As tecnologias de processo
6.1 Tecnologias de processamento de materiais
Mais ligadas à indústria de produção de bens físicos, as tecnologias de processamento de materiais evoluem constantemente com o lançamento de novas máquinas e ferramentas e de novos equipamentos, além do desenvolvimento de novos materiais e a descoberta de novas matérias-primas. Robôs, equipamentos de corte a laser e a plasma e tornos automáticos são exemplos de novas tecnologias de processamento de materiais que modificaram os processos de construção de produtos.
Pense em como era produzido um automóvel nos tempos de Henry Ford e em como é feito atualmente. As chapas de metal eram ajustadas manualmente; hoje, grandes prensas moldam as chapas nos mais variados formatos. Rodas de madeira eram cortadas, torneadas, encaixadas e coladas; atualmente, rodas de liga leve são fabricadas em máquinas injetoras de alumínio, nas quais ocorre a injeção do metal em um molde especial de aço que tem a forma quase definitiva da roda, em um sistema chamado de fundição a baixa pressão. Eixos eram torneados um a um, em tornos mecânicos; hoje, tornos CNC automatizados produzem milhares de eixos. Operários furavam as chapas e colocavam rebites manualmente; nos dias de hoje, robôs realizam soldas automáticas em pontos pré-programados.
As inovações em materiais também levam a mudanças nos processos de produção. Os fabricantes de bebidas sempre utilizaram garrafas de vidro, que precisam ser lavadas, higienizadas e ter sua integridade verificada. A introdução das embalagens PET mudou todo o processo produtivo desse tipo de fábrica. Lavadoras e
As tecnologias de processo 95 sistemas de verificação tornaram-se inúteis, enquanto equipamentos necessários para se moldar as garrafas precisaram ser introduzidos na linha de produção.
Segundo o Centro de Informação Metal Mecânica (CIMM), do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), as máquinas-ferramentas, também chamadas de máquinas operatrizes de usinagem, são utilizadas para “transformar fisicamente um corpo, seja no sentido geométrico (forma), seja no sentido dimensional (medida)” (CIMM, 2019). A transformação física busca dar a um elemento uma forma diferente da inicial. Para que as máquinas-ferramentas possam fabricar peças com formas e dimensões precisas é necessário realizar um conjunto determinado de movimentos.
O movimento principal nas máquinas-ferramentas pode ser dividido em dois tipos, rotativo ou retilíneo, e ser realizado tanto pela peça como pela ferramenta. Nos tornos, o movimento principal é a rotação da peça trabalhada; já nas fresadoras e furadeiras, a ferramenta é que gira. As máquinas-ferramentas podem ser classificadas segundo a sua finalidade ou inter-relacionando os movimentos principais da ferramenta e da peça a ser trabalhada.
Dentre as diversas máquinas-ferramentas utilizadas na indústria, podemos citar:
• tornos – máquinas ferramentas que permitem transformar uma peça fazendo-a rodar em torno do seu eixo geométrico; • furadeiras – fazem furos, abrem roscas, entre outras funções,
com uso de ferramentas cortantes;
• fresadoras – executam um trabalho no qual a ferramenta (fresa) gira com movimento uniforme, arrancando a apara; • limadores – ferramenta monocortante que se move com
movimento retilíneo alternativo sobre a superfície plana de um corpo;
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• plainas mecânicas – executam um trabalho de aplainar, com um movimento principal executado pela peça a trabalhar fixada sobre a mesa;
• retificadoras – executam a correção das imperfeições em superfícies tanto de peças de ferro fundido ou aço quanto de materiais não metálicos;
• mandriladoras – executam diversas operações em peças volumosas;
• serrotes mecânicos – permitem o corte de materiais de diferentes dimensões.
As máquinas-ferramentas mais modernas utilizam controles automatizados, baseados em um sistema de controle numérico, que comandam as ações a serem realizadas pela máquina. As instruções são expressas em números que representam as distâncias, os ângulos de corte etc.
Esse tipo de máquina numericamente controlada é conhecida como CN/CNC. Os números e códigos podem ser inseridos em cartões perfurados (nas máquinas mais antigas), em fita magnética, em disquetes ou em banco de dados centralizado.
Existem diversos tipos de máquinas CNC, desde as de usinagem de metais até as de costura ou de bordar. Um exemplo de máquina CNC são as que bordam desenhos e nomes em camisetas, bonés e toalhas, que existem em alguns centros comerciais e lojas de roupas.
Com o avanço da informática e de tecnologias de produção, novos conceitos levaram ao desenvolvimento de máquinas CNC mais sofisticadas, como o modelamento de peças 3D em CAD (Computer Aided Design), HSM (High Speed Machines – máquinas de alta velocidade) e ferramentas de altíssima velocidade de corte.
Outro tipo de equipamento que influencia os processos de produção são os robôs industriais. Existem diversos tipos de robôs
As tecnologias de processo 97 que se diferenciam uns dos outros por suas aplicações e formas de trabalhar.
Entre os robôs controlados por computador há aqueles inteligentes, que interagem com seu ambiente por meio de sensores, e aqueles que não têm essa capacidade. Já os robôs de aprendizagem repetem uma sequência de movimentos, realizados sob o controle de um operador ou memorizados.
Há, ainda, robôs manipuladores, os mais utilizados pelas indústrias: sistemas mecânicos multifuncionais, que movimentam suas ferramentas sob o controle direto de um operador ou por meio de uma sequência variável controlada por computador.
Um robô manipulador industrial é constituído por vários elementos, sendo que uma das extremidades é fixa (base) e a outra é livre para se mover (elemento terminal). São movidos por motores elétricos, atuadores pneumáticos e hidráulicos e utilizados em vários ambientes de produção automatizados, executando tarefas repetitivas em linhas de montagem. Além disso, costumam realizar tarefas normalmente associadas a seres humanos, apresentando a capacidade de identificar alterações nas condições e de decidir quais ações devem ser realizadas.
A introdução dos robôs proporcionou flexibilidade aos ambientes de produção, dada a sua maleabilidade de utilização, mudanças de ferramenta e reprogramação. Os robôs utilizados nas indústrias, em geral, realizam trabalhos de soldagem, pintura, empilhamento, esmerilhamento, embalagem, carregamento e descarregamento.
A utilização de máquinas-ferramentas e robôs nas linhas de produção possibilitou o desenvolvimento de sistemas flexíveis de manufatura, os quais, segundo Martins e Laugeni (2015, p. 298):
Um sistema flexível de manufatura é um grupamento de estações de trabalho semi-independentes controladas por computador, interligadas por um sistema automatizado de transporte (ou manuseio). Assim, é uma evolução em
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relação às máquinas CNC que trabalham isoladamente. A integração das mesmas, através de sistema automatizado de transporte, também controlado por computador (AGV –
Automated Guided Vehicles), define um FMS.
A implantação de um sistema flexível de manufatura traz inúmeras vantagens para a empresa, principalmente em relação aos custos de produção e aos níveis de qualidade e de confiabilidade. Porém, nem sempre é viável. A empresa precisa analisar a viabilidade de implantação, que depende de fatores econômicos, relações trabalhistas, investimento em tempo e capital e treinamento de operadores.