A produção de alta quantidade de peças usinadas prismáticas para a indústria automotiva tem tomado muitos caminhos ao longo dos anos
Engenheiros de fabricação automotiva de hoje parecem favorecer sistemas flexíveis de fabricação (FMS) ou células, em contraste a linhas de transferência dedicadas. Normalmente, isso ocorre porque os modelos de veículos de hoje têm uma vida de produção mais curta do que os de antigamente, conforme OEMs evoluem constantemente com seus projetos para tentar aumentar a quota de mercado.
Para garantir que um FMS seja tão eficiente e produtivo quanto possível, o investimento em tecnologia de ponta no centro de usinagem CNC é um pré-requisito. Um caso em questão é relatado por Starrag Reino Unido, que diz ter fornecido outro centro de Heckert horizontal HEC 400D de usinagem para o mesmo fornecedor de primeira linha - a décima quarta máquina no local - para expandir uma célula de fabricação que produz uma gama de componentes de suspensão de aço e alumínio.
De acordo com Starrag, estes centros de usinagem de quatro eixos estão sendo utilizados em todo o setor automotivo - por OEMs e seus fornecedores de primeira linha - para a única configuração de usinagem de peças de trabalho, tais como caixas de câmbio, caixas de acoplamento e corpos de válvulas, e são eficazes quando usadap0oer=======================================s na configuração celular ou FMS.
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Tomando uma abordagem modular
Na fabricante de máquina alemã Heller, a escola de pensamento estende-se a modularidade de máquinas-ferramenta, especialmente para sistemas de produção de peças, tais como blocos de cilindros e cabeçotes, virabrequins e eixos de comando, componentes de transmissão e de chassis. Para ser capaz de cobrir tal ampla gama de aplicações de veículo, um pequeno motor de motocicleta de dois cilindros para um motor de máquina de construção V12, a Heller opta por sistemas de produção escaláveis.
Segundo a Associação Automotiva Alemã (VDA), 78.7m de veículos de passageiros foram produzidos em todo o mundo em 2015, 1,7% a mais que no ano anterior. Só na Alemanha, 5.7M veículos sairam da linha de produção - um aumento de quase 2%. Fabricantes de automóveis do país estão sendo impulsionadas por ciclos de inovação cada vez mais curtos e aumentando a diversidade de modelo e variante.
Manfred Maier, diretor administrativo e diretor de operações do Grupo Heller explica o que isso significa para os fabricantes de máquinas-ferramenta como fornecedores para os construtores de automóveis: "Para muitas empresas na indústria automotiva hoje, o máximo de flexibilidade vem antes da máxima produtividade - com o menor investimento possível. O tempo de execução entre a decisão de investimento e o início da produção também está se tornando cada vez mais importante. "
Este conceito é realizado com quatro módulos e cinco eixos que caracterizam carregamento direto, bem como máquinas com tamanho e processos que podem ser interligados em qualquer momento para criar uma plataforma de fabricação totalmente automatizada.
Maior complexidade, menos volume
Os desafios para a usinagem são lotes de tamanhos cada vez menores, componentes mais complexos e a integração de tecnologias inovadoras para alcançar operações de usinagem completas.
Para ajudar a superar estas, a Heller tem um departamento de 150 funcionários de Engenharia de Aplicação (AE) para processamento de todos os procedimentos relacionados ao processo e de engenharia mecânica para projetos de clientes.
"O segmento AE dedica 70-75% de sua capacidade de componentes que são necessários para motor e transmissão à base de motor de combustão", explica Werner Roth, gerente da área.
"Durante o curso da colaboração, não só se concentram em projetar os processos de tecnologia da máquina e de usinagem, mas também para prestar assistência e apoio para otimizar a parte de produção, especificamente no que diz respeito ao fluxo de material, design da peça de fixação, movimentação ideal entre o etapas de usinagem e da seleção de ferramentas otimizadas para processo. Dependendo das exigências, nós também oferecemos várias soluções de automação. "
Um exemplo específico do projeto é um sistema de produção para a fábrica da Fiat na cidade polonesa de Bielsko-Biala. Mais de 1.000 motores de dois cilindros saem da linha de produção aqui todos os dias. A solução é composta por três Heller MCI 25,1 centros de usinagem, 40 módulos de usinagem MC10 com carga direta, seis centros de usinagem MCH 250, um carregador automático, controle estatístico de processo, um transportador NOK para carregar e descarregar as peças defeituosas, bem como uma instalação de sistema automatizado de processamento entre as estações individuais.
