário estabelecer qual deverá ser o sistema de informações empregado e os procedimentos adotados. O desenvolvimento de um sistema de informações deve apresentar definições claras e objetivas e conter a delegação das responsabilidades de todos os elementos participantes. O fluxo das informações deverá fluir rapidamente entre todos os envolvidos na manutenção preventiva. Exige um plano para sua própria melhoria. Isto é conseguido por meio do planejamento, execução e verificação dos trabalhos que são indicadores para se buscar a melhoria dos métodos de manutenção, das técnicas de manutenção e da elevação dos níveis de controle. Esta é a dinâmica de uma instalação industrial. Finalmente, para se efetivar a manutenção preventiva e alcançar os objetivos pretendidos com sua adoção, é necessário dispor de um período de tempo relativamente longo para contar com o concurso dos técnicos e dos dirigentes de alto gabarito. Isso vale a pena, pois a instalação do método de manutenção preventiva, pela maioria das grandes empresas industriais, é a prova concreta da pouca eficiência do método de manutenção corretiva Objetivos Os principais objetivos das empresas são, normalmente, redução de custos, qualidade do produto, aumento de produção, preservação do meio ambiente, aumento da vida útil dos equipamentos e redução de acidentes do trabalho.