Introdução aos Processos de Fabricação

Introdução aos Processos de Fabricação Introdução

Cursos de Graduação em Engenharia de Produção e Engenharia Mecânica

Por que estudar? 







Compreender como o processo de fabricação influencia na qualidade final e no preço do produto (avaliar: rolo de moenda, relógio, relógio, cadeira, celular, carro, navio, navio, avião, sapato e computador) e/ou serve para medir a condição econômica de um país; Avaliar as aplicações dos diferentes processos de fabricação e os possíveis empregos conjuntos (projeto x custo x produtividade x mão de obra x cliente ); cliente ); Compreender os limitantes na relação material x processos de fabricação “ transformação transformação ” (estrutura bruta de fusão, zona termicamente afetada, meio – rugosidade x formação de bactérias “indústria alimentícia” alimentícia” e pH x resistência resistência à corrosão ); ); Entender os motivos da relação processo(s) de fabricação x critérios de segurança x vida em (programação de “parada” de uma planta industrial e normas regulamentadoras). regulamentadoras). serviço (programação

1

Introdução 

Fabricação: construção de objetos, atividade essencial para a prosperidade das nações desenvolvidas e em desenvolvimento. Exemplo: Nos EUA, a indústria de fabricação é responsável por aproximadamente 12% do PIB.



Tecnologia: utilização da ciência para prover à sociedade os elementos necessários a sua sobrevivência e aos seus anseios. Exemplos?



Processo de fabricação: representa um fator crítico na viabilidade de uma dada tecnologia.

O que é manufatura? 

Significado: manus (mãos) + factus (fazer) = feito à mão.



Contexto tecnológico: aplicação de processos físicos e químicos para modificar a geometria, as propriedades e/ou a aparência de um material, a fim de produzir peças ou produtos.



Contexto econômico: transformação de matérias-primas em itens de valor agregado por meio de uma ou mais etapas de processamento e/ou montagem. Exemplos: Conversão do minério de ferro em aço, transformação da areia em vidro, refino do petróleo, etc.

2

O que é manufatura?

Processamento tecnológico

Processamento econômico

Indústria de fabricação Indústria Primária

Indústria secundária

Agricultura Sivicultura

Aeroespacial Vestuário

Equipamentos Produtos metalúrgicos

Pesca Pecuária

Automotiva Siderurgia

Processamento de alimentos

Pedreira Mineração

Materiais de construção Química

Vidro, cerâmica Máquinas pesadas

Petróleo

Computadores Construção civil

Papel Refino do petróleo

Eletrodomésticos Eletrônicos

Farmacêutica Plásticos

Pneus e borracha

Indústrias de energia

Setor terciário (Serviços) Bancos Serviços Telecomunicações jurídicos Imobiliárias Educação Entretenimento

Reparo e manutenção

Mercado financeiro Restaurantes Governo Comércio Saúde varejista Hotelaria Turismo Tecnologia da Transportes informação Comércio Seguros atacadista

3

Produtos manufaturados



Bens de consumo: são comprados diretamente pelos consumidores. Exemplos: carros, computadores, televisão.



Bens de capital: são aqueles que serão adquiridos por empresas que produzirão bens ou fornecerão serviços (setor terciário). Exemplos: aeronaves, computadores, equipamentos de comunicação, ferramentas e equipamentos para edificações.

Variedade do produto e volume da produção Indústrias de fabricação tendem a se especializar na combinação de 

Volume de produção anual:

-

Baixa produção: 1-100 unidades/ano;

-

Média produção: 100-10 000 unidades/ano;

-

Alta produção: 10 000-milhões de unidades/ano.

quantidade-variedade de produtos.

Relação entre variedade do produtos e o volume de produção das indústrias 

Variedade do produto: será elevada se houver um número elevado de tipos de produtos na fábrica. Pode ser leve ou severa.

4

Capabilidade na indústria de fabricação 

Capabilidade tecnológica: conjunto de processos de fabricação disponíveis. Exemplos: laminação, usinagem e fabricação de carros – processos que podem executar.



Limitações físicas dos produtos: tamanho e peso dos produtos manipulados pela fábrica. Os equipamentos para fabricação e transporte devem ser projetados para processar e transportar produtos que tenham peso e tamanho compatíveis.