"Para muitas empresas na indústria automotiva hoje, o máximo de flexibilidade vem antes da máxima produtividade" - Manfred Maier, Heller Group
Como a Fiat prefere ferro fundido em vez dos atuais motores de liga leve normalizados para o seu bloco do motor (por razões de força), a intrincada estrutura do componente apresenta um desafio. Além dos furos de cilindro, a peça é repleta de superfícies de flange, canais de refrigeração e buracos - tudo nos menores espaços. No entanto, cerca de 450.000 caixas de motor de dois cilindros são freadas a partir de ferro fundido G25 GH190B a cada ano em Bielsko-Biala com um tempo de ciclo de menos de 40 segundos cada.
"Fomos parceiros de desenvolvimento principais da Fiat para projetar a produção de seu motor TwinAir", enfatiza Roth. E quando fabricante de caminhões MAN estava à procura de um parceiro com experiência adequada no desenvolvimento de motores a diesel e usinagem de ferro fundido vermicular GGV, a Heller respondeu da mesma maneira (apesar da diferença de escala): quatro e cinco módulos de usinagem de eixos com carregamento direto, bem como para fins especiais e máquinas de processo.
The FMS at GW forms part of a recently opened £5m, 33,000 sq.ft, temperature-controlled machining facilityDimensionamento correto "soluções de usinagem"
"Nós não vamos desenvolver uma máquina própria para cada tarefa. Em vez disso, vamos fazer uso de um sistema modular", explica Roth. "Essa máquina deve ser projetada para produção em série, e deve ser adaptável às necessidades dos clientes. Em poucas palavras, falamos de "dimensionamento correto". Isto significa que o cliente recebe uma solução de produção que corresponde a sua aplicação específica."
Então, o que acontece quando a produção em série não é o mesmo volume normalmente associado aos contratos de automóveis? Bem, parece que a solução é bastante semelhante, como destacado na sede Grainger & Amp no Reino Unido; Worrall (GW), um fornecedor de peças de motor usinadas para os fabricantes de alto desempenho, incluindo Porsche, Aston Martin, Bugatti e McLaren.
Como parte de uma iniciativa para expandir ainda mais as suas capacidades de usinagem automotiva de pequenas séries, a GW instalou £1.5m em FMS.
Projetado especificamente para componentes automotivos de alto padrão, tais como estruturas de carroceria-em-branco e peças de motor e transmissão, centros de usinagem de cinco eixos FMS três Mazak Variaxis i-600. A GW diz que esta capacidade de produção aumentada permite tempos de resposta mais curtos e estoques mais baixos, que são necessários para os fabricantes de veículos de baixo volume.
O Variaxis i-600 é um centro de usinagem vertical de cinco eixos totalmente simultâneo que executa usinagem de superfície curva múltiplas e complexas em peças de pequeno e médio porte em configurações individuais. A máquina Mazak feita em um conceito, incorporando todos os processos de entrada de matéria-prima através de usinagem final em uma plataforma de máquina única.
A máquina também oferece altos níveis de produtividade através de 12.000 rpm, fusos de alta rigidez que são considerados como lidando com aplicações de serviço pesado de corte para usinagem de alta velocidade de alumínio e outros materiais não ferrosos. Um trocador de dois paletes opcional fornece a operação da máquina contínua e integração dentro de um sistema de produção Palletech para a fabricação automatizada, como é o caso na GW.
"O sistema de 20-paletes permite que dispositivos elétricos permaneçam definidos, de modo que alimenta os três centros de usinagem i-600 de cinco eixos que é eficiente e repetível", diz Edward Grainger, diretor da GW. "Esta solução oferece uma boa flexibilidade para atender às novas exigências, dando o controle total do processo, bons níveis de confiabilidade e alta precisão."
Os FMS em GW fazem parte de uma instalação de £5m de usinagem aberta recentemente. Uma unidade de usinagem de 33.000 pés quadrados, com temperatura controlada incluindo sete verticais, dois de cinco eixos e seis centros de usinagem horizontais. Pouco antes de sua abertura oficial, a Aston Martin confirmou a GW como seu parceiro preferencial para a produção de blocos de motor de alumínio e cabeças para o DB11.
Chiaro Macchine Speciali has recently installed a Haas VM-6Com base próxima a Turim, Itália, a empresa especialista em engenharia de propriedade privada, Chiaro Macchine Speciali, está bem localizada para atender fornecedores automotivos sistemistas, como Magneti Marelli e Webasto. Na verdade, 80% dos produtos da empresa de engenharia, sistemas de teste e ferramentas - utilizados em processos de fabricação e em linhas de produção - são fornecidos ao setor automotivo europeu e global. Andrea Beltramo e seu colega, Khalid Mahmood, são os engenheiros Chiaro responsáveis pelas máquinas-ferramentas Haas CNC da empresa, entre os quais está o recentemente instalado VM-6. "Nós compramos a máquina porque queríamos uma máquina grande, sólida para operações de fresamento", diz Mahmood.
