pistão diesel com bucha de bronze

8/18/2019 pistão diesel com bucha de bronze

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CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

Melhoria do Processo de Usinagem do furo do pino de umPistão Automotivo

Marcelo Contrera Lopes


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Campinas

CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

Melhoria do Processo de Usinagem do furo do pino de umPistão Automotivo


Monografia apresentada à disciplina do Trabalho deConclusão de Curso, do Curso de Engenharia deProdução da Universidade São Francisco, sob a

orientação do Prof. Dr. Eduardo José Sartori, comoexigência parcial para conclusão do curso degraduação.

Orientador: Prof. Dr. Eduardo José Sartori


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Melhoria do Processo de Usinagem do furo do pino emum Pistão Automotivo


Monografia defendida e aprovada em 19 de novembro de 2010 pela BancaExaminadora assim constituída:

Prof. Dr. Eduardo José Sartori (Orientador)USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.

Prof. Ms/Dr. Osmar Roberto Bagnato (Membro Interno)

USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.

Prof. Ms/ Emilio Gruneberg Boog (Membro Interno)USF – Universidade São Francisco – Campinas – SP.


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Não tenhas medo do futuro, já que o tempo estánas mãos do Criador do céu da terra.

A lâmpada que você leva na mão pra iluminar ocaminho de alguém ilumina você mesmo e o seucaminho.

(Papa João XXIII)(Padre Luis Cechinato)


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.Agradecimentos

Agradeço primeiramente ao Professor Eduardo José Sartori, meu orientador,que acreditou em mim e incentivou-me para a conclusão deste trabalho, face

aos inúmeros percalços do trajeto.

Agradeço também ao Professor Emilio Gruneberg Boog, um companheiro depercurso e de discussões profícuas, dentro e fora do contexto deste trabalho,agraciando-me incontáveis vezes com sua paciência, conhecimento e amizade.

Após transpor vários obstáculos, sinto-me gratificado por mais esta conquista.Quero agradecer aos nossos instrutores pelos conhecimentos passados, aminha família, pela compreensão de tantas ausências, muitas vezes em horasde lazer. Agradeço a empresa pela confiança depositada, sabendo queapenas ultrapassei mais uma etapa em um constante processo de evolução.

Eu agradeço fraternalmente a todos.


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Sumário

Sumário ........................................................................................................................ 7

ABSTRACT ................................................................................................................. 9 1.0 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 10

1.1 OBJETIVOS ......................................................................................................... 12 1.2 JUSTIFICATIVA.................................................................................................. 13

1.3 Organização do trabalho .................................................................................... 13 2.0 MELHORIA DO PROCESSO DE USINAGEM DO FURO NO PINO DE UMPISTÃO AUTOMOTIVO ........................................................................................... 14

3.0 PROCESSO DE USINAGEM DO FURO DO PINO PISTÃO BUCHA ............... 17 4.0 PROCESSO ATUAL DE USINAGEM DE ACABAMENTO NO FURO DO PINO................................................................................................................................... 18

4.1 DESVANTAGENS DO PROCESSO ATUAL ...................................................... 19

5.0 PROCESSO PROPOSTO DE USINAGEM DO ACABAMENTO NO FURO DOPINO DO PISTÃO BUCHA ....................................................................................... 21 Eixo porta ferramenta utilizado no processo proposto: ................................................ 21 5.1 VANTAGENS DO PROCESSO PROPOSTO ...................................................... 22 6.0 CUSTO DA IMPLANTAÇÃO ............................................................................. 23 Figura 14: custo atual com ferramentas ....................................................................... 23

Figura 15: custo proposto com ferramentas ................................................................. 24 Figura 16: peças produzidas x custo com ferramentas ................................................. 24 6.3 PERDA COM PRODUTIVIDADE ....................................................................... 26

Figura 19: Quantidade de peças referente a set up das ferramentas .............................. 26 ECONOMIA ANUAL COM PRODUTIVIDADE ...................................................... 26

2.970 PEÇAS 91 % .............................................................................................. 26 7.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 27

