VTLs Invertidos Aumentam Eficiência de Fluxo de Peça Única

Poucas empresas de usinagem ostentam produto carro-chefe com fator "legal" do Argo, um veículo todo-terreno anfíbio (ATV) usado em exploração, busca e resgate, atividades industriais e recreativas desde o final dos anos 60. No entanto, apenas nos últimos cinco anos, o fabricante Ontario Drive and Gear (ODG) investiu mais de $10 milhões em novos equipamentos para suportar porção mais significativa de seu negócio: os serviços de manufatura de engrenagens que começou a fornecer em 1985 para capitalizar lições aprendidas projetando e fabricando a transmissão do Argo.

Entre aquele equipamento está um grupo de máquinas que teve efeitos particularmente abrangentes na manufatura de engrenagens na ODG: quatro tornos verticais de torreta invertidos (VTLs) EMAG para os quais automação não é acessório, mas parte integral do design. Estas máquinas foram driver primário por trás de movimento para estratégia de manufatura celular de fluxo de peça única que melhorou significativamente produtividade, flexibilidade e qualidade de peça para porção crítica da linha de produtos da empresa.

A Regra 80/20

Agora celebrando seu 50º ano no negócio, a ODG opera duas plantas em New Hamburg, Ontário: uma dedicada à produção de ATV, a outra para lado de engrenagens e transmissão do negócio, que inclui design de engrenagem e sistema, montagem de transmissão e teste de performance. A ODG Gear mudou para a última instalação em 2000. Abrange 56.300 pés quadrados de espaço de manufatura climatizado que abriga array de fresadoras de engrenagens CNC, moldadoras e retificadoras de engrenagens bem como tornos e fresadoras CNC. Os 115 funcionários da planta trabalham para produzir mais de 850 números de peça distintos em quantidades variando de uma a 75.000.

Aproximadamente metade do equipamento no chão de fábrica é usado para operações pré-tratamento térmico, e a outra metade é dedicada a pós-tratamento térmico. Os quatro VTLs EMAG brilham em ambos papéis, diz Joel Wright, gerente geral na ODG. Atualmente estão emparelhados em duas células para operações de torneamento pré e pós-tratamento térmico, respectivamente. O trabalho principal das máquinas consiste em engrenagens de aço cementado relativamente pequenas, planas, que medem não mais que 2 polegadas de espessura e 6 polegadas de diâmetro. Estes componentes representam apenas 40 números de peça diferentes. No entanto, como é o caso para muitos fabricantes, aqueles 40 diferentes peças contam por porção significativa do trabalho da divisão de engrenagens. "No geral, cerca de 20% das peças compõem 80% do volume aqui," o Sr. Wright diz.

Para e Vai

A importância deste trabalho fez alvo principal para melhorias de eficiência. No entanto, a sequência de operações permanece essencialmente a mesma antes dos VTLs serem instalados. Produção começa com duas operações de torneamento ("Op 10" e "Op 20"), uma para cada lado de um blank de engrenagem. As peças prosseguem para brocheamento para criar estrias internas necessárias e então para rolo (hobbing) para formar dentes de engrenagem. Após deburring, são enviadas para tratamento térmico antes de retornar à planta para torneamento duro em cada lado e operações finais de retífica de acabamento.

Agora, no entanto, o tempo requerido para este processo inteiro é medido em horas em vez de semanas. O Sr. Wright explica que a diferença principal não é a sequência de produção, mas nova estratégia para como as peças fluem através daquela sequência — estratégia facilitada pelos VTLs. Antes de instalar estas máquinas, abordagem de produção em lote e fila tornava ineficiência virtualmente inerente ao processo. "Rodaríamos através de operações iniciais de torneamento em lote de 600 ou mil ou mais, então parar e mover tudo para máquina de brocheamento, e assim por diante pela linha," o Sr. Wright diz. "Era sempre um homem, uma máquina, com carregamento e descarregamento manual. Tão forte quanto qualquer combo operador-máquina pudesse ter sido, o fato de tudo ser sempre totalmente dependente do operador era grande desvantagem."