"Além disso, é precisa e versátil. Nós não fazemos peças em grande número; a maioria dos sistemas de teste e máquinas que construímos são esporádicas, mas precisamos de versatilidade. Mesa da máquina, com o suas aberturas X e Y T, nos dá a capacidade de montar peças de diferentes tamanhos e formas de forma rápida e facilmente". "Nós fazemos todo o nosso planejamento e design no local", acrescenta Beltramo", por isso é importante - para a velocidade e controle de qualidade - com os quais podemos fazer nossas próprias peças, testá-las, e fazer mudanças de forma tão rápida e eficientemente quanto possível."
Um sistema de teste típico Chiaro poderia ser, por exemplo, um projetado para verificar escapamentos automotivos fabricados antes de serem montados em veículos na linha de produção. "Acabamos projetando e construindo uma máquina totalmente automatizada que permite que nossos clientes verifiquem o silenciador de um sistema de escape quanto a fugas", diz Beltramo. "Ele será localizado ao lado de uma linha de produção, de modo que tem de ser concebido para minimizar a possibilidade de erros estabelecido e, mais importante, tem de acomodar uma variedade de variações diferentes de modelo sem qualquer dificuldade ou atraso. "Antes do Haas VM-6 ter chegado, já tínhamos uma fresadora TM-2 Haas, que usamos para pequenas peças únicas", continua ele.
"Então, nós já sabíamos sobre o controle Haas, o que significava por isso fomos capazes de começar a trabalhar a nova máquina sem a necessidade de muita instrução adicional. Fizemos um curto teste, e foi isso!". "Estamos felizes com o VM-6", conclui Mahmood ", e eu sei que o proprietário da empresa está também. Ter a máquina é necessário para ser capaz de melhorar a nossa forma de fazer as peças no local. Ela fez uma diferença significativa. "
Open Mind rib machining at VWDesenvolvedor de software Open Mind Technologies CAM diz que trabalhou com planta Braunschweig da Volkswagen na Alemanha para desenvolver um novo ciclo de moagem para a programação de geometrias rib. Uma das funções da planta é a fabricação de moldes para cabeças de cilindro e chassi, moldes de para caixas de velocidades, caixas de acoplamento e caixas de direção, bem como moldes para injeção de pára-choques e painéis de instrumentos. As aletas de refrigeração de caixas de velocidades têm cavidades muito profundas que envolvem maior risco e são extremamente lentas em termos de programação e fresagem.
Com isto em mente, um grupo de gestão de conhecimento especializado composto por engenheiros de planejamento, programadores e operadores de máquina foi colocada em conjunto para otimizar a usinagem de componentes fundidos de matriz. Tipos de rib foram classificados e processos de programação correspondentes desenvolvidos. Nesta base, a abordagem da programação poderia ser padronizada e o banco de dados de ferramentas ajustados em conformidade. O grupo de gestão do conhecimento de fresagem rib desenvolveu uma peça de teste que contou com todos os graus de dificuldade conhecidos, tais como assentamento, cavidades profundas, reforço de cruzamentos, reforços radiais e os contornos de interferência.
Com base nessa especificação, Open Mind posteriormente desenvolveu um ciclo de costela de moagem, que introduz uma série de inovações para a sequência de usinagem, tais como: uma função integrada de desbaste/acabamento; usinagem integrada de ribs de largura; detecção de colisão automática do porta-ferramenta (tendo fresas cónicas em conta); e usinagem de fundo integrada. O fato de os parâmetros de penetração sempre terem vindo diretamente a partir do banco de dados de ferramenta, mesmo no caso de áreas separadas automaticamente, possui um destaque especial. No caso de componentes com um grau muito elevado de nervuras, a nova abordagem, possibilitou reduzir significativamente o tempo de processamento na máquina. Na verdade, o novo ciclo de fresagem rib corta o tempo de programação pela metade.
"Na sequência das reduções nos tempos de programação e usinagem, estamos também conseguindo uma maior confiabilidade do processo e desgaste da ferramenta consideravelmente reduzido", diz Wolfgang Sofftner, parceiro de contato para usinagem 3D em engenharia de ferramenta e componente na planta de Braunschweig da Volkswagen. "A abordagem envolve a inspeção de componentes de gestão do conhecimento e o desenvolvimento posterior de opções de usinagem padronizados, e é pioneira para futuros projetos."