Capabilidade de produção: quantidade máxima de peças que pode ser produzida e dado período (mês, ano), considerando as condições operacionais (horas por turno de trabalho, turnos por semana, número de funcionários, etc) = capacidade fabril ou capacidade de produção.

Materiais de engenharia utilizados em fabricação 

Metais: geralmente são utilizadas ligas compostas por dois ou mais elementos químicos, sendo pelo menos um deles de natureza metálica. Metais

Não ferrosos: incluem os elementos metálicos e ligas que não incluem o ferro: Al, Cu, Au, Mg, Ni, Ag, Sn, Ti, Zn.

Ferrosos: contém ferro como elemento base. Grupo comercial mais importante = >3/4 do peso de todo o metal empregado no mundo.

Aços (0,02-2,14%C): categoria mais importante; utilizados na construção civil, transporte, automóveis e muitos outros dispositivos e equipamentos.

Ferros fundidos (2,14-6,7%C): fabricados a partir dos processos de fundição. Contem Si e outros elementos de liga.

5


Cerâmicas: materiais compostos por elementos metálicos e não metálicos (O, C, N). Cerâmicas

Tradicionais: argila (silicatos de Al hidratados e outros minerais – tijolos e telhas), sílica (matéria prima para quase todos os vidros), alumina e carbeto de silício (abrasivos).

Avançadas: podem incluir alguns dos materiais tradicionais com propriedades aprimoradas por diversas técnicas e requerem métodos de processamento modernos. Exemplos: metal duro (carbetos utilizados como ferramentas de corte) e nitretos (nitretos metálicos e semimetálicos utilizados em abrasivos e ferramentas de usinagem).


Cerâmicas: materiais compostos por elementos metálicos e não metálicos (O, C, N). Cerâmicas

Cristalinas: fabricadas a partir de pós e aquecidas a uma temperatura abaixo do ponto de

Vidros: são fundidos e moldados por processos

fusão, promovendo o coalescimento e ligação

tais como o tradicional sopro.

entre os particulados dos pós.

6


Polímeros: compostos pela repetição de unidades estruturais chamadas de meros, formando cadeias longas a partir de ligações covalentes, as quais são compostas basicamente por C, H, N, O, Cl. Polímeros

Termoplásticos: Amolecem e fundem quando aquecidos e endurecem quando resfriados (processo reversível). Exemplos: polietileno, poliestireno, PVC e nylon.

Termofixos: Tornam-se

Elastômeros: apresentam

permanentemente duros durante sua formação e não amolecem com aquecimento. Exemplos: resina,

comportamento bastante elástico. Exemplos: borracha

borrachas vulcanizadas.

natural, silicone.

Materiais de engenharia utilizados em fabricação



Compósitos: material multifásico feito artificialmente. As fases constituintes devem ser quimicamente diferentes e devem estar separadas por uma fase distinta (interface). São obtidos através da combinação de dois ou mais materiais fisicamente distintos e mecanicamente separáveis.



Possuem propriedades mecânicas superiores e únicas, não obtidas através da utilização de seus componentes isoladamente.

7

Materiais de engenharia utilizados em fabricação Características MATRIZ

• • • •

REFORÇO

• • •

Fase contínua que aglutina a fase dispersa, mantendo-a unida. Mais dúctil Transmite parte da tensão aplicada ao reforço Protege o reforço Fase dispersa Incrementa a rigidez e resistência Suportam uma fração da carga

As propriedades dos compósitos são uma função das propriedades das fases constituintes, das suas quantidades e da geometria (tamanho, distribuição e orientação) da fase dispersa.

Processos de fabricação 



Definição: procedimento realizado a fim de realizar transformações físicas e/ou químicas no material inicial, com objetivo de agregar valor a este material. Operação unitária: passo único na sequência de passos necessárias para a transformação do material inicial no produto final. Executada em equipamento único e de modo independente* das demais operações.

8

Processos de fabricação



Operações de processamento: transformam o material de um estado do acabamento em um estado mais avançado e sempre mais próximo do produto final desejado, agregando valor por meio de mudança na geometria, propriedades e aspecto do material.



Operações de montagem: unem dois ou mais componentes objetivando criar uma nova entidade, que pode ser chamada conjunto ou subconjunto.