8.0 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 28


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RESUMO

Esta monografia apresenta a melhoria do processo de usinagem do furo do pinoem um pistão automotivo, motor diesel, cliente Mercedes Benz, em um estudo realizadona empresa Malhe Metal Leve, localizada no estado de São Paulo, em Mogi Guaçu, na

célula de produção diesel. A análise dos dados consiste na usinagem de acabamento dofuro do pino, parte interna da bucha de bronze, fornecida pré-acabada (importada daAlemanha) e montada no pistão sobre pressão, através de resfriamento (nitrogêniolíquido) e prensagem. Nesta operação são usinados dois pistões por vez. A máquina quefaz essa operação é uma mandrilhadora modelo FB 82, que executa o acabamento emfuros paralelos, fôrmas e furos ovalizados. Os resultados obtidos através do presentetrabalho foram: melhoria na rugosidade média especificada, ganho com retrabalhos nas

buchas devido a vibração do material, ganho com tempo de troca de ferramenta,aumento na produtividade e maior estabilização do controle de medidas.

PALAVRAS-CHAVE: Pistão, Rugosidade Média, Troca de Ferramenta, Produtividadee Controle Dimensional.


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ABSTRACT

This monograph shows the theme the improvement of the plant factory processof the peg in the automobile piston, from the diesel motor, Mercedes Benz client. As forthe methodology, it’s about a study realized at Mahle Metal Leve industry, located in

Mogi Guaçu, SP, in the diesel production cell. The data analysis consists in the plant ofthe peg puncture finishing, the internal part of the bronze filler, provided pre finished(imported by Germany) and produced in the pressurized piston, through chilling (liquidnitrogen) and pressed. In this process is a machine model FB82 that makes. The parallel

puncture finishing, shapes and oval punctures. The analyzed study, brings benefits tothis production process of piston, such as the improvement in the medium puckeringspecified, earned with the reuses in the fillers because of the material vibration, earnedwith the change period of the tools, raising in the productivity and better stabilization ofthe gauger’s controls.

KEY WORDS: Piston, Medium Puckering, Tool Exchange, Productivity andDimensional Control.


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1.0 INTRODUÇÃO

A empresa Mahle Metal Leve S/A foi fundada em 1920, em Stuttgart,Alemanha, pelos irmãos Hermann e Ernst Mahle. A Mahle tem uma história marcada

pelo pioneirismo e pela perseverança. Os irmãos Mahle decidiram produzir pistões de

liga leve em série. Esses foram os primeiros pistões fabricados com liga leve, ainda nadécada de vinte. Devido a sua curta durabilidade, tinham o uso restrito aos carros decorrida. No entanto, esse problema é superado e a fábrica passa, logo nos primeiros doisanos de funcionamento, de 6 para 122 funcionários. Foi assim que, em 1922, a indústriaquímica Griesheim-Elektron passou a se interessar pela pequena fábrica. A partir dessa

parceria, surge novo nome para a empresa: Leichtmetallwerke GMBH.Passando por diversas crises que castigavam a economia da época, os empresários

pioneiros passaram a produzir pistões cada vez mais duráveis, silenciosos e eficientes.Conseguiram aperfeiçoar os processos de usinagem e desenvolver uma arrojadatecnologia de material de liga, cada vez mais leve e resistente.

Em 1923, são produzidos mais de 30.000 pistões e, em 1924, mais de 80.000.Atualmente, a produção diária é maior do que a produção anual daquela época. A partirde outubro de 1924, a empresa passa a se chamar Elektronmetall GMBH, assumindo,também, a comercialização das ligas especificadas em elétrons da empresa químicaGriesheim-Elektron. Em 1925, passa a ser a primeira empresa, na Alemanha, a assumira produção de filtros de óleo e ar.

Em 1930, Henry Ford visita a , ainda, pequena companhia que começava a criarreputação internacional; em 1931, patenteia-se o pistão com porta-anel; ainda em 1931,a empresa OPEL passa a utilizar pistões de liga leve; isto marcará o final de um ciclo de10 anos de passagem da utilização de pistões de ferro fundido, para os de liga leve.

