MANUFATURA ENXUTA: UM ESTUDO BASEADO EM PROCESSOS...

Revista Ciência Contemporânea

jan./jun. 2018, v.3, n.1, p. 1 - 18

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MANUFATURA ENXUTA: UM ESTUDO BASEADO EM

PROCESSOS REAIS PARA A DISCIPLINA DE SISTEMAS PRODUTIVOS

Cleginaldo Pereira de Carvalho1 Felipe Almeida Alterthun2

Julis Aleksandra Restani Lenco3 Daniel da Silva Carvalho4

RESUMO Esta pesquisa teve como objetivo estudar e descrever o processo de fabricação de uma roda. As rodas automotivas geralmente são feitas de duas matérias-primas principais: aço ou ligas leves. Opta-se pela roda de aço na maioria dos casos, pois esta oferece maior resistência a um custo menor, tornando-a a melhor escolha devido ao seu custo benefício. O processo de produção envolve um longo processo desde a chegada do insumo principal, a chapa de aço, até a fabricação final da roda. Além de pesquisar o processo produtivo do produto, utilizaram-se métodos de gestão, tais como a ferramenta 5W2H para se fazer o planejamento das atividades realizadas e para distribuir tarefas entre os membros, bem como definir um plano de controle para cada etapa da linha. Primeiramente, foi elaborado um planejamento, utilizando-se a ferramenta de gestão 5W2H e a pesquisa bibliográfica, que ajudaram na organização das tarefas e na definição dos processos. Como resultado, na sequência, levando-se em consideração o modelo de roda automotiva sorteado pelo professor, obtiveram-se todas as especificações de uma roda de aço, seguindo o processo utilizado por uma fábrica chinesa, além de um fluxograma, no qual detalhou-se cada um dos processos da linha de produção da roda e, então, foi criado um esboço para o modelo de roda estudado. Por fim, elaborou-se um layout adequado para este tipo de produção e foi definida a capacidade produtiva, de acordo com o maquinário utilizado. Diante de todo exposto, pode-se afirmar que a produção de uma roda de aço é feita através de uma sequência contínua de processos, verificando-se após algumas etapas a existência de não conformidades ou variabilidades de acordo com padrões pré-definidos, garantindo-se a qualidade do produto e atendendo-se às exigências e expectativas dos clientes. Palavras-chave: roda de aço, processo produtivo, automotivo, metalurgia. ABSTRACT

1 Professor e Pesquisador na FEG-UNESP, Pós-Doutor pela FEG-UNESP e EEL-USP, Doutor pela FEG-UNESP. [email protected] 2 Graduando de Engenharia de Produção na EEL-USP. [email protected] 3 Graduando de Engenharia de Produção na EEL-USP. [email protected] 4 Graduando em Ciências Contábeis na Faculdade de Ciências Humanas de Cruzeiro – FACIC. [email protected]

Comentado [AL1]:

Revista Ciência Contemporânea - jan./jun. 2018, v. 3, n.1, p. 1 - 18

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This research had as objective to study and to describe the process of manufacture of a wheel. Automotive wheels are usually made of two main raw materials: steel or alloys. In most cases, steel is chosen, as it offers greater resistance at a lower cost, making it the best choice because of its cost-benefit. The production process involves a long process from the arrival of the main input, the sheet steel, to the final fabrication of the wheel. In addition to researching the production process of the product, management methods, such as the 5W2H tool, were used to plan the activities performed and to distribute tasks among the members, as well as to define a control plan for each stage of the line. Firstly, a planning was made, using the 5W2H management tool and the bibliographic research, which helped in the organization of the tasks and on the definition of the processes. As a result, then, taking into account the automotive wheel model given by the professor, all the specifications of a steel wheel were obtained, following the process used by a Chinese factory, in addition to a flow chart, on which each of the processes of the production line of the wheel were analyzed, and then a sketch was made for the wheel model studied. Finally, a suitable layout was drawn for this type of production and the productive capacity was defined, according to the machinery used. Therefore, it can be stated that the production of a steel wheel is made through a continuous sequence of processes, and after some stages the existence of nonconformities or variability according to predefined standards is verified, assuring the quality of the product and the demands and expectations of the customers. Key words: steel wheel, productive process, automotive, metallurgy. INTRODUÇÃO

