Redução do custo por peça

Como uma pesquisa feita pela National Association of Manufacturers (NAM) dos EUA mostrou que 53% de fabricantes esperam que a COVID-19 afete suas operações, os fabricantes estão sofrendo uma pressão ainda maior para serem competitivos — incluindo em produção em massa que envolve peças em aço difíceis. Aqui, Rolf Olofsson, gerente de produto na Sandvik Coromant, a líder global em ferramentas para usinagem, examina como uma abordagem alternativa às operações de torneamento de aço otimiza seus custos por peças e a lucratividade geral. 

Economia em manufatura determina a lucratividade de uma empresa. Com a usinagem, a economia de produção deve focar em garantir que esses processos e ambientes são seguros e previsíveis. Deve haver duas metas principais: a primeira é manter o mais alto resultado de produção e a segunda é manter custo de produção o mais baixo possível; com cada meta apropriada a uma situação específica do fabricante.

Essas metas representam desafios em operações de torneamento de aços que podem passar por gargalos, desaceleração da produção ou restrições no número de peças produzidas por turno. E agora há o maior desafio da indústria imposto pelo COVID-19. Em sua resposta à estatística de 53% da NAM, Pricewaterhouse Coopers comentou: “As piores expectativas já estão se tornando realidade juntamente com a queda vertiginosa no preço e na demanda do petróleo, gargalos na cadeia de fornecimento, redução de gastos e agitação nos mercados de crédito.”

Os fabricantes, particularmente de produção em massa, estão conscientes do custo por peça quando gerenciam suas operações de torneamento de aço. O princípio básico do custo por peça é calculado pelos custos fixos mais os custos totais variáveis, dividido pelo total de unidades produzidas. Os parâmetros de torneamento de aço também dependem muito da demanda de mercado, com uma visão para a redução dos custos de produção ou aumento do resultado.

As empresas que fabricam peças automotivas, por exemplo, podem enfrentar situações de alta ou baixa demanda. Os cenários de baixa demanda precisarão de ferramentas que possam produzir mais peças por arestas ao mesmo tempo que propiciam segurança do processo com menos rejeições de peças. Já as situações de alta demanda precisarão de soluções de ferramentas que permitam taxas de remoção de metais mais altas, tempo do ciclo reduzido e maior utilização da máquina com pouquíssimas interrupções da produção.

Qualquer que seja o cenário enfrentado, os fabricantes devem se esforçar para maximizar o resultado de usinagem que, de acordo com as descobertas da Sandvik Coromant, pode reduzir os custos por peça em 15%. Porém, para alcançar isso e ainda maximizar a segurança do processo, a resposta pode estar em uma abordagem alternativa às ferramentas. 

Fora de corte reduzido

A Sandvik Coromant calcula que o custo das ferramentas pode representar 3 a 5% do custo geral de produção. Ao considerar a compra de uma ferramenta que se desgasta com o tempo, como uma pastilha de metal duro para torneamento de aço, é natural considerar somente o custo da unidade inicial. Em vez disso, a Sandvik Coromant recomenda que seus clientes olhem para as coisas de uma maneira um pouco diferente e reavaliem como o fator custo da ferramenta no gerenciamento de todo o custo da produção, incluindo despesas como depreciação da máquina. 

Se analisarmos um dia típico de trabalho em uma planta de usinagem, vamos dizer que durante dois turnos que totalizam 14,4 horas, 60% do tempo é dedicado à produção ou tempo de corte, enquanto 40% do tempo é dedicado a outras coisas ou tempo fora de corte. É claro que a meta aqui deve ser reduzir o tempo fora de corte e maximizar o tempo de usinagem. 

A melhor maneira de alcançar essa meta é manter o tempo de produção reduzido enquanto aumenta a utilização da máquina-ferramenta. Na verdade, a Sandvik Coromant descobriu que um aumento de 20% na utilização da máquina pode propiciar uma margem de lucro bruto 10% mais alta.