No ano de 1949, o Sr. Ernest Mahle estabeleceu-se no Brasil ; a partir de 1951 a

empresa Mahle pôde fornecer know-how para o desenvolvimento da, então, empresaMetal Leve S/A; essa atividade foi encerrada em 1975. No ano de 1975, a Mahle adquire o controle acionário da empresa Cima

Componentes Automotivos S.A. e inicia a construção da fábrica de Mogi Guaçu S.P.Em 1981, é inaugurada a fábrica de pistões de Mogi Guaçu, dando origem à Mahle

Indústria e Comércio Ltda, no mesmo ano é inaugurada a planta da Metalúrgica MogiGuaçu Ltda – MMG.

No ano de 1996, a Mahle adquire o controle acionário da empresa Metal Leve S/AIndústria e Comércio; em 1997 há a aquisição, em conjunto com a Magneti Marelli, daempresa Cofap – Companhia Fabricadora de Peças (Divisão de Anéis).

No ano de 1998, a empresa Mahle realizou uma joint venture com a empresa

austríaca Miba Sinter Holding GmbH e passa a denominar-se Mahle Metal Leve MibaSinterizados Ltda. (Unidade Indaiatuba); no mesmo ano há a criação do novo CentroLogístico para o mercado de reposição, em Limeira (S.P.).

Neste ano a Metal Leve S/A Indústria e Comércio incorpora a Mahle Pistões Ltda.,transfere sua sede social para a cidade de Mogi Guaçu e passa a denominar-se MahleMetal Leve S/A.

Em 1999 é constituída a Mahle Cofap Anéis S/A. No ano de 2000 inicia-se ainstalação de uma fábrica de filtros na cidade de Mogi Guaçu (Mahle Sistemas deFiltração Ltda.), que é incorporada pela Mahle Metal Leve S/A, em 2002.

Em 2003, a Mahle MMG Ind. e Com. Ltda (antiga Metalúrgica Mogi Guaçu) éincorporada pela Mahle Metal Leve S/A e a empresa Mahle Cofap Anéis S/A passa a

denominar-se Mahle Componentes de Motores do Brasil Ltda.


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Nos anos de 2004 e 2005 as empresas que compõem o grupo Mahle continuam adedicar-se ao aprimoramento e desenvolvimento de materiais e processos para melhoriado nível de emissões, economia de combustível, diminuição de ruído e maiordurabilidade das peças nos motores.

Para a Mahle os clientes são tratados como parceiros e o principal objetivo dogrupo é criar as melhores soluções para atender às suas exigências.

Desde sua fundação, a empresa Mahle tem uma preocupação constante com a

qualidade de seus produtos e serviços e conta com um eficiente sistema de controle,implantado em todas as suas filiais, reconhecido pelas certificações ISO/TS 16949, ISO9001 e, em fase de implantação em todas a suas unidades brasileiras, a ISO 14001.

Atualmente, a empresa Mahle Metal Leve S/A possui três plantas na cidade deMogi Guaçu, Estado de São Paulo, totalizando uma área construída de 85.350,53m2,

possuindo em suas fileiras aproximadamente 4000 colaboradores.Suas unidades produtivas, no Brasil e ao redor do mundo, utilizam os mais

avançados equipamentos de fundição e técnicas de usinagem.O grupo Mahle, no Brasil, fabrica pistões, camisas, cilindros, bielas, buchas, anéis

de pistão, bronzinas e subsistemas, eixos de comando de válvula, filtros de combustível,entre outros. Esses produtos são fornecidos tanto para montadoras como para o mercado

de reposição (carros de passeio, caminhões e tratores).Seus colaboradores trabalham, juntamente com os clientes, no desenvolvimento de

componentes, para encontrarem soluções eficientes e adequadas às suas aplicações.Hoje, o principal acionista da Mahle GmbH é a Fundação Mahle, entidade de

utilidade pública que incentiva numerosos projetos na área da educação, do cultivo biológico e, principalmente, na área da saúde pública.


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1.1 OBJETIVOS

Esta monografia tem por finalidade demonstrar o aproveitamento do processoatual de usinagem para furo do pino da bucha de bronze, utilizando um porta ferramentacom apenas uma ferramenta, evitando o acúmulo de cavacos entre elas e demais

problemas relacionados à qualidade do produto, como: visual não conforme,interferências na rugosidade média especificada em normas da ISO 9000, problemascom controles dimensionais e rejeição das peças fabricadas, ocasionando interferênciano desempenho produtivo, devido a trocas excessivas de ferramentas.