As provas mais antigas da roda foram datadas por volta de 3500 a.c, na região da

Mesopotâmia (atual Iraque), é considerada uma das grandes invenções da humanidade e

representa desenvolvimento tecnológico em um tempo longínquo, pois promoveu a evolução

nos meios de transporte, tornando-os mais rápidos e fáceis, além de se tornar um símbolo de

transformação da sociedade, ao aglomerar povos que, então, criaram as primeiras cidades.

À medida que as civilizações se desenvolviam e novas tecnologias eram criadas ao

longo da história, a roda também sofreu um processo de evolução e se aprimorou.

Primeiramente, elas eram feitas por pedaços de madeira presos a suportes em forma de cruz,

sendo utilizado o próprio nó como espaço para o eixo. Com o tempo, estas foram

aperfeiçoadas e as rodas adquiriram um aro de madeira uniforme ao longo de sua

circunferência. Na sequência, vieram os primeiros aros de metal e, então, surgem os raios,

na região da atual Turquia e estes modelos eram utilizados em carros de guerra.

(SANTIAGO)

Seu uso se estendeu para carruagens e carroças e sua evolução continuava e nos

primeiros carros os modelos eram os mesmos utilizados em carroças, no entanto, em sua

maioria já eram envoltas com uma borracha sólida, mas não tão confortáveis devido à

rigidez. Sua evolução continuou, porém, sem grandes alterações até em torno da década de

1870, quando foram criadas as rodas com raios de arame, destinadas às bicicletas. Uma


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década depois, John Boyde Dunlop traria a invenção do pneumático, um tubo de borracha

com ar sob pressão, inicialmente voltado também para as bicicletas. (JOSÉ, 2015)

Mais tarde, por volta de 1920, Charles Goodyear desenvolveu o processo de

vulcanização, que possibilita tornar a borracha mais durável e elástica, e seu modelo de pneu

foi aos poucos sendo aplicado aos veículos da época. Até aí tornaram-se populares os pneus

com câmara e a tecnologia evolui, fazendo com que a durabilidade das borrachas se

estendesse muito mais. Mais tarde, no começo da segunda metade do século XX, surgiram

os pneus sem câmara, que se popularizaram nos EUA. (JOSÉ, 2015)

Dunlop e Goodyear foram tão importantes na evolução dos pneus e da roda, que até

hoje são nomes de duas das maiores fabricantes de pneus automotivos do mundo. Quanto ao

uso de pneus com ou sem câmara, estes necessitam de tipos diferentes de rodas para que

possam ser utilizados. Neste estudo, não se especificou o tipo de roda, mas o processo de

fabricação de ambas é muito similar, sendo que a única mudança está na estampagem do

aro, para que o pneu possa ser montado na roda. Tal diferenciação foi citada aos alunos do

primeiro ano de Engenharia de Produção em uma visita técnica feita a uma fábrica de rodas

agrícolas e de grande porte (caminhões), que fica situada em Cruzeiro, SP, próxima ao

campus da USP de Lorena.

Por fim, na década de 1930, surgiram as rodas de aço estampado, mais leves,

resistentes e baratas. Atualmente, as rodas de aço enfrentam a concorrência das rodas de liga

leve, tipo mais popular entre o consumidor, que possuem design e preços diferenciados. Os

modelos em aço são vantajosos por oferecerem maior resistência e por serem mais baratas,

porém, oferecem desvantagem ao não permitir muitas mudanças significativas na

modelagem, se comparadas às de liga leve, que oferecem maior diversidade de tamanho e

cores aos consumidores. Apesar das rodas de liga leve terem sido mencionadas, para título

de comparação, o foco do trabalho será em torno do processo produtivo das rodas

automotivas de aço, seguindo as expectativas do professor da disciplina de Sistemas

Produtivos I.

