OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DO SUB-TANQUE DE … · - Avaliação das propriedades de corpos de prova de resinas injetadas e dos corpos de prova ... Teor de Umidade;Tonalidade (Colorimetria)

OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO DO SUB-TANQUE DE COMBUSTÍVEL AUTOMOTIVO

Maria Aparecida da Silva1, Fabio J. Esper2, Francisco R. Valenzuela-Díaz2, Hélio Wiebeck2, Guillermo R. Martín-Cortés3.

1* PME – Departamento de Engenharia Mecânica – Escola Politécnica da USP2 PMT – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da USP

3 PMI - Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo da USP

O trabalho apresenta resultados de pesquisa para aperfeiçoar o processo de produção do sub-tanque de combustível (reservatório). O mesmo é usado em veículo sofisticado produzido por companhia nacional montadora de autos. O objetivo principal foi reduzir as perdas de material no processo de produção e também reduzir o tempo de set-up. Três materiais poliméricos foram usados e foram caracterizados segundo: resistência à tração na ruptura, alongamento, Modulo de Elasticidade, Resistência a Flexão, Resistência ao Impacto Izod, Densidade, Temperatura de Fusão, Temperatura de Deflexão (HDT) e Umidade. Como resultado foi possível reduzir o tempo de produção em 82,5% e os custos em 27,37% por peça. Foi utilizada a Poliamida 6 como matéria prima. Corte por Jato de água - abrasivo de ultra-alta pressão foi aplicado para conformar corpos de prova diretamente da peça injetada, aumentando a velocidade de preparação das amostras e diminuindo custos (apenas centavos por corpo de prova). Assim, a empresa de autopeças produtora do sub-tanque de combustível conseguiu atingir os compromissos assumidos com o Cliente e ainda melhorar os processos que envolvem a produção do sub-tanque. Palavras-chave: Poliamida 6, Sub-tanque automotivo, Jato d’água de ultra-alta pressão, otimização de processo.

Optimization of the Production of the Automotive Fuel SUB - TANK

This paper shows the research results for the optimization of the fuel sub-tank (reservoir) production process. It is used in a sophisticated vehicle produced by a national car assembler company. Main objective was to reduce the losses of material during the production process and also to reduce the set-up time. Three polymers materials were used, they were characterized by means of: Tensile Strength at Break, Yield Strength, Modulus of Elasticity, Flexural Strength, IZOD Impact Strength, Density, Melting Point, Heat Deflection Temperature (HDT) and Moisture. As results it was possible to reduce the time of production in 82,5% and the costs in 27,37% for piece. It was used Polyamide 6 as raw material. Advanced technology of Ultra-high pressure abrasive water jet cut was applied to obtain the tie type samples that were extracted directly from injected sub-tanks, rising the speed of sample preparation and diminishing the cost (only few cents for sample). As main result, the Auto - pieces company producer of the sub-tank of fuel reach the commitments assumed with the Customer and still improve the processes that involve the Fuel Sub-tank production.Keywords: Polyamide 6, Automotive Fuel Sub-tank, Ultra-High Pressure Water Jet, Process optimization..

IntroduçãoA indústria automotiva está passando por transformações, provocando a diversificação e

segmentação do mercado, a redução do ciclo de vida de modelo de veículos e a oferta de variedades

destes modelos para os clientes.

Como diferencial, as empresas procuram os critérios de seleção de novos materiais, e as vezes, as

referências dizem respeito a produtos ainda em desenvolvimento, que não tem formato definido

(Ashby, 2000) sendo que a seleção de materiais é item que não pode ser separado da escolha do

formato. Aprofundando a análise, a função, o material, o formato e o processo de produção da peça,

interagem, portanto, a função do componente “dita a escolha do material, o formato é escolhido

para desempenhar a função utilizando aquele material, e o processo é impactado pelas propriedades

do material” (Ashby, 2000). Estes aspectos também interagem com o formato, no que concerne ao

tamanho, à precisão, e ao custo por componente obtido por unidade de tempo. Ashby expande os

limites de seleção das propriedades dos materiais, aliados aos Índices de Mérito relacionando

propriedades específicas ao tempo, facilitando as análises comparativas entre materiais (Sant’anna e

Wiebeck, 2006).