Vida útil da ferramenta mais longa

Os fabricantes medem as taxas de produção de várias maneiras, uma delas é pelo número de peças (pçs) concluído em um determinado período. Entretanto, vários fatores podem impedir que os fabricantes alcancem o número desejado de peças por turno. A necessidade frequente de trocas de pastilhas, as interrupções da produção e a procura da pastilha certa para cada aplicação ou material são as atividades que mais tomam tempo na produção moderna.

Como os fabricantes podem superar esses desafios e trabalhar com peças difíceis feitas de alumínio, aços sem liga e outros materiais? Nesses casos, a classe da pastilha deve ser selecionada principalmente por sua adequação à peça. Isto é um desafio porque muitas variáveis afetam o desempenho da pastilha da ferramenta de corte e encontrar uma única classe para acomodar diversas demandas das áreas P15 a P25 pode ser uma tarefa ingrata. P15 a P25 refere-se às demandas que as diferentes condições de trabalho impõem aos parâmetros de usinagem — dados de corte, acabamento superficial, profundidade de corte, superfícies usinadas ou ásperas, cortes contínuos ou interrompidos são afetados.
 
Há muitos pré-requisitos para qualquer classe que atenda tais especificações. Por exemplo, a resistência a quebras é essencial, assim como a aresta de corte capaz de processar a dureza necessária para resistir à deformação plástica induzida por temperaturas extremas presentes nas zonas de corte. Além disso, a cobertura da pastilha deve ser capaz de evitar o desgaste do flanco, a craterização e o acúmulo da aresta. Crucialmente, a cobertura também deve aderir ao substrato. Se a cobertura falhar à aderência, o substrato é exposto, o que pode causar falha rapidamente. 
 
Para evitar esses resultados, podemos dizer que a limitação contínua, o desgaste controlável e a eliminação das interrupções, o desgaste incontrolável frequente são as chaves para o sucesso. Em outras palavras, o desgaste previsível da ferramenta é o objetivo. Não que a previsibilidade total seja fácil de alcançar, é claro, especialmente considerando as tendências do mercado atual de usinagem sem supervisão ou com supervisão limitada.
 
Em todas as situações, o padrão de desgaste ideal para qualquer pastilha é o desgaste de flanco controlado porque ele resulta em vida previsível das arestas de corte. A classe ideal é aquela que limita o desenvolvimento de tipos de desgastes indesejáveis e, em algumas operações, evita que eles se desenvolvam.

Para maximizar o número de peças produzidas, é fundamental escolher a pastilha de metal duro certa — e também é por isso que a Sandvik Coromant lançará duas novas classes de metal duro para torneamento ISO P em sua gama, designadas GC4415 e GC4425, que se referem a P15 e P25 respectivamente. A GC4425 melhora a tenacidade e a resistência ao desgaste e ao calor, enquanto a classe GC4415 foi desenvolvida para complementar a GC4425 quando o for necessário o desempenho aprimorado e maior resistência ao calor. 

As duas classes são ideais para usar com aços baixa-liga e sem liga. Elas podem usinar um grande número de peças em uma configuração de produção em massa e em lote e ainda contribui para prolongar a vida útil da ferramenta, eliminando quebras repentinas e reduzindo o retrabalho e o sucateamento.

As classes GC4415 e GC4425 contêm a segunda geração de tecnologia Inveio®, orientação unidirecional dos cristais na camada de cobertura de alumina. O que torna a Inveio única pode ser percebido ao examinar o material no nível microscópico: a superfície do material é caracterizada por uma orientação unidirecional dos cristais. Todos os cristais na cobertura de alumina são alinhados na mesma direção, criando uma forte barreira na direção da zona de corte. A orientação dos cristais foi substancialmente melhorada na segunda geração da cobertura Inveio.