O processo de fabricação de uma roda de aço envolve várias etapas que incluem

desde o corte da chapa de aço até a soldagem e o aparafusamento do aro e do disco, seguida

de uma pintura final, antes de ser embalada e seguir destino para o consumidor final. Além

disso, cada etapa do processo passa por inspeções, que visam evitar ou mitigar variações ou

erros em relação a padrões de qualidade pré-definidos, que podem afetar as etapas

posteriores da fabricação, que em certos casos causam danos irreversíveis. Nos casos de não-

conformidades menos significantes, a produção da unidade ou da batelada pode voltar à(s)

etapa(s) anterior(es), a fim de que as imperfeições sejam corrigidas e o processo continuado.


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As montadoras de carros indicam os tamanhos de aro ideais para cada modelo e é

essencial seguir o tamanho indicado, para que sejam evitados problemas, tais como danos à

suspensão e aumento no desgaste dos pneus. Se o automóvel receber rodas com

especificações diferentes dos que foram adotados pela montadora, como o tamanho do

diâmetro por exemplo, o veículo pode ter problema na suspensão e maior desgaste dos pneus.

Portanto, as fabricantes de rodas devem sempre seguir todas as especificações indicadas pela

engenharia das fabricantes de veículos, sejam elas de aço ou de ligas leve, evitando-se que

problemas sejam causados aos consumidores finais.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A fim da realização do trabalho com sucesso, é necessário que todas as ações para a

produção de uma roda sejam estudadas e entendidas, nesse caso, deve-se saber sobre suas

características, especificações, tamanhos, seus modelos e seus processos de fabricação.

Assim, finalmente podemos concluir o trabalho que tem como principal intuito a simulação

da produção dessa roda e seu plano de controle.

O primeiro aspecto que deve ser salientado, é o fato de que a roda de aço possui dois

componentes: o aro e o disco.

Figura 1 - Exemplo de aro Figura 2 - Exemplo de disco + aro

Fonte: https://carros.mercadolivre.com.br/rodas-pneus-e-calotas/outros-aro/rio-grande-do-

sul/ //www.pneusfacil.com.br/rodas

Os aros são peças importantes para a composição da roda, o que significa que a

fabricação dos mesmo dos mesmos desempenha um papel importante na produção de rodas,

ou seja, ocorre um “mutualismo” no final. A fabricação de rodas de aço costuma seguir um

mesmo padrão de processos, entretanto, de acordo com as categorias mais levadas em

consideração do aro da roda, tais como diâmetro e espessura da chapa, acaba por dividir os

aros em três diferentes tipos:


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● Aro pequeno:

Aros para rodas de carros de passageiros.

Diâmetro: 13~18”

Largura: 3-10”

Espessura da chapa de aço: ≤4mm

● Aro grande:

Aros para pneus sem câmara de ônibus e caminhões.

Diâmetro: 17,5~26”

Largura: 5.5-16”

Espessura da chapa de aço: ≤8 mm

● Aro ultra grande:

Aros para veículos de construção, veículos agrícolas e tratores.

Diâmetro: 20~54”

Largura: 7-28”

Espessura da chapa de aço: ≤8 mm

Os processos convencionais de produção para linhas de rodas em aço pequenas,

grandes e ultra grandes são mostradas na tabela abaixo e podem ser utilizadas como

referência

2.1 Processo de fabricação de aros para rodas de aço

Os aros são peças importantes para a composição da roda, o que significa que a

fabricação dos aros desempenha um papel importante na produção de rodas. As linhas de

fabricação de aros para roda de aço da Xiaoya são usadas para a fabricação de aros para roda

de carros de passageiros, caminhões, ônibus, tratores, veículos agrícolas e rodas para

veículos da construção. De acordo com as necessidades do usuário, nós podemos projetar e

fabricar uma linha de produção para aros em aço, com diâmetros que podem variar de 10 a

54 pol.