Processos de fabricação: Operações de processamento



Fontes de energia: mecânicas, térmicas, elétricas e/ou químicas.



Classificação:

1)

Processos de mudança de forma;

2)

Processos de alteração das propriedades;

3)

Processos de modificação da superfície

Modelo geral das operações de processamento

9

Processos de fabricação: Operações de processamento 1) Processos de mudança de forma 

Processos de solidificação: fundição (metais) ou moldagem (plásticos).

Processo de fundição. (1) Verte-se o fluido em uma cavidade de um molde e (2) Retirada da peça após a solidificação do fluido.


Processos de solidificação: fundição (metais) ou moldagem (plásticos).

Peças fundidas de aço inoxidável

Garrafas PET obtidas por moldagem por sopro

10


Processos com particulados: metalurgia do pó (metais e cerâmicos)

Processamento de particulados. (1) O pó é a forma do material inicial. (2) Compactação. (3) Sinterização.


Processos com particulados: metalurgia do pó (metais e cerâmicos)

11


Processos de conformação: metais

Dois processos de conformação: (1) Forjamento: as partes de um molde comprimem o corpo, fazendo com que ele alcance a forma da cavidade da matriz. (2) Extrusão: o tarugo é comprimido contra uma matriz contendo um furo na seção transversal.


Processos de conformação: metais

Forjamento

Perfis extrudados de Al

12


Processos com remoção de material: usinagem

Operações de usinagem mais comuns: (1) Torneamento, em que uma ferramenta monocortante remove metal da peça rotativa para reduzir seu diâmetro. (2) Furação, na qual uma broca rotativa avança em direção à peça para produzir um furo e (3) Fresamento, quando a peça avança ao encontro de uma ferramenta rotativa com múltiplas arestas de corte.


Processos com remoção de material: usinagem

Fresamento Torneamento Furação

13

Processos de fabricação: Operações de processamento 2) Processos de aprimoramento das propriedades: Tratamentos térmicos 



Não alteram a forma da peça, exceto em casos não intencionais. A sinterização empregada na metalurgia do pó é considerada um tratamento térmico.

3) Processos de modificação da superfície 

Limpeza: inclui processos químicos e mecânicos para remover impurezas, óleos e outros contaminantes da superfície.



Tratamentos de superfície: incluem processos mecânicos como o jateamento com esferas ou areia e processos físicos como a difusão e a implantação iônica.



Aplicação de revestimento e deposição de filmes: criam uma camada na superfície do material.

Processos de fabricação: Operações de montagem



União permanente: produz um novo conjunto que não pode ser facilmente desconectado. Exemplos: soldagem, brasagem, solda branca e união com adesivos.



União semipermanente: une os componentes com uniões que podem ser desconectadas com facilidade. Exemplos: utilização de porcas, parafusos e outros tipos de conexões mecânicas rosqueadas.

14

Relação microestrutura-processamento-propriedades-desempenho 

Os processos de fabricação visam não só modificar a forma, mas também conferir ao produto o conjunto de propriedade (resistência mecânica, dureza, resistência à corrosão, condutividade

elétrica,

densidade,

etc)

requeridas para o seu bom desempenho.



Por isso é estratégico identificar a rota de fabricação que permitirá alcançar esse objetivo com o menor número de etapas (menor custo).

Relação microestrutura-composição-processamento-desempenho 

Exemplos

Ilustração de peça cilíndrica fundida e extrudada e as diferenças microestruturais resultantes.

15

Relação microestrutura-composição-processamento-desempenho Conclusão: a seleção da rota de processamento de um produto deve ser feita na etapa de projeto, pois:



1)

Dependendo da composição química, certas propriedades podem ou não ser alcançadas ou certos processos não podem ser aplicados.

2)

Mais de um processo pode ser usado para conferir ao material a forma desejada, mas cada um resultará em produtos com diferenças na precisão dimensional, acabamento superficial, diferenças microestruturais e, consequentemente, diferenças nas propriedades.

Referências Bibliográficas 



Groover, M. P. Introdução aos processos de fabricação. Rio de Janeiro: LTC, 2014. Kiminami, C. S.; Castro, W. B.; Oliveira, M. F. Introdução aos processos de fabricação de produtos metálicos. São Paulo: Blucher, 2013.

16

Introdução aos Processos de Fabricação

Recommend Documents