O produto objeto deste estudo é o “sub-tanque de combustível” de veículo automotivo de uma

montadora nacional, fabricado com poliamida 6. O mesmo é utilizado como protetor da bomba de

combustível. Trata-se de item de segurança do veículo. Na ocorrência de falta de combustível na

bomba, este sub-tanque vai liberar a reserva de combustível. Porém, acabando a reserva de

combustível o mecanismo que se encontra no sub-tanque faz com que a bomba de combustível

desligue, evitando com que a mesma queime por se tratar de ser item de alto valor agregado.

Perdas durante o processo de produção até 2,5 vezes maior do que o negociado no início do projeto

de produção deste item ameaçou a continuidade do contrato. A Empresa negociou 4% de perdas,

porém chegaram até 10 - 15%. Assim, a proposta da pesquisa foi reduzir as perdas no processo

produtivo do sub-tanque de combustível.

OBJETIVO E METAS DO TRABALHO

OBJETIVO

Reduzir as perdas atuais de 10% para aproximadamente 3% no processo de fabricação do sub-

tanque de combustível automotivo em plástico.

METAS DO TRABALHO

- Satisfazer as Expectativas do Cliente. (Mueller, 2007)

- Reduzir o tempo de set-up, modificando conexões da ferramenta, da máquina, utilizando

conectores de engate rápido, evitando mangueiras, braçadeiras e/ou chaves na preparação do molde.

- Redução do refugo na injeção: por melhoras no processo, treinamento dos envolvidos para evitar

parada desnecessária da máquina injetora, melhora do fechamento do molde, diminuição da

freqüência das manutenções preventivas à máquina e ao molde, para uma vez por ano.

- Redução do refugo na linha de montagem por: treinamento dos envolvidos na operação, criação de

“poka yoke” (dispositivo a prova de erro), evitando danificar peças durante a montagem das buchas

(insertos) da peça.

- Verificação de viabilidade de material alternativo opcional para a Empresa de Autopeças e para a

Montadora. O mesmo deve ter custo viável e ajudar a diminuir as perdas. Além disso, o material

opcional deverá ser validado pela Empresa de Autopeças e pela Montadora.

- Medição dos resultados e valoração econômica das melhoras introduzidas para atender os

objetivos da Empresa de Autopeças e da Montadora. Perdas no processo ≤ 3,0%.

- Avaliação das propriedades de corpos de prova de resinas injetadas e dos corpos de prova

extraídos da própria peça em análise por corte de jato de água. Comparação entre elas.

Anais do 10o Congresso Brasileiro de Polímeros – Foz do Iguaçu, PR – Outubro/2009

ALGUNS TERMOS IMPORTANTES UTILIZADOS NO TRABALHO

SET-UP. Tempo da última peça injetada na ferramenta que vai sair da máquina até a injeção da

primeira peça boa da próxima ferramenta colocada na mesma máquina.

POLIAMIDA. Tipo de polímero que contém conexões do tipo amido (Mano, 1991). Usada em

moldagem por injeção, no presente trabalho selecionou-se a poliamida 6.

REFUGOS. Perdas ou desperdícios gerados pela matéria-prima quando processada.

Métodos de caracterização utilizados no trabalho

Densidade (ASTM D 792); Temperatura de Fusão; Resistência á Flexão (ISO R 178); Conformação

tradicional de corpos de prova tipo gravata, por injeção; Conformação de corpos de prova tipo

gravata, por Jato d’água abrasivo de ultra-alta pressão extraídos de sub-tanques já conformados e

prontos para uso; Resistência a Tração, Alongamento na Ruptura e Módulo de Elasticidade na

Tração (ISO R 527); Resistência ao Impacto Izod (ISO R 180); Temperatura de Deflexão sob carga

á 0,45 e 1,80 MPa (ISO 75-2); Teor de Umidade;Tonalidade (Colorimetria) (Wiebeck et al, 2005).