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Processos

Figura 3- Fluxograma de montagem da roda de aço

1. Chapas de aço baixo em carbono Cortada sob medida

Fornecido pelo cliente

2. Alimentação da banda do aro

3. Rebarbamento para ambos os lados

4. Marca da estampagem

5. Bobinamento da banda do aro

6. Refilamento de costura de solda

7. Soldadura a topo por faiscamento AC

8. Apara da escória de solda

9. Polimento

10. Corte das extremidades

11. Resfriamento

12. Ovalização

13. Abocardamento inicial

14. 1a perfilagem

15. 2a perfilagem

16. 3a perfilagem

17. 4a perfilagem para padrão anti derrapante

18. Flangeamento da borda

19. Expansão final

20. Perfuração de orifício de válvula

21. Prensa do disco no aro

22. Soldagem combinada para disco e aro

23. Aparafusamento para aro e disco


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A. Bobinamento do aro, Alimentação, (Processos de 1 a 4)

Figura 4- Máquina de bobinamento Figura 5- Processo de bobinamento

Uma máquina de enrolamento é uma máquina essencial, que é usada antes da soldagem

aro. Ela fornece as formas para os aros enroladas a partir das bandas dos aros planos. Ela

pode ser usada na preparação de rodas para veículos leves, caminhões, veículos de

construção, veículos agrícolas e outros. Após a alimentação, desbaste, estampagem e o

enrolamento automático, a banda de aro vai torna-se um aro enrolado.

B. Soldagem a topo, Nivelamento (Processos 5 e 6)

Processo de fabricação de aros para rodas de aço | Xiaoya

Figura 6- máquina de soldagem Figura 7- processo de soldagem

É necessário usar a máquina de nivelamento para nivelar as costuras das bandas de

aro enroladas que tem mais de 4 mm de espessura, antes de prosseguir com o processo de

soldagem a topo por

faiscamento.


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C. Corte, Refile, Polimento (Processos de 7 a 9)

Figura 8- máquina de corte e polimento Figura 9- processo de corte e polimento

A escória de soldadura vai ser produzida em ambos o lados, externo e interno, da

junta de solda, após o processo de soldadura. Uma unidade de máquina especial composta

por uma máquina para desbastar, remover e lixar costuras de solda pode ser utilizada para

remover a escória e tornar a superfície da junta

soldada plana e lisa.

D. Expansão (Processos de 10 a 12)

Figura 10- máquina de expansão Figura 11- processo de expansão

Após o processamento da costura soldada e dos processos de refrigeração e

ovalização, a máquina de abocardar horizontal fará abocardamento das duas bordas do aro

para em seguida passar pelo processo

de perfilagem.


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E. Perfilagem (Processo de 13 a 16)

Figura 12- Máquina de perfilagem Figura 13- processo de perfilagem

A máquina de perfilagem é utilizada para a perfilagem simétrica ou assimétrica dos

aros para rodas de automóveis de passageiros, tratores e veículos de construção. Esta

máquina é usada para a perfilagem em

quatro etapas, da 1a a 4a. A 4a etapa do processo de perfilagem é opcional, e é usada para

prensa dos padrões antiderrapante, tais como os aros para tratores e veículos de construção.

F. Expansão das bordas (Processos 17 e 18)

Processo de fabricação de aros para rodas de aço | Xiaoya

Figura 14- Máquina de expansão Figura 15- processo de expansão

Uma máquina de expansão horizontal é usado para o processo de dimensionamento

do tamanho após a perfilagem dos aros para as rodas. Utiliza uma expansão e um

dimensionamento precisa utilizando uma ferramenta especial que permite que os aros

formados atendam às exigências de diâmetro.


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G. Prensa puncionadeira para orifício da válvula, Teste de estanqueidade do gás (Processo 19)

Figura 16- Prensa Figura 17- processo de prensa

Os testes de estanqueidade do gás são conduzidos para assegurar a qualidade de

soldagem e reduzir as fugas de ar. A perfuração da válvula é feita depois da perfilagem, e é

um passo importante na fabricação de rodas de aço. Com o molde correspondente, pode-se

fazer o furo na válvula, sobre a parte efetiva do aro. A prensa de perfuração do buraco na

válvula é utilizada para uma prensa plana e uma perfuração de precisão, em rodas de aço

sem câmara.

