O sucesso da usinagem requer um equilíbrio produtivo

Introdução

Ao produzir uma vasta gama de peças de materiais de peças amplamente diferentes, os fabricantes utilizam uma variedade de processos de usinagem. Independentemente disso, o objetivo comum de todos os fabricantes é criar um certo número de peças de uma qualidade desejada, em um determinado período de tempo e a um custo adequado.

Muitos fabricantes atingem esse objetivo seguindo um modelo de perspectiva estreita que começa com a seleção e aplicação de ferramentas e a solução de problemas de forma reativa. Reverter essa abordagem, no entanto, pode reduzir custos e aumentar a eficiência. Em vez de esperar que surjam problemas e depois fazer ajustes em operações de usinagem individuais, os fabricantes devem se concentrar primeiro no pré-planejamento proativo visando eliminar peças rejeitadas e tempo de inatividade não planejado. Após o estabelecimento de um processo estável e confiável, a aplicação dos conceitos de economia de produção pode ajudar os fabricantes a encontrar um equilíbrio entre a taxa de produção e os custos de fabricação. Então, com base em operações seguras e economicamente fortes, os fabricantes podem selecionar ferramentas e condições de corte que otimizarão totalmente o processo de usinagem.

Economia de produção

Antes de tomar medidas para otimizar o corte de metal, é essencial que os processos sejam seguros e confiáveis, menos peças defeituosas ou tempo de inatividade não planejado. Alcançar a segurança do processo requer a criação de um ambiente de produção estável. As áreas que os fabricantes devem analisar incluem manutenção de máquinas-ferramenta, programação CAM, sistemas de fixação de ferramentas e aplicação de refrigeração. A automação de manuseio de trabalho, como paletes ou sistemas robóticos de carga/descarga parcial, também pode fazer parte da avaliação.

A arte e a ciência da economia da produção se concentram em garantir a máxima segurança e previsibilidade do processo de fabricação, mantendo a maior produtividade e os menores custos de produção. Quando o processo de corte de metal e o ambiente são seguros e previsíveis, a economia de produção torna-se uma busca bidimensional:encontrar um equilíbrio entre a produção e os custos de fabricação que seja apropriado para a situação específica de um fabricante. Por exemplo, na produção em massa de peças simples, maximizar a produção a custos mínimos pode ser a principal consideração. Por outro lado, na fabricação de alto mix e baixo volume de peças valiosas e complexas, a ênfase deve estar na total confiabilidade e precisão antes de abordar os custos de fabricação.

Micro versus macro

A abordagem tradicional para maximizar a produção de corte de metal envolve um micromodelo de perspectiva estreita baseado na otimização de ferramentas individuais em operações individuais. Os modelos macro, por outro lado, consideram os processos de fabricação de uma perspectiva mais ampla. Esses modelos concentram-se no tempo total de piso a piso necessário para produzir uma determinada peça.

A relação entre os modelos micro e macroeconômicos pode ser comparada à perspectiva de um artista ao criar uma pintura. O micromodelo concentra-se em detalhes individuais, da mesma forma que um artista se concentraria em pinceladas individuais. O modelo macro recua e visualiza o processo de produção da peça como um todo, como na visualização de uma pintura em sua totalidade. É claro que a atenção aos detalhes é necessária, mas não ao preço de ignorar o objetivo geral do esforço.

Custos ocultos

A fixação exagerada nos detalhes pode desviar a atenção do resultado final do processo. Por exemplo, é uma desvantagem reduzir o tempo de corte em dez segundos quando isso é alcançado com uma ferramenta extra que adiciona dez minutos no tempo de configuração e indexação. Da mesma forma, trabalhar para alcançar a qualidade do produto além dos requisitos do cliente aumentará os custos e o tempo de produção. Quase a sério, alguém poderia perguntar:“Quanto tempo levaria e quanto custaria para produzir a pior peça de trabalho possível, que ainda é funcionalmente aceitável?”

Custos operacionais

Modelos para custos de usinagem também podem representar micro e macroperspectivas. Os micromodelos consideram os processos de corte de um ponto de vista estreito, ligando as condições de corte diretamente aos custos de corte. Os modelos macroeconômicos funcionam de uma perspectiva mais ampla, enfatizando o tempo total necessário para produzir uma determinada peça.

Os fabricantes medem a taxa de produção de várias maneiras, desde peças concluídas em um período de tempo até o tempo total necessário para concluir uma operação. Muitos fatores afetam a taxa de produção, incluindo requisitos de geometria da peça e características do material, fluxo de produto em uma instalação, entrada de pessoal, manutenção, equipamentos periféricos e questões ambientais, reciclagem e segurança.