Motivação do trabalho

As perdas na produção do sub-tanque oscilavam de 10 a 15% mas o valor repassado ao

Cliente era 4% de perdas. Desde dezembro/2007, a Empresa teria que repassar para o

Cliente 1% de redução do custo total do produto. Assim, dos 4% absorvidos de perdas pagas

pelo Cliente este passa a absorver 3%. O Cliente desde março/2008 passou a ser o 3º maior

cliente da Empresa, com 22% do faturamento, mas hoje representa 7,5% do faturamento

total da Empresa. A Empresa atingiu o 3,0% de perdas desde março de 2008, nos custos

internos deste item, poderá repassar para o Cliente até 1,5% de redução e supera as

expectativas. O custo para execução destas melhorias foi em torno de R$ 4.500,00

amortizados em 03 meses, o tempo para troca dos engates da máquina e molde foi até

dezembro/2007, de acordo com o cronograma de implantação da ferramenta Kaizen (Kai =

mudar e Zen = melhoria contínua) (TOYOTA, 2007). À definição do material opcional

esteve disponível em março/2008, encerrando todos os estudos no mesmo mês. O que

aumentou os negócios com o Cliente (Montadora).

Resultados e Discussão

REDUÇÃO DO TEMPO DE SET-UP:

Foi calculado o tempo do set-up, a medição foi iniciada a partir do momento de parada da

ferramenta que estava em máquina até o início da produção do sub-tanque quando se injetou a

primeira peça aprovada.


Tabela 1 – Situação atual x situação proposta de Set-up

SET-UP SITUAÇÃO ATUAL SITUAÇÃO PROPOSTA

DEMANDA 261 261

EFICIÊNCIA ESPERADA INJETORA 90% 90%

LOTE DE PRODUÇÃO (10XTEMPO DE SET-UP)

1305 261

TEMPO SET-UP 110 21,7

Após a medição do set-up atual, foi definida a meta do novo set-up, escolheu-se 22 minutos, por se

tratar do tempo que constava em contrato com o Cliente.

Cálculos

Demanda diária

Eficiência esperada - Injetora

Lote de produção (10x tempo de Set-Up)

Tempo Set-Up (min.)

Situação atual Situação proposta

261

90%

1305

110

261

90%

261

21,7

110

22

0

20

40

60

80

100

120

Tempo (min.)

Set-Up Atual Meta Set-Up

Set-Up

Figura 1 – Tempo Total de Set-up

Fases do set-up para reduzir o tempo real encontrado.

Fase 1 – Identificado set-up interno, externo e desperdício;

Fase 2 – Separado set-up interno, externo e eliminar o desperdício;

Fase 3 – Transformado set-up interno em externo e eliminar o desperdício;

Fase 4 – Racionalizado todo o processo de set-up.

Conforme tabela abaixo, obteve-se 19,2 minutos, quase três menos que o contratado.

Tabela 2 - Resultado Final da redução dos tempos do set-up

set-up timefase inicial 110,0 seg

fase 1 110,0

fase 2 28,51 3,5 19,5 51,5

fase 3 26,11 3,5 21,9 51,5

fase 4 9,1 10,1 19,2

Externo Interno Desperdício


DESENVOLVIMENTO DE NOVAS FONTES DE MATERIAIS

Foram utilizadas 03 opções de materiais: B, C e D. O material A é utilizado como referência.