H. Soldagem, Prensa do disco no aro (Processos de 20 a 22)

A roda de aço é composta por um aro e um disco. O aro da roda e a forma do pneu

formam uma unidade hermética para suportar o peso do veículo e o poder de transmissão. O

disco da roda é ligado a um cubo, e transmite a força do motor. Normalmente, o aro da roda

e o disco de automóveis de passageiros e

caminhões estão conectados por soldagem, ao passo que as grandes aros e discos para

veículos agrícolas são aparafusados entre si.


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Máquinas utilizadas no processo

Diversas máquinas são utilizadas no processo de fabricação de aros de rodas de aço,

no caso deste artigo, o processo utilizado para exemplificar a produção é o da empresa “Little

Duck”. Também é importante ressaltar que as máquinas utilizadas no processo e o processo

em si podem variar dependendo da empresa.

1.1 Máquina de enrolamento

A primeira máquina utilizada no processo é a máquina de enrolamento para aro de roda de

aço. Ela é responsável por enrolar a chapa de aço de modo que ela fique com o formato

circular. Essa máquina é composto pelo conjunto alimentador, rebarbador, estampador e

enrolador. As especificações da máquina são mostradas na tabela 1.

TABELA 1- Especificações da máquina de enrolamento

Fonte:LittleDuck

1.2 Máquina de solda por faiscamento

A máquina de solda a topo por faíscamento é responsável por, depois da roda ter

passado pelo processo de nivelamento, soldar a chapa de aço de modo que ela mantenha o

formato circular. A máquina é composta pelo sistema de solda por faiscamento, sistema

elétrico e sistema hidráulico. Uma das vantagens dessa máquina é remover automaticamente

a escória gerada no processo de solda, o que diminui o tempo de set-up da máquina. As

especificações técnicas da máquina são mostradas na tabela 2

Comentado [D2]: Numero


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Tabela 2 – especificações da máquina de solda por faiscamento

Fonte:LittleDuck

1.3 Máquina para desbastar, remover e lixar costuras de solda

Essa máquina é muito importante no processo de produção de uma roda de aço, pois

é ela que faz o acabamento da solda. Ela tem três processos principais: A refilação, o

polimento e o corte; a refilação remove os resíduos de solda restantes nas partes internas e

externas das costuras de solda, o processo de polimento polirá e reforçará a costura de solda


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e o corte é responsável por cortar qualquer excesso nas extremidades da conexão de solda.

A tabela 3 mostra as especificações dessa máquina.

Tabela 3- especificações da máquina para acabamento de solda.

Fonte:LittleDuck 1.4 Máquina de abocardar.

Primeiramente, “abocardar” é um termo técnico muito usado na construção civil, e

significa: “ a ação de alargar a boca de um tubo para que se possa acoplar outro”.

Evidentemente que na fabricação de rodas não se trabalha com tubos de construção, porém

pode-se imaginar a roda depois do processo inteiro de soldagem e acabamento como sendo

um tubo. Portanto, a máquina de aborcardar irá alargar as bordas dessa chapa, como mostra

a figura 1 abaixo.

FIGURA 20 – Antes/depois da máquina de abocardar Fonte:LittleDuck

Comentado [D3]: Numero


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Como se pode observar, as bordas da chapa de aço são alargadas por essa máquina;

se imaginássemos a chapa de aço como um cano de construção civil fica simples entender

por que ela faz o “aborcadamento” da roda. A Tabela 4 mostra as especificações da máquina.

TABELA 4 - especificações da máquina de abocardar

Fonte:LittleDuck 1.5 Máquina perfiladeira

A máquina perfiladeira é responsável por moldar a roda de aço, que já está soldada

e aboradada, para ficar com o melhor formato possível. O formato final da roda fornece o

aro ideal para que se encaixe a parte central da roda. A FIGURA 18 mostra todos os

processos feitos por essa máquina, lembrando que este se divide em 4 etapas, sendo a última

de perfilamento antiderrapante. A Tabela 5 mostra as especificações da máquina perfiladeira

Figura 21- processos realizados pela máquina de perfilhamento


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TABELA 5 – especificações da máquina de perfilhamento. Fonte:LittleDuck