Alguns elementos dos custos de fabricação são fixos. A complexidade e o material da peça geralmente determinam o tipo e o número de operações de usinagem necessárias para fazer uma peça. Os custos de aquisição e manutenção das máquinas-ferramenta de uma instalação e a energia para executá-las são basicamente custos fixos. Os custos trabalhistas são um pouco mais flexíveis, mas são efetivamente fixados pelo menos no curto prazo. Esses custos devem ser compensados ​​com a receita da venda de componentes usinados. Aumentar a taxa de produção – a velocidade com que as peças são convertidas em produtos acabados – pode compensar os custos fixos.

Otimização individual

Depois que o quadro geral de produtividade e eficiência de custo de um processo é equilibrado e otimizado em uma base macro, os fabricantes podem obter melhorias adicionais por meio da otimização cuidadosa de operações individuais. As condições de corte – ou seja, profundidade de corte, taxa de avanço e velocidades de corte – desempenham um papel fundamental no equilíbrio entre produtividade e custos. Qualquer um ou todos os três podem contribuir para a redução do tempo de usinagem, mas o impacto de cada um na confiabilidade do processo varia muito. A profundidade de corte essencialmente não tem efeito na vida útil da ferramenta. A taxa de avanço afeta ligeiramente a vida útil da ferramenta. No entanto, o impacto da velocidade de corte na vida útil da ferramenta, bem como na confiabilidade do processo de corte, é significativo.

Muitos gerentes de fábrica acreditam que o simples aumento das velocidades de corte produzirá mais peças por período de tempo e, assim, reduzirá os custos de fabricação. Normalmente isso é verdade, mas as compensações estão envolvidas. Em geral, quanto mais rápida uma operação é executada, menos estável ela se torna. Altas velocidades geram mais calor que afeta tanto a ferramenta quanto a peça de trabalho. O desgaste da ferramenta ocorre mais rápido e é menos previsível, e o desgaste ou vibração da ferramenta pode fazer com que as dimensões da peça variem e o acabamento da superfície diminua.

Uma ferramenta pode quebrar e danificar a peça de trabalho. Além disso, um processo que opera nos limites externos de confiabilidade normalmente não pode ser executado sem supervisão ou sem supervisão, eliminando uma fonte potencial de economia de mão de obra. Velocidades de corte extremamente altas e parâmetros de usinagem agressivos podem aumentar os custos de manutenção da máquina e até mesmo o tempo de inatividade resultante de falhas da máquina.

Reconhecendo esses problemas, o engenheiro mecânico americano F.W. Taylor, no início do século 20 século, desenvolveu um modelo para determinação da vida útil da ferramenta. O modelo mostra que para uma dada combinação de profundidade de corte e avanço existe uma certa janela para velocidades de corte onde a deterioração da ferramenta é segura, previsível e controlável. O modelo de Taylor possibilita quantificar a relação entre velocidade de corte, desgaste da ferramenta e vida útil da ferramenta, equilibrando a eficiência de custos e a produtividade e fornecendo uma imagem clara da velocidade de corte ideal para uma operação.

Em geral, os fabricantes devem selecionar as maiores profundidades de corte e as maiores taxas de avanço possíveis para cada operação, sujeitas à estabilidade da fixação da ferramenta, fixação da peça e da máquina-ferramenta, bem como a potência da máquina-ferramenta. A segurança operacional, no que diz respeito à formação e evacuação de cavacos, vibrações e deformação da peça, também deve ser considerada. Uma abordagem equilibrada envolve velocidades de corte reduzidas combinadas com aumentos proporcionais na taxa de avanço e na profundidade de corte. A utilização da maior profundidade de corte possível reduz o número de passes de corte necessários e, portanto, reduz o tempo de usinagem. A taxa de alimentação também deve ser maximizada, embora a qualidade da peça e os requisitos de acabamento da superfície possam ser afetados por taxas de alimentação excessivas. Na maioria dos casos, aumentos na taxa de avanço e na profundidade de corte, mantendo ou diminuindo as velocidades de corte, produzirão taxas de remoção de metal iguais àquelas alcançadas apenas por velocidades de corte mais altas.

Os custos de produção são a soma dos custos da ferramenta e dos custos da máquina. Com o aumento das velocidades de corte, os tempos de usinagem se tornam mais curtos e os custos da máquina diminuem. No entanto, a partir de um certo ponto, os custos gerais aumentam porque a vida útil mais curta da ferramenta aumenta o custo do ferramental e os tempos de troca de ferramenta o suficiente para superar a economia no custo da máquina.