Mesmo pausas justificadas para café ou almoço podiam afetar diretamente tempo de ciclo. Requisitos rigorosos de controle estatístico de processo (SPC) que ditavam inspeções frequentes in-process pouco ajudavam. Adicionalmente, embora erros não fossem de modo nenhum comuns, erros simples podiam ter efeitos cascata pela linha. Por exemplo, o Sr. Wright diz que pode recordar algumas instâncias de operadores carregando mal peças nos mandris dos tornos horizontais usados antes dos VTLs.

Deixando Fluir

A ODG comprou seu primeiro VTL EMAG, um VL3 com mandril de 8 polegadas, em 2010. Na época, a empresa estava no meio de substituição de equipamento envelhecido, rotina que recorre a cada poucos anos, diz Ed Das, gerente de desenvolvimento de processo. Como se viu, elementos de design da série VL despertaram reformulação do problemático processo de produção lote-fila. No final de 2011, a oficina tinha integrado três VL5s, que apresentam mandris de 10 polegadas. "Não que os EMAGs nos levaram lá sozinhos, mas sua pegada compacta e automação integrada nos levaram a adotar abordagem mais celular de manufatura," o Sr. Das diz.

Esta abordagem começa com operações iniciais de torneamento mole Op 10 e Op 20, cada uma conduzida em VL5 separado. Todas as máquinas da série VL são equipadas com transportadores integrados que transportam peças para e da zona de trabalho. Diferente do processo anterior, que requeria múltiplos passos demorados de carregamento/descarregamento para cada blank de engrenagem, operadores podem encenar até 14 peças por vez no transportador do primeiro VL5. Isso é rápido e fácil graças a prismas de transportador hexagonais em cada estação que garantem carregamento consistente. Enquanto uma peça for colocada em algum lugar no prisma, ele explica, ela aninhará nos cantos criados pela forma hexagonal independentemente de sua forma ou tamanho.

Dentro da zona de trabalho, o fuso orientado verticalmente da máquina desce de cima para agarrar peças e apresentá-las a torreta de ferramentas tipo disco de 12 estações na base da máquina para torneamento Op 10. Construção vertical garante cavacos e refrigerante caem longe da ferramenta e peça. Então, peças movem-se automaticamente para transportador do segundo VL5 via estação de virada simples que une as duas máquinas. Quando as peças ciclam para fora no transportador da segunda máquina após Op 20, o operador move-as para transportador diferente que leva a brocheamento, rolo e outros processos downstream, às vezes realizando inspeção em estação de medição antes de fazer isso. "As peças não param, apenas movem de processo para processo," ele diz. "Os programas não estão rodando mais rápido, mas a automação e consistência das máquinas, em oposição a um operador, permite taxas de produção tipicamente 40% mais rápidas que antes. Simplesmente cospe peças como pipoca."

Talvez tão significativo é o fato de que automação integrada à máquina permite à empresa desmontar esta célula dedicada à vontade para atender requisitos de produção mutáveis. Para comparação, o Sr. Das cita exemplo de centro de torneamento duplo-fuso. Passar peças entre fuso principal e subfuso poderia fornecer mesmos benefícios que estação de virada que une os VL5s. Similarmente, carregador gantry ou acessório similar poderia desempenhar mesmo papel que transportadores integrados. No entanto, esta solução careceria da vantagem de ter fusos operados independentemente que podem ser facilmente separados e movidos para diferentes seções da planta sem perder capacidade automatizada. Como o Sr. Wright coloca, "Podemos combinar e recombiná-los como Legos."

Os VTLs também contribuíram para qualidade de peça melhorada. Em última análise, isso é tão importante quanto economia de tempo — embora neste caso, os dois andem de mãos dadas. Em sentido direto, construção rígida dos VL3 e VL5 usados para torneamento pós-tratamento térmico permitem tolerâncias de +/- 0,0005 polegada, em oposição a +/- 0,001 polegada com sistemas anteriores. Também notáveis, no entanto, são melhorias indiretas de qualidade decorrentes da mudança para fluxo de peça única automatizado. Isso permite operadores gastarem menos tempo cuidando do processo e mais tempo inspecionando peças. "Se você pode fazer blank de engrenagem melhor, você terá finalmente melhores datums, e fará melhor trabalho de rolo, retífica de engrenagem e assim por diante pela linha," o Sr. Wright conclui. "As máquinas EMAG dramaticamente melhoraram nossa capacidade nesse aspecto."