1.6 Máquina para expansão horizontal.

A função da máquina de expansão horizontal é responsável por dimensionar

corretamente o aro, segundo as especificações do cliente. Ela é normalmente colocada

próxima da máquina de perfilhamento, para que se faça esse processo logo após o

perfilamento do aro. Ela funciona a partir de moldes fixos que são usados para ajustar o

tamanho da roda desejado. A Tabela 6 mostra as especificações dessa máquina

TABELA 6 - Especificações da máquina de expansão horizontal

Fonte:LittleDuck


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1.7 Prensa puncionadeira para orifício de válvula. A prensa puncionadeira é responsável por furar corretamente o aro de aço. Os furos

são essenciais nos aros de aço para, entre outras coisas, facilitar a troca de calor entre o

ambiente e o sistema de freio do veículo(ANTUNES DE PAULA). As especificações da

prensa puncionadeira são mostradas na tabela 7.

Tabela 7- Especificações da prensa puncionadeira

Fonte:LittleDuck 2. Resultados 2.1 5W2H

Figura 22: Planejamento do projeto


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2. 2 Fluxograma do processo

Figura 23: Fluxograma do Processo;

2.3 Layout de fábrica

Figura 24: Possível layout de fábrica 3. Discussão

O presente trabalho tem como o estudo e simulação do processo de fabricação de uma

roda de aço automotia

Para tanto, o grupo realizou pesquisas e leituras e, com isso, foi capaz não só de

apresentar qualitativamente e quantitativamente o processo de fabricação da roda de aço ,

como também entrar em contato com ferramentas para ajudar nessa tarefa, aprendendo como

utilizá-las a fim de beneficiar o projeto. Os recursos utilizados foram o 5W2H, o fluxograma

do processo e a determinação do layout de fábrica.

Considerando todo o trabalho de pesquisa envolvido a fim de se conhecer

detalhadamente a fabricação de uma roda de aço e também todos os resultados obtidos pelo


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grupo durante esse processo pode-se concluir que houve êxito em apresentar todo o conteúdo

necessário, teórico e técnico, para a fabricação da roda.

4. Conclusão

Após todos esses processos podemos chegar a conclusão que, a fim de se fabricar

uma roda de aço deve-se seguir uma sequência contínua de processos, sendo cada uma das

etapas do mesmo dependente da etapa anterior, dessa maneira, exige-se que cada etapa, da

primeira até a última, seja realizada com perfeição.

Dessa maneira, é necessário que todo o planejamento e pesquisas relacionados ao

processo e suas etapas sejam estudados para que, assim, seja produzido a roda desejada.

Muito importante também, são as etapas de inspeção realizadas ao final de cada outra etapa,

tendo como objetivo que a roda seja sempre finalizada igual e em perfeição.

Assim, cada processo que existe na linha de produção de uma roda de aço mostra-se de suma

importância para que, o produto final receba um feedback positivo, atendendo às boas

expectativas do consumidor.

REFERÊNCIAS

YANG, Yongxin (China). Processo de fabricação de aros para rodas de aço. Disponível em: <http://wheelrimmaking.com/profile/wheel-manufacturing/199771/0>. Acesso em: 05 nov. 201. SHANDONG LITTLEDUCK GROUP (China). Linha de produção de aro para rodas de aço. Disponível em: <http://wheelrimmaking.com/1-steel-wheel-rim-manufacturing-line/199703>. Acesso em: 05 nov. 2017. PNEUSFÁCIL (Brasil). INFORMAÇÃO TÉCNICA SOBRE RODAS. Disponível em: <https://www.pneusfacil.com.br/rodas>. Acesso em: 20 nov. 2017. PAULA, Marcelo Antunes de. FABRICAÇÃO DE RODAS: UMA ANÁLISE COMPARATIVA . 2012. 50 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Mecânica, Unesp, Guaratinguetá, 2012. Disponível em: <https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/120439/paula_ma_tcc_guara.pdf?sequence=1>. Acesso em: 25 nov. 2017.

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