A Inveio fornece à pastilha uma alta resistência ao desgaste e vida útil mais longa da ferramenta. A vida útil mais longa da ferramenta favorece a redução do custo por peça. Adicionalmente, além de outros parâmetros de escolha, os engenheiros precisam considerar como a geometria de uma pastilha afeta o controle dos cavacos e o desempenho de usinagem. 

Melhor geometria 

A geometria se refere ao estilo da própria pastilha, que é desenhada de acordo com os tipos de usinagem: acabamento, desbaste médio e desbaste. Cada um tem suas próprias implicações em relação à velocidade de corte — sua própria área de trabalho com base na quebra de cavacos aceitável em relação à faixa de avanço e profundidade de corte. 

Para ajudar os clientes a escolher as melhores pastilhas e classes para torneamento para suas necessidades, a Sandvik Coromant possibilita fazer isso online com o CoroPlus® Tool Guide.

Em torneamento, os três principais parâmetros de corte (velocidade, avanço e profundidade de corte) têm um efeito significativo sobre a vida útil da ferramenta e, portanto, considera um aumento de 20% nos dados de corte pode reduzir o custo de uma peça em 10%. Um modelo desenvolvido no início do século XX pelo engenheiro mecânico americano, Frederick Winslow Taylor, estabeleceu a relação entre a velocidade de corte, o desgaste da ferramenta e a vida útil da ferramenta.

Taylor concluiu que utilizar a maior profundidade de corte possível reduz a quantidade de passes de corte necessários e, assim, reduz o tempo de usinagem. Porém, ele também recomendou que o torneamento de aço otimizado depende da estabilidade da fixação em que a ferramenta é montada, a fixação da peça e a aplicação de refrigeração e da potência da máquina-ferramenta. 

Abordagem holística

O modelo de Taylor mostra que o torneamento de aço otimizado vai além das classes e geometrias. Em vez disso, os fabricantes devem considerar todo o conceito da ferramenta. Tudo, desde a classe da pastilha, desenho da fixação e porta-ferramenta pode aumentar o resultado, reduzir custos e propiciar níveis mais altos de segurança do processo. 

Essa abordagem holística e alternativa foi colocada em teste por um cliente no segmento de engenharia geral, usando a pastilha de metal duro GC4425 da Sandvik Coromant para fabricar um eixo de trilho. A GC4425 foi desenvolvida para maior tenacidade e melhor resistência ao desgaste e ao calor. Além disso, ela tem a capacidade de usinar em dados de corte mais altos. A pastilha foi usada em um aço tratado por pré-aquecimento 4140 (PHT), um aço de liga cromo-molibdênio com uma dureza de 40 HRC (ou dureza Rockwell C). A classe é comumente usada tudo desde engrenagens e bombas até várias aplicações nos setores automotivo e de construção.

A peça de 4140 PHT foi submetida ao desbaste externo multidirecional. Para o teste, o desempenho da GC4425 foi comparado com a pastilha ISO do concorrente usada para o mesmo processo. Crucialmente, conseguimos aumentar a velocidade de corte (vc) e multiplicar a faixa de avanço (fn) — vc=183 m/min (600 pés/min) e fn=0,33 mm/rot. (0,013 pol./rot.) com a pastilha do concorrente versus 244 m/min (800 pés/min.) vc e 0,51 mm/rot. (0,020 pol./rot.) fn com GC4425.

No fim, a pastilha da Sandvik Coromant permitiu um aumento de 100% de produtividade com um tempo de ciclo reduzido em 50%. Em geral, o cliente alcançou uma redução de custo de 30%.

Esse resultado mostra que, ao considerar todo o conceito da ferramenta, os fabricantes podem conquistar uma produção mais lucrativa e um custo por peça mais baixo. Esta abordagem holística das classes e geometrias da pastilha e a economia geral da manufatura serão fundamentais para que os fabricantes permaneçam competitivos apesar do impacto contínuo do COVID-19.