ILHA SOLTEIRA XII Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica - 22 a 26 de agosto de 2005 - Ilha Solteira - SP Paper CRE05-OA04 AUTOMAÇÃO DO PROCESSO DE MEDIÇÃO DE JUNTAS DE CABEÇOTE Granuzzio Diógenes Torniziello e Marcelo Eurípedes da Silva EEP, Escola de Engenharia de Piracicaba, Departamento de Engenharia Mecânica Av. Mons. Martinho Salgot, 560, Bairro Areião, Caixa Postal 226, CEP 13414-040, Piracicaba, SP E-mail para correspondência: dtg2@ig.com.br Introdução As juntas de cabeçote são componentes de extrema importância em um motor de combustão, pois atuam diretamente na vedação do mesmo, garantindo elevada funcionalidade, durabilidade e desempenho. Além dos requisitos tecnológicos do projeto, a fabricação de juntas exige um alto volume de produção. Desta forma a automação dos processos tem sido amplamente utilizada. Segundo Warring (1971) as juntas devem ter uma espessura suficiente para se deformar e absorver as irregularidades da superfície onde será fixada. Por outro lado a carga de compressão deve ser suficiente para suportar a pressão interna, vinda dos gases do motor. Assim, durante a fabricação, uma etapa importante é a medição da altura da borda do anel de aço em relação a face da junta (ver figura 1). O propósito deste trabalho é o de mostrar como isso pode ser feito de forma automática. Os pontos que serão medidos são pré-estabelecidos no desenho da peça, e são de fundamental importância para o funcionamento pleno da junta, pois qualquer variação dimensional destes pontos influenciará diretamente na taxa de compressão do motor de combustão interna. Segundo Taylor (1989) a taxa de compressão, é a razão de compressão que a mistura ar/combustível é submetida. Esta taxa é responsável pelo rendimento e pela eficiência do motor. Possíveis variações podem ocasionar perdas nestas características. Figura 1 Altura da borda do anel de aço em relação a face da junta A junta de cabeçote em questão é obtida à partir de uma chapa metálica revestida com material de fibra celulose e outros elementos unificantes isentos de amianto. O processo de fabricação das juntas é composto por várias etapas: estampagem do corpo da peça, estampagem do anel de aço, estampagem do anel de cobre, estampagem do reforço, montagem, planificação e acabamento superficial. A medição da altura do anel de aço em relação a face da junta encontra-se na etapa de planificação da peça. Nota se que neste ponto diversas operações anteriores foram realizadas, sendo assim a peça já tem um alto valor agregado e portanto os refugos são extremamente indesejáveis. A medição automatizada garante a redução nos indices de refugo, pois atua com eficácia no processo de fabricação, viabilizando e tornando mais rápido e confiável a obtenção das medidas. Desta forma podemos evidenciar a origem dos problemas gerados em operações anteriores em função das eventuais variações destes processos.
Objetivos O presente trabalho tem como objetivo a otimização do processo de medição dimensional de juntas automotivas, através da associação de um sistema pneumático com relógios comparadores. Com isso pretende-se reduzir o tempo de medição, minimizar os erros e automatizar o processo de coleta de dados, para confecção posterior das cartas estatísticas de processo (CEP). Metodologia O sistema de medição, mostrado na figura 2, é composto basicamente por quatro cilindros pneumáticos, comandados através de um placa micro-controlada. Dentre estes dois cilindros são ligados aos dispositivos onde os relógios comparadores estão acoplados, realizando um movimento perpendicular ao sentido de avanço da mesa. Os outros dois estão ligados a mesa móvel onde será fixada a peça para realização da medição. Figura 2 Vista geral da Máquina Automática para medição de Juntas A mesa avança até que os cilindros pneumáticos ligados a ela cheguem ao final de curso. Neste ponto os outros dois cilindros pneumáticos são acionados fazendo com que as ponteiras, ligadas aos relógios comparadores, toquem os pontos de medição. Após o contato é feita uma leitura dos dados e transmissão dos mesmos ao computador, através de uma porta serial RS 232. Os quatro cilindros retornam, liberando a máquina para que seja realizada a próxima medição. Os dados dos relógios são interpretados com o auxilio de um programa na linguagem QuickBasic, verificando-se a conformidade da medida com a tolerância de projeto. O programa envia um sinal para a placa micro-controlada que acionará uma luz vermelha, amarela ou verde, indicando respectivamente, não conformidade, ausência de peças e conformidade. O programa gera um banco de dados, com as peças medidas. Dessa forma os gráficos do controle estatístico do processo (CEP) são automaticamente gerados. Para leitura e interpretação de dados, o programa, elaborado em QuickBasic recebe uma entrada de dados via teclado que identifica o item no qual a medição será efetuada, compara as informações recebidas com o cadastro de peças (Arquivo Dados.dat, conforme figura 3). Caso a peça não esteja cadastra, o programa interpreta a informação como se a digitação estivesse incorreta e executa suas rotinas novamente para que a informação seja digitada outra vez. Caso a peça esteja devidamente cadastrada o programa exibe na tela do computador informações completas sobre o cadastro da peça e recebe informações da leitura dos relógios comparadores, direcionadas pela placa de circuito impresso. O programa armazena as informações recebidas em um arquivo que recebe o mesmo nome que foi digitado para identificar a peça que será medida, salva o arquivo com a extensão.f1 e armazena os arquivos com as medidas no diretório C:\Mede\Dados. Ao mesmo tempo que executa estas rotinas o programa exibe na tela do computador um gráfico com os valores máximo, mínimo e médio da medida de cada peça, de acordo com o cadastro no arquivo Dados.dat,
os valores obtidos nas medições são inseridos simultaneamente no gráfico, e os Leds da máquina acendem e apagam de acordo com o resultado obtido. Para o cadastro de novas peças faz-se necessária a edição do arquivo Dados.dat, cuja codificação é mostrada na figura 3. O arquivo Dados.dat segue a seguinte sistemática de cadastro dos dados: "ED20.039.100","York (924F6051AA)","039100",0.04,0.1 1 - Código da peça (código EKB) número de confirmação 2 - Nome do cliente/nº do desenho 3 - Código parcial 4 - Tolerância da medição (neste caso os valores de medição devem variar entre 0,04 e 0,1 mm = 0,07 ± 0,03 mm) 4 3 2 1 Figura 3 Arquivo Dados.dat layout de cadastro No cadastro os itens deverão estar separados por vírgula, conforme figura 3. Os dados de entrada, dados que serão digitados pelo usuário, são o código parcial (código EKB parcial), seguido do código da peça (código EKB). Todos itens serão exibidos na tela quando os dados digitados coincidirem com os cadastrados, conforme figura 4.