Quando uma combinação estável e confiável de taxa de avanço e profundidade de corte for alcançada, as velocidades de corte podem ser usadas para calibração final da operação. O objetivo é uma velocidade de corte mais alta que reduz os custos de tempo de máquina, mas não aumenta excessivamente os custos da ferramenta de corte por meio do desgaste acelerado da ferramenta.

Problemas não cortantes

As questões ambientais e de segurança representam fatores cada vez mais importantes na economia da produção. Os fabricantes estão sob pressão para economizar energia. O uso e descarte de refrigerantes e óleos de corte são cada vez mais regulamentados e caros. Uma abordagem equilibrada das condições de corte pode ajudar os fabricantes a lidar com essas e outras preocupações semelhantes. Velocidades de corte mais baixas combinadas com maior taxa de avanço e profundidades de corte menores reduzem a quantidade de energia necessária para remover o metal. Condições equilibradas também aumentam a vida útil da ferramenta, reduzindo o consumo da ferramenta e os problemas de descarte. O menor consumo de energia resulta em menor geração de calor, oferecendo oportunidades para usinagem com refrigeração mínima ou zero.

Conclusão

Adotar conceitos de economia de produção requer fazer uma análise geral do ambiente de usinagem e aceitar formas de pensar que são contrárias a muitas práticas de corte de metal estabelecidas. Mas, a execução das estratégias recomendadas pode melhorar a economia de custos e a qualidade da peça e permitir uma produção mais ecológica, ao mesmo tempo em que mantém a produtividade e a lucratividade em um processo de fabricação geral estável e confiável.

Perspectiva de toda a instalação

Os benefícios de visualizar os processos de usinagem de uma perspectiva macro vão além das operações individuais de corte de metal. Uma visão ampla considera a inter-relação de todas as etapas da produção. Um exemplo simplificado envolve duas máquinas-ferramentas empregadas em série para produzir um componente. Se a máquina-ferramenta A for otimizada para aumentar sua produção, mas os resultados da máquina B não puderem ser melhorados, as peças da primeira máquina ficarão esperando a segunda como estoque semi-acabado, aumentando os custos. Nesse caso, a simples otimização dos custos de corte (em vez da produção) na primeira máquina reduziria o custo geral de usinagem, mantendo a produção.

Por outro lado, em uma situação em que a máquina B fica parada esperando para processar peças da máquina A, aumentar a produção da primeira máquina aumentará a produção total. Muito depende se o fluxo de produção da oficina é organizado em linha, lote ou sequência paralela.

Os custos de aquisição de máquinas-ferramenta também podem ser avaliados em relação aos negócios de um fabricante em geral. Uma situação típica envolve uma oficina operando uma fresadora totalmente carregada 40 horas por semana e decidindo substituí-la por uma máquina mais cara, mais sofisticada e de maior velocidade. No entanto, quando a nova máquina está funcionando, ela passa metade do tempo parada.

A oficina enfrenta o desafio e a despesa de encontrar mais trabalho para manter a nova máquina ocupada e justificar o investimento nela. Além disso, o trabalho que aproveita ao máximo os recursos da nova máquina pode não ser adequado para o restante das operações ou mercados da oficina. O melhor caminho teria sido primeiro examinar o quadro geral e antecipar o que resultaria da maior produção da nova máquina. Uma máquina menos cara e menos avançada pode ser uma combinação melhor com os requisitos de peças e volumes de produção atuais e previstos. Juntamente com a máquina mais antiga, uma máquina-ferramenta escolhida com mais cuidado também pode fornecer maior flexibilidade e redundância para lidar com o tempo de inatividade programado ou não programado da máquina.

Ter uma visão abrangente da otimização do processo também pode envolver ações e análises muito básicas e simples. O exame das ferramentas usadas fornece uma visão ampla do que está acontecendo em uma oficina. Por exemplo, se uma oficina geralmente usa pastilhas com arestas de corte de 12 mm de comprimento, mas os padrões de desgaste nas ferramentas atingem apenas 2 mm ou 2½ mm, a oficina provavelmente está usando pastilhas grandes demais para o que fazem. Ferramentas com arestas de corte de 6 mm seriam mais do que suficientes, e uma ferramenta com arestas de corte de 6 mm de comprimento é significativamente mais barata do que uma ferramenta com arestas de corte de 12 mm. Uma observação tão simples pode reduzir os custos das ferramentas em 50% sem afetar a produtividade.

Apresentado anteriormente no SecoTools.com.