Tabela 3 – Caracterização do material Poliamida 6 mediante corpos de prova injetados.ITEM* ESPEC AMOSTRAS DOS MATERIAIS ENSAIADOSFornecedor ----- A B C DMaterial PA 6 PA 6 PA 6 PA 6 PA 6Cor (Tonalidade) Branco Referência:. Conf. Não conf. Não conf,Resist. á tração (N/mm²) Mín. 55 64,03 67,7 68,8 60,3Alongamento (%) Mín. 100 105,5 100,9 110,5 112,2Módulo de Elasticidade. (N/mm²) Mín. 3000 3322,2 3450,6 3200,8 3226,6Resist. á Flexão (N/mm²) Mín. 40 61,2 65,5 66,2 60,4Resist. Impacto Izod á 23ºC (J/cm²) Mín. 0.30 0,59 0,60 0,66 0,82Densidade (g/cm³) Mín. 1,140 1,144 1,145 1,140 1,140Temp.de Fusão (ºC) Mín. 216 222,5 218,0 220,0 221,1HDT a 1,80 MPa (ºC) Mín. 75,0 84,8 81,6 81,2 81,5HDT a 0,45 MPa (ºC) Mín. 175,0 187,3 186,4 195,1 184,4Teor de Unidade (%) Máx. 0,25 0,20 0,18 0,21 0,20Poliamida 6 (R$/ kg) X X 0,8X 0,9X 0,85XNota: Foram utilizados 05 corpos de provas e/ou amostras para os ensaios acima. (*) Unidades do Sistema Internacional – SIConf.: Conforme o material de referência, Não conf.: Não conforme o material de referência.

Podemos observar pela tabela 3 que os três materiais utilizados, em relação a propriedades

mecânicas, estão dentro dos parâmetros exigidos. Em relação a resistência a tração e a flexão, os

materiais B e C apresentam resultados muito próximos e todos os materiais estão dentro desses

parâmetros exigidos. Em relação à resistência ao impacto, a amostra B, foi a que apresentou pior

resultado, mas mesmo assim está dentro do parâmetro exigido. Uma outra propriedade exigida é a

manutenção de cor, e sabemos que essas poliamidas têm uma tendência ao amarelecimento, se não

for corretamente aditivada ou processada. Como todas elas foram processadas nas mesmas

condições, pelos resultados apresentados, temos que somente a Poliamida A, apresenta estabilidade

de cor, exigida pelo cliente.

Considerando os resultados das matérias primas (Tabelas 2 e 3), e o preço, optou-se pelo material B

que apresentou os resultados em ensaios em corpos de prova e preço satisfatórios. Optou-se então

por injetar sub-tanques e a seguir foram executados os ensaios em corpos de prova cortados (fig. 2),

obtidos por tecnologia de corte com jato d’água, a frio, que não altera as propriedades originais do

material e por isso não interfere nos resultados dos ensaios. Além disso, é corte de maior precisão,

garantindo a exatidão nas dimensões dos corpos de prova e com melhor acabamento que os cortes

convencionais com prensa ou serra (Martín-Cortés et al, 2008).


a) antes do teste b) depois do testeFigura 2. Corpos de prova extraídos dos sub-tanques utilizando jato d’água abrasivo de ultra-alta pressão

Tabela 4 – Resultado dos Ensaios de Corpos de provas extraídos da peça (03 amostras, material B)Ensaios Especificado Amostra B Desvio AmplitudeLimite de Resistência a Tração Mínimo 55,0 N/mm² 67,74 N/mm² 0,2837 0,6600Alongamento (ISO R 527) Mínimo 100% 125,37% 0,8727 2,0300

Medidas de planicidade da amostra A

Foram realizados ensaios comparativos de planicidade na peça atual em relação à amostra A

(amostra até então aprovada). A ferramenta utilizada para comparar o resultado obtido foi a

carta de CEP (controle estatístico de processo). Na amostragem, foram utilizadas 40 peças

de cada para a comparação dos resultados como se mostra na figura 3 abaixo.

Figura 3 - MEDIDAS DA AMOSTRA “PADRÃO”

Na próxima página, na figura 4, verifica-se que o processo é ruim mesmo com Cp e Cpk acima de

1,37, isso pelos registros apontados nas medições no software, o processo não é estável pela

variação da amplitude e sucessivos pontos no limite superior ou inferior. Dados extraídos da Carta

de CEP.