Figura 4 Confirmação de peça cadastrada com a exibição do cadastro Para realização da medição da altura da borda do anel de aço em relação ao material do corpo da junta, os seguintes passos deverão ser seguidos: 1. O operador deverá acessar a tela de verificação do programa Mede (opção 1 do programa), interface conforme figura 5. 2. O operador deverá posicionar a peça sobre a mesa da máquina de medição e efetuar o acionamento dos cilindros horizontais (opção 2 do programa). 3. Os dispositivos com os relógios comparadores deverão ser posicionados de maneira que cada ponteira ira tocar uma extremidade do anel da junta, conforme desenho. 4. Após a movimentação da mesa da máquina de medição, o operador deverá efetuar o acionamento dos cilindros verticais. (opção 1 do programa) 5. As extremidades da junta, tocadas pelas ponteiras ser marcadas, com auxilio de uma caneta apropriada. 6. Os pontos da junta marcados deverão ser medidos com um micrômetro de bancada de acionamento pneumático. 7. As medidas deverão ser anotadas. 8. A junta deverá ser fixada novamente na mesa da máquina de medição, e os dispositivos com os relógios comparadores, deverão ser posicionados de maneira que as medidas obtidas sejam as mesmas obtidas no micrômetro de bancada com acionamento pneumático. 9. Após o posicionamento, os dispositivos deverão ser fixados nesta posição. 10. O operador deverá reiniciar o programa Mede na tela de medição e escolher a opção 2 (Medição em dois pontos) e seguir as demais instruções dadas pelo programa.
Figura 5 Interface do programa Mede Resultados O uso da máquina automática evita a parada do operador para medição da peça. Com isso houve o ganho de um turno por mês (9,6 horas). Além disso economizou-se tempo dos funcionários da garantia da qualidade, que ficavam horas preenchendo dados do controle estatístico. O investimento inicial foi baixo, pois automatizou-se uma máquina manual preexistente. O retorno de investimento com o ganho de produtividade foi de aproximadamente um mês. A figura 6 mostra uma das cartas estatísticas, a título de exemplo. Os dados armazenados no banco de dados do programa podem ser utilizados em uma planilha de macros do Microsoft Excel, com estes dados todos os calculos do controle estatistico do processo são realizados automaticamente. Figura 6 Exemplo de Carta Estatística do Processo O objetivo do controle estatístico do processo é aprimorar e controlar o processo produtivo por meio da identificação das diferentes fontes de variabilidade do processo. Utilizando conceitos de estatística procurase separar os efeitos da variabilidade causada pelas chamadas causas comuns, ou seja, àquelas inerentes à natureza do processo produtivo, das causas especiais, ou àquelas derivadas da atuação de variáveis específicas e controláveis sobre o processo. O controle estatístico em questão é implantado por meio de um ciclo em que coleta-se dados do processo de maneira automática pelo sistema de medição que monitora sua situação (verificando se o mesmo permanece sob controle estatístico) e posteriormente realizam-se análises e propostas de melhorias para atingir patamares melhores de desempenho, verifica-se há existência de causas especiais atuando no
processo. Se existirem causas especiais atuando deve-se identificá-las e eliminá-las até que o processo esteja sobre controle estatístico, ou seja desta forma são feitas as melhorias devidas de maneira a garantir a qualidade efetiva ao longo de todo o processo de fabricação das juntas. A análise é feita através de um gráfico de controle que monitora o grau de variabilidade da atividade, auxiliando na identificação de tendências que indicam se a mesma está sob controle ou não. Através do cálculo de três parâmetros LC (Linha Central de Controle), LSC (Limite Superior de Controle) e LIC (Limite Inferior de Controle) é definido um gráfico de controle de modo a viabilizar o monitoramento contínuo da atividade ao longo do tempo. O processo ou atividade é dito sob controle quando nenhuma medição se encontrar acima do LSC ou abaixo do LIC. Com base nestes valores é calculado o Cpk do processo, definido como a medida do potencial que o processo tem em apresentar resultados ruins frente aos limites superior e inferior de controle. Conclusões Foi estudado o processo de automatização da medição em juntas de cabeçote. O processo resultou no ganho de produção de um turno por mês e a geração automática das cartas de processo. Em trabalhos futuros pretende-se aplicar a automatização em algumas máquinas do processo produtivo, melhorando ainda mais estes resultados. Referências Bibliográficas Warring, Ronald Horace, Vedadores e Gaxetas, Editora Polígono, São Paulo, SP, 299p., 1971. Taylor, Charles F., Análise dos Motores de Combustão Interna, Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo, SP, 531p., 1988. Manzano, José Augusto N. G., Estudo dirigido de algorítmos, Editora Érica, São Paulo, SP, 240p., 1997.