Desta forma temos um processo que irá minimizar custos devido ao consumo deferramentas, com um investimento baixo de implantação, gerando maior produtividadee lucratividade para a empresa.


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1.2 JUSTIFICATIVA

Devido ao acúmulo de cavacos encontrados nos eixos porta ferramentas,observa-se que há problemas com a qualidade do acabamento no furo do pino,ocasionando deficiência na produção devido a paradas para efetuar o controle

dimensional da peça. Desta forma tem se altos custos com troca de ferramentas, perdade tempo para efetuar a troca de ferramenta, perda na produtividade, desvios darugosidade média especificada pela norma ISO 9000, retrabalhos indesejáveis ou atémesmo ocasionando perda da peça.

1.3 Organização do trabalho

Este trabalho está organizado na seguinte forma:

Capitulo 1: Descrição do produto

Capitulo 2: Rugosidade

Capitulo 3: Tipos de Ferramentas utilizadas

Capitulo 4: Processo de Usinagem do furo do pino pistão bucha

Capitulo 5: Processo atual de usinagem do acabamento no furo do pinoCapitulo 6:Desvantagens do processo atual

Capitulo 7: Processo proposto de usinagem do acabamento no furo do pino

Capitulo 8: Vantagens do processo atual

Capitulo 9: Custo da Implantação

Capitulo 10: Custo com Ferramentas

Capitulo 11: Economia anual com ferramentas

Capitulo 12: Perda com Produtividade

Capitulo 13: Economia anual com Produtividade.


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2.0 MELHORIA DO PROCESSO DE USINAGEM DO FURO NO

PINO DE UM PISTÃO AUTOMOTIVO

2.1 Descrição do produto: Pistão

O pistão é uma peça de forma cilíndrica, geralmente de liga de alumínio ou ferrofundido, fechada na parte superior e aberta na parte inferior (conforme figura 1),adaptando-se perfeitamente ao diâmetro do cilindro ou camisa do motor. O pistão tem afunção de transmitir, através de movimentos alternados, movimento para o virabrequimdo motor, por intermédio de pino e biela. O termo pistão é reconhecido pela AssociaçãoBrasileira de Normas Técnicas como “Êmbolo”, sendo constituído de cabeça, saia, furo

para pino e canaletas.

Figura 1: Pistão

Pistão: liga dealumínio com bucha de bronze


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2.2 Rugosidade

A rugosidade (erros microgeométricos) é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências (picos) e reentrâncias (vales) que caracterizam uma superfície.Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos eletrônicos, a exemplo dorugosímetro. A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento doscomponentes mecânicos, influenciando na qualidade de deslizamento; resistência ao

desgaste; possibilidade de ajuste do acoplamento forçado; resistência oferecida pelasuperfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes; qualidade de aderência que aestrutura oferece às camadas protetoras; resistência à corrosão e à fadiga; vedação;aparência.

È de suma importância que o pistão seja sujeito a uma medição periodicamentedurante o turno de trabalho, pois será averiguado se o mesmo se encontra dentro do queo cliente especificou. Além do inspetor verificar o RA médio (conforme figura 2),alguns pistões são conferidos o alinhamento do cubo, através do seu paralelismo ousuas geometrias em modelo de formas. Desta forma o grau de irregularidade darugosidade varia de acordo com algumas causas: imperfeições nos mecanismos dasmáquinas-ferramenta; vibrações no sistema peça-ferramenta; desgaste das ferramentas;

o próprio método de conformação da peça. No Brasil, os conceitos de rugosidadesuperficial são definidos pela norma ABNT NBR 6405-1985.

Figura 2: Rugosidade de um perfil


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2.3 Tipos de Ferramentas utilizadas

Ferramenta de diamante: É um carbono cristalizado formado no interior da terraem meio a altíssimas temperaturas e pressões, é o material mais duro que existe nanatureza, originário de vulcões, são encontrados em depósitos aluviais ou leitos de rios,tendo formas, tamanhos e cores variadas.

