Estudo, desenvolvimento e validação de um sistema de descalçar parcial para a produção de luvas de látex

João Daniel Antunes Cascão dos Santos Estudo, desenvolvimento e validação de um sistema de descalçar parcial para a produção de luvas de látex Estudo, desenvolvimento e validação de um sistema de descalçar parcial para a produção de luvas de látex João Daniel Antunes Cascão dos Santos UMinho I 2021 julho de 2021 João Daniel Antunes Cascão dos Santos Estudo, desenvolvimento e validação de um sistema de descalçar parcial para a produção de luvas de látex Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Eurico Augusto Rodrigues de Seabra julho de 2021 ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Atribuição-CompartilhaIgual CC BY-SA https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ iii Agradecimentos À minha mãe, Maria Manuela Santos, ao meu pai, Manuel Santos, e à minha irmã, Eliana Santos, por todo o carinho e amor prestado durante toda a vida assim como o incondicional apoio dado durante a vida académica. À minha avó, Maria de Lourdes Silva, por todo o apoio e sábios conselhos que me foi dando ao longo da vida que tanto contribuíram para a minha formação pessoal. Ao orientador desta dissertação, o Professor Doutor Eurico Seabra, pela atenção, disponibilidade e dedicação demonstrada durante a realização deste trabalho, assim como no restante percurso académico. À empresa ESI-Engenharia Soluções e Inovação, Lda, um agradecimento especial pela oportunidade que me foi dada para integração no meio profissional assim como pela confiança e apoio prestados no decorrer do projeto que conduziu à realização desta dissertação. Aos grupos de amigos, Pah, Cabide de Caloiros e Princesas Crew, pelas histórias e vivências, com especial destaque para o Daniel Rodrigues, Filipe Azevedo, Hélder Laranjeira e Renato Costa. iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducentes à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. v Resumo O presente trabalho relaciona-se com a necessidade de projeto e edificação de uma nova unidade industrial com vista à produção de luvas de nitrilo descartáveis. Este tipo de atividade industrial é única na Europa e tem como objetivo combater a dependência nos mercados asiáticos que existe atualmente. A base do projeto centra-se na criação de uma linha de produção totalmente automatizada, assentando em ideias otimizadas para fazer face aos atuais processos produtivos, de forma a se obter qualidade a baixo custo. A unidade fabril em questão situar-se-á no norte de Portugal, mais especificamente em Vila Nova de Famalicão. Posto isto, o objetivo principal do trabalho está ligado à necessidade de estudar, desenvolver e validar um método que possibilite a retirada da luva dos moldes. O descalçar compreende todos os processos desde o primeiro contacto com a luva com vista à sua retirada, até à sua ordeira entrega a um transportador. Sendo tão complexo, