AULA 22 PROCESSO DE TORNEAMENTO: CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE USINAGEM

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1 AULA 22 PROCESSO DE TORNEAMENTO: CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE USINAGEM

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3 PROCESSO DE TORNEAMENTO: CONDIÇÕES ECONÔMICAS DE USINAGEM Inrodução Na Seção 9.2 foi falado sobre os Parâmeros de Core e afirmou-se que quão pequena (operações de desbase) ou quão grande (em operações de acabameno) deve ser a velocidade de core, depois de escolhidos o avanço e a profundidade de core, depende das Considerações Econômicas do Processo de Usinagem. Se a velocidade de core uilizada for imediaamene superior à velocidade críica v cr (velocidade abaixo da qual se em a formação da aresa posiça de core), os desgases serão pequenos, com consequene longo empo de vida e pequenos cusos com ferramenas de core. Porém, o empo de core por peça será alo (devido à baixa velocidade), acarreando baixa produção horária e aumeno de cusos com uilização de máquina e operador. Há que se considerar aqui que, nese caso, a ferramena será subsiuída poucas vezes, o que diminui os empos passivos devido à roca da ferramena. Por ouro lado, se a velocidade de core uilizada for muio superior à v cr, os desgases serão grandes, com consequene curo empo de vida e alos cusos com ferramenas. Porém, o empo de core por peça vai ser baixo, acarreando menor uilização da máquina e do operador, com cusos menores. Nesse caso pode aconecer ambém de a vida ser ão baixa e o número de vezes que se em de parar a máquina para subsiuir a ferramena ser ão alo que ambém o empo oal de produção de uma peça (que soma, aos empos de core, odos os empos passivos) seja alo, apesar do pequeno empo de core. Exise enão um valor inermediário de velocidade enre a velocidade críica e uma velocidade muio superior a ela, onde se em os menores cusos de produção. Nesse pono, a velocidade de core é chamada de velocidade de mínimo cuso (v co ). Por ouro lado, exise ambém um valor inermediário de velocidade, onde se em o menor empo oal de fabricação de uma peça. Nesse pono, a velocidade de core é chamada de velocidade de máxima produção (v cmxp ). Toda essa análise não leva em consideração as condições de conorno do processo, como qualidade da peça, condições do sisema máquina/ferramena/peça ec Ciclos e Tempos de Usinagem O ciclo de usinagem de usinagem de uma peça, perencene a um loe de Z peças, é consiuído direamene pelas seguines fases: 1. Colocação e fixação da peça. 2. Aproximação e posicionameno da ferramena. 3. Core 4. Afasameno da ferramena. 5. Inspeção (se necessária) e reirada da peça. Além dessas fases, omam pare indireamene no ciclo de usinagem (para um loe de Z peças): a) Preparo da máquina. b) Remoção da ferramena para sua subsiuição. c) Recolocação e ajusagem da nova ferramena.

4 164 O empo oal de usinagem de uma peça ( ), denro de um loe de Z peças, será: c 1 2 (22.1) Considera-se o orneameno cilíndrico (longiudinal) exerno (Fig. 22.1). Figura 22.1 Esquema de uma operação de orneameno cilíndrico exerno. Para esse caso, em-se o seguine equacionameno: c empo de core (fase 3), que diminui com o aumeno da velocidade de core (v c ), Equação (5.4): Vide Aula 19: c Lf Lf d Lf v f n 1000 f v f c (19.4) 1 empo improduivo, referene à colocação, inspeção e reirada da peça, aproximação e afasameno da ferramena, subsiuição da ferramena e preparo da máquina para a usinagem de um loe, que é independene de v c, Equação (5.22): p f 1 s a (22.2) Z Em que: s empo secundário (fases 1 e 5) a empo de posicionameno (fases 2 e 4) p empo de preparação ou seup (fase a) f empo de ajuse da ferramena (fases b e c) 2 empo relacionado com a roca da ferramena, Equação (22.3). Quano maior v c, menor o empo de vida da ferramena (T) (vide Eq. 21.4) e maior o número de paradas da máquina para a subsiuição da mesma. d L d L v x1 f f f f c 2 c x T 1000 f vc vc 1000 f (22.3) Subsiuindo as Equações (19.4), (22.2) e (22.3) na Equação (22.1), em-se:

5 165 d L d L v v 1000 f 1000 f f 1 f f x1 c 1 c (22.4) A Figura 22.2 represena a variação das rês parcelas da Equação (22.1) em função da velocidade de core. Vê-se na figura que o empo de core ( c ) diminui com o crescimeno da velocidade de core, o empo 1 é independene da velocidade de core e o empo 2, relaivo à roca da ferramena, aumena com a velocidade de core. Figura 22.2 Tempo de produção por peça em função da velocidade de core. O valor da velocidade de máxima produção (mínimo empo de produção) é o pono de mínimo da função expressa na Equação (22.4). Admiindo-se o avanço (f) e a profundidade de core (a p ) consanes, a velocidade de core de máxima produção (v cmxp ) é dada por: x 1 f d d L d L dvc 1000 f 1000 f f 2 f f x 2 x 0 vc x 1 vc 0 1 vc v cmxp x x 1 f (22.5) Cusos de Produção Para a deerminação da velocidade econômica de core (velocidade de mínimo cuso de produção de uma peça), devem-se considerar apenas os cusos referenes ao processo propriamene dio (despesas com ferramenas e com a ocupação de máquinas e operadores). Assim, eses cusos são dados por: onde: p C1 p1 p2 (22.6) C 1 consane independene da velocidade de core [R$/peça], Equação (22.7):

6 166 1 C C 60 Z (22.7) em que: C 2 soma das despesas com mão-de-obra (S h ) e com máquina (S m ) [R$/peça]: C2 Sh Sm p1 cuso relaivo ao processo de usinagem, Equação (22.8): C d L C c f p f vc (22.8) p2 cuso relacionado com a roca da ferramena, Equação (22.9): d L v C C T 1000 f x1 c f c p2 3 3 (22.9) em que: C 3 consane de cuso relaivo à ferramena [R$/peça]: C f C 60 3 f 2 f cuso da ferramena (ou aresa de core de pasilha inercambiável) por vida. Subsiuindo as Equações (22.7), (22.8) e (22.9) na Equação (22.6), em-se: d L C d L C C v v f 1000 f f 2 1 f 3 x1 p 1 c c (22.10) O cuso de usinagem de uma peça ( p ) se compõe de 3 parcelas, mosradas na Figura A primeira C 1 independe da velocidade de core (v c ). A segunda ( p1 ) diminui à medida que v c cresce. A erceira ( p2 ) aumena com o crescimeno de v c, já que o expoene (x1) é sempre posiivo. Figura 22.3 Cuso de produção por peça em função da velocidade de core.

7 167 O valor mínimo de p (admiindo-se f e a p consanes) é obido quando a derivada da Equação (22.11) em função da velocidade de core for nula. Assim: d d L C d L C C x 1 C dv 1000 f f 60 p f 2 2 f 3 x x 0 vc x 1 vc 0 vc c v co x C2 60 x 1 C 3 (22.11) Inervalo de Máxima Eficiência A Figura 22.4 mosra o gráfico das curvas de cuso oal de usinagem por peça ( p ) e de empo oal de confecção ( ) de uma peça em função da velocidade de core (v c ). Define-se Inervalo de Máxima Eficiência (IME) o inervalo de valores de velocidade de core compreendido enre v co e v cmxp. Figura 22.4 Inervalo de máxima eficiência (IME) É muio imporane que os valores de v c a serem uilizados realmene esejam nese inervalo. Por exemplo, se a v c uilizada esiver logo abaixo de v co (porano, fora do IME), o cuso da peça usinada vai ser bem próximo do mínimo, mas o empo para fabricá-la vai ser bem alo. Como pode ser viso na Figura 22.4, exise ouro valor de v c, denro do IME, onde o cuso da peça é idênico, mas o seu empo de fabricação é bem menor. O mesmo se pode falar do ouro exremo do IME. Se o valor de v c for logo acima do valor de v cmxp (e assim, fora do IME), o empo de confecção de uma peça é bem próximo do mínimo, mas o seu cuso de fabricação é alo. Analogamene, pode-se ver que há ouro valor de v c denro do IME para o qual o empo de fabricação é idênico, mas o seu cuso é bem menor. Vale ressalar que oda a análise feia foi baseada na escolha prévia de f, de a p e da ferramena. Essas escolhas devem ser feias baseados nas condições de conorno do processo, ais como: ipo da operação (desbase ou acabameno), poência da máquina, rigidez do sisema máquina/ferramena/peça ec., conforme já foi discuido na Pare 1 da disciplina. Para concluir, deve-se afirmar um princípio que nem sempre é bem enendido no meio produivo, que resula da análise feia acima:

8 168 Nem sempre aumenar a velocidade de core significa aumenar a produção horária de peças, e nem sempre diminuir a velocidade de core significa diminuir os cusos de produção Considerações sobre a escolha da velocidade de core denro do IME Sabe-se que a velocidade de core a ser escolhida deve esar denro do IME. Porém, devem-se analisar quais são as circunsâncias em que a velocidade deve se aproximar da v cmxp ou da v co. Em um período de ala produção, em que o prazo de enrega do produo é críico, a velocidade deve se aproximar da v cmxp (nunca ser maior que ela), enquano que em um período de baixa produção, a velocidade deve ser aproximar da v co (nunca ser menor que ela). Enreano, essa mudança baseada na siuação produiva raramene aconece na práica. Em uma célula ou linha de produção, a máquina gargalo (aquela que em o maior empo padrão) deve rabalhar com velocidade próxima à v cmxp, enquano que as demais máquinas devem rabalhar com velocidade próxima à v co. O fao de usar a condição de máxima produção em uma máquina gargalo de uma célula aumena o consumo de ferramenas naquela máquina. Mas, ao propiciar a diminuição do empo de produção de uma peça nesa máquina, pode-se dispensar a necessidade de adquirir uma máquina idênica para se balancear a célula. Na maior pare dos sisemas produivos, é fácil se esimar o valor da v cmxp, já que esa só depende das consanes e x de Taylor e do empo de roca da ferramena ( f ); porém, não é ão fácil saber o valor de v co, pois esa depende de faores que esão coninuamene variando e, além disso, são de deerminação pouco precisa. Nesses sisemas, o que normalmene se faz é deerminar v cmxp e rabalhar sempre em velocidades de core um pouco abaixo dela. Assim, fica garanido que al velocidade perence ao IME, pois v cmxp é sempre maior que v co Uilização do IME denro dos modernos sisemas de fabricação O equacionameno apresenado na presene aula foi desenvolvido na época em que a produção de bens normalmene era realizada em loes basane grandes, com máquinas mecanicamene auomaizadas e com empos de preparação basane grandes. Hoje os paradigmas se aleram significaivamene. Duas condições servem de exemplo: as máquinas modernas possibiliam um empo de roca de ferramena ( f ) basane baixo ou mesmo zero (em cenros de usinagem, a subsiuição de uma ferramena é feia quando oura ferramena ainda esá usinando a peça) e os loes são cada vez menores (usina-se odo o loe sem que a ferramena seja rocada). Segue a análise de ambos. a) f 0. De acordo com a Equação (22.5), v cmxp. A condição real de máxima produção deverá enão levar em cona a poência e a roação do eixo-árvore da máquina-ferramena, a rigidez do sisema máquina/ferramena/peça e a qualidade exigida na peça. Pode ocorrer nesses casos de a v cmxp se disanciar basane da v co, ornando o cuso de se rabalhar no empo mínimo de produção muio alo. Isso aconece principalmene quando a ferramena em um cuso elevado. b) Z 0 e/ou T. Nese caso, a uilização da equação de Taylor (Eq. 21.4) fica prejudicada e oda a modelagem feia nesa aula carece de abordagem especial. Um recurso para siuações em que se em pequenos loes de peças é agrupar as peças que possuem o mesmo maerial, formas e dimensões basane semelhanes em famílias usando Tecnologia de Grupo (vide Seção 5.2.4), e considerar as famílias como se fossem um único loe, com um número de peças suficienemene grande para a aplicação do exposo na presene aula.