Diamante Lapidado: Diaform, Fliesen, Fortuna, Landis, Duromêtros (medidores

de dureza). É constituida em uma haste metálica (aço) e um diamante soldado em suaextremidade.Condição de trabalho:Profundidade: 0,032mm por passadaAvanço: 0,03mm a 0,15mm por voltaRefrigeração: abundante

PCD: para usinar materiais não ferrosos (conforme figura 3) tais como:alumínio, bronze, latão, plásticos, madeira, metal duro e outros mais, quando anecessidade é bom acabamento e rapidez.

Figura 3: Suporte ferramentas

PCD RAIO 2,5mmDiamante 8x8 mm

Raio 2,5 mm

Diamante8x8mmRaio 2,5 mm


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3.0 PROCESSO DE USINAGEM DO FURO DO PINO PISTÃO BUCHA

3.1 Operação: Acabamento do furo do pino

Consiste na usinagem de acabamento do furo do pino, parte interna da bucha de

bronze, fornecida pré-acabada (importada da Alemanha) e montada no pistão sobre pressão, através de resfriamento (nitrogênio líquido) e prensagem. Nesta operação sãousinados dois pistões por vez (conforme figura 4). A máquina que faz essa operação éuma mandrilhadora modelo FB 82, que executa o acabamento em furos paralelos,fôrmas e furos ovalizados. O avanço e retorno do carro são controlados por móduloCNC, que por sua vez, regula o Ra (rugosidade média) do furo do pino.

Figura 4: Pistão e bucha de bronze antes do processo.

A bucha de bronze é aplicada em pistões com pressão superficial no furo do pinode 70N/mm² até 80N/mm², acima deste valor usam-se pistões em aço. Para os pistões128L111A2, 128L118A2 e 128L120A2 a pressão é de 70N/mm². O processo adotado

pela MAHLE, para contração da bucha de bronze, devido à interferência necessária parafixar a bucha é:Ajuste: A interferência é de 103 a 130 milésimos a frio.Fornecedor: Wieland/Alemanha

Hidroveda/Brasil (em desenvolvimento)


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4.0 PROCESSO ATUAL DE USINAGEM DE ACABAMENTO NO FURO DO

PINO

No processo atual de usinagem, na bucha de bronze do furo do pino, são

utilizados dois eixos porta- ferramentas (conforme figura 5), com duas ferramentascada, sendo que em que cada eixo é usado um PCD (diamante poli cristalino) 8x8 mm eum diamante 8x8 mm, de raio 2,5 mm. As ferramentas usadas têm sua eficiência paraPCD de 20.000 peças e para o diamante, rendimento de 30.000 peças. No processo atualutilizam-se duas ferramentas, sendo que a ferramenta PCD realiza o desbaste e aferramenta de diamante executa o acabamento no furo do pino. Neste processo há oacúmulo de cavacos de bronze, em forma de fitas, entre as ferramentas de usinagem.

Figura 5: máquina efetuando a operação de acabamento do furodo pino.

Eixo portaferramenta

Acúmulo decavacos entre asferramentas


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5-Constantes variações no diâmetro do furo do pino.

Figura 8: Aparelho de medição do furo do pino.

Figura 9: Aparelho de medição do furo do pino, demonstrandovariações de medidas.

Aparelhomilipneumático

Espiga pneumática demedição


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5-Eliminação da variação do diâmetro do furo do pino.

Figura 13: Medidas Constantes no cubo.

6.0 CUSTO DA IMPLANTAÇÃO

Foi apenas o gasto homem/hora e o tempo de avaliação dos resultados, gerando um

investimento para a empresa de aproximadamente R$ 1.812,00.

6.1 CUSTO COM FERRAMENTAS

Figura 14: custo atual com ferramentas


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Figura 17: Quantidade Ferramentas Utilizadas

Figura 18: Quantidade horas com Troca de Ferramenta


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6.3 PERDA COM PRODUTIVIDADE

Figura 19: Quantidade de peças referente a set up das ferramentas

ECONOMIA ANUAL COM PRODUTIVIDADE

2.970 PEÇAS 91 %


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