Figura 4. Valores de Cp e Cpk das Medidas de Planicidade da Amostra “Padrão¨

Medidas de planicidade da amostra B

Figura 5. Medidas da Amostra “B” (material opcional)

Figura 6. Valores de Cp e Cpk das Medidas de Planicidade da Amostra “B”

Processo capazCpk capaz com critério 3 sigma Cp 1.984 Cpk 1.889 CV = 0.24 %Figura 6 - Valores de Cp e Cpk das Medidas de Planicidade da Amostra “B”


Na Figura 6, verifica-se que o Cp e CpK está acima de 1,37 o que classifica o processo como capaz,

isso indica que o processo está sob controle, ou seja, a variação de amplitude e distribuição dos

valores de planicidade estão dentro dos limites superior e inferior de controle. Dados extraídos da

Carta de CEP.

REFUGO DO SUB-TANQUE

O refugo do sub-tanque foi acompanhado durante 07 meses, sendo que até dezembro/2007

foi medido o refugo do material de referência, a partir de janeiro/2008 com o material

aprovado (material B) conforme abaixo.

REFUGO DO SUBTANQUE

0

2

4

6

8

10

12

out/07 nov/07 dez/07 jan/08 fev/08 mar/08 abr/08

MÊS/ANO

% D

E R

EF

UG

O

Refugo de Injeção

Refugo de Montagem

Refugo Injeção com montagem

Refugo Total

Série5

Série6

Série7

Figura 7. Refugos do processo do Sub-tanque

Para diminuir o índice de refugo todos os colaboradores que trabalham com o item sub-tanque

foram treinados nos três turnos em “Parada ao Defeito” conforme descrito abaixo:

Durante o processo de injeção o Operador deve observar os defeitos, se sair 05 peças durante o

processo acionar o Regulador, se sair 03 peças consecutivas parar imediatamente a máquina.

- Se o Regulador não conseguir regular á máquina, o responsável pelo processo deve ser acionado.

- Se o processo não conseguir resolver o problema, o Gerente da Manufatura deve ser acionado, se

houver dúvidas quanto matéria prima (contaminação, umidade acima do especificado e variação na

fluidez), o Laboratório deve ser acionado, e, se a dúvida for quanto ao dimensional, Auditor deve

ser aciona do. Em caso de dúvidas este tem autonomia para parar a máquina.

- Máquina parada pela área de Qualidade, somente é liberada a produção quando for confirmado

que o processo está capaz. Quem libera é o Auditor da Qualidade, após ensaios conforme Plano de

Controle.

Finalmente, na tabela 4 são apresentados os cálculos sobre custos da produção do sub-tanque:


Tabela 4 – Cálculo dos Custos do Sub-tanque

PROCESSOCONDIÇÃO

Negociada Inicial FinalTempo Máquina/ pç (min) 0,857 0,857 0,857

Custo Máquina (p/pç) R$ X,0V3 R$ X,0V3 R$ X,0V3

Tempo de Set-up (min) 120 110 19,2

Custo de Set-up R$ Z2Y3X,7V6 R$ ZY3X,4V5 R$ Y9X,8V0Custo de Set-up por peça R$ 0,8V3 R$ 0,7V5 R$ 0,V4

Peso da Peça (Kg) 0,508 0,508 0,508

Custo por kg de mp R$ Y5X,6V1 R$ Y5X,6V1 R$ Y2X,4V9

Custo da mp porpeça R$ 7X,9V3 R$ 7X,9V3 R$ 6X,3V4

Demanda Mês 6.000,00 6.000,00 6.000,00

% Refugo por mês 4,00% 10,30% 2,89%

Custo refugo / mês R$ 2W.Z5Y,6V9 R$ 5W.5Z3Y8X,03 R$ W.2Z7Y9X,0V4

Custo de refugo por peça R$ 0,3V6 R$0,9V2 R$0,2V1

Custo final da peça R$ Y,1V5 R$ Y,6V3 R$ 7X,7V2

Preço de venda do produto R$ YX,2V4 R$ YX,2V4 R$ Y,6V8

Valor repassado ao Cliente R$ 0,00 R$ 0,00 R$ 0,5V6

% Repassado ao Cliente por peça

0,0% 0,0% 5,0%

Lucro por peça R$ X,0V9 R$ 0,6V1 R$ 2X,9V6

% Lucro por peça 10,7% 5,74% 38,3%

(MASSARANI et al, 2007)

CONCLUSÕES

1. Foi obtido ótimo tempo de set-up de 19, 2 minutos. Facilita-se a entrada do molde do sub-tanque

na máquina injetora, triplicando a produtividade.

2. Definiram-se materiais de fornecedores nacionais para testes em corpos de provas injetados.

Após a seleção produziram-se sub-tanques e destes extraiu-se corpos de provas com avançada

tecnologia de Jato d’água de ultra-alta pressão permitindo estudar o comportamento do material

depois de injetada a peça.

3. Foram injetados 03 contra tipos para o material utilizado (amostras B, C e D), conformados

corpos por injeção e submetidos a ensaios físico-químicos, comparando-se os resultados dos ensaios

com os resultados do material aprovado A. O material “B”, atende as propriedades além do preço.

4. Injetou-se peças no “try out” com a amostra B, foram feitas as medições de planicidade nestas

peças, utilizou-se ferramentas estatísticas para medir a capabilidade do processo de injeção, através

dos resultados dos ensaios de planicidade para garantir o processamento dos mesmos. Por ser


produto onde o desenho não especifica o Fornecedor, apenas especifica o material, o controle das

propriedades é por conta do fabricante da matéria prima ou do fornecedor que injeta o item.

5. Neste desenho consta apenas a planicidade, submete-se a documentação (resultados dos ensaios)

com as 40 amostras medidas. Após o aceite do Cliente, enviaram-se os 03 primeiros lotes

devidamente identificados com CLI - Controle do lote inicial acompanha-se a montagem e a

funcionalidade destes 03 lotes. O produto foi aprovado pelo Cliente (Engenharia e Qualidade),

suspensa a CLI e vai se continuar entregando normalmente a peça.

6. O Controle dos Refugos somente foi possível após conscientização e envolvimento de todos os

colaboradores da produção. Conseguiu-se reduzir próximo dos 3,0%.

7. A análise dos custos definiu que se trabalhou com metade do lucro negociado inicialmente com o

Cliente por muito tempo. A Equipe que executou o trabalho foi parabenizada, por atingir as metas,

o objetivo foi alcançado, a Empresa ficou numa situação privilegiada perante este Cliente,

entretanto, para a Área de Processo Industrial ficou a lição de casa e o desafeto da Direção, recebeu

a incumbência verificar os demais itens (aproximadamente 450 itens) no prazo de 90 dias, para não

perder tanto tempo. Com esse caso foi possível visualizar que outros itens podem ser melhorados,

sendo possível propor reduções significativas aos clientes e permanecer numa situação favorável.

Referências Bibliográficas

ASHBY, M. F. Material Selection in Mechanical Design. Butterworth. Heinemann. Oxford, 2000.MANO, E. B., Polímeros como Materiais de Engenharia, São Paulo, Ed. Edgard Blucher Ltda., 1991.

MARTÍN-CORTÉS, Guillermo Ruperto, Conformação por AWJ de corpos de provas em peças com PA 6 e/ou chapas PMMA-Cast para testes de qualidade. USP. Congresso Plast Show 2008, São Paulo. 2008.

MASSARANI, M. & MATTOS, F.C.de. Curso PMC 5602: Redução de Custos Através da Engenharia de Valor. Escola Politécnica da USP. S.Paulo, 2007.

MUELLER Grupo, Manual do Sistema de Qualidade, 3 ed., 2007.SANT’ANNA, J.A. & WIEBECK, H. Conversão de Peças de Metal para Plástico: O Desafio da Seleção de

polímeros, Tendências e Exemplos. Palestra Proferida na Plast-Show 2006 em 10/05/2006.TOYOTA, Sistema de Produção Puchada, TDB 7TH QC. Circle Convention, 2007. Curso de Sistema Lean 2007.

WIEBECK, Hélio; HARADA, Júlio, Plástico de Engenharia: Tecnologia e Aplicações, Editora Artliber Ltda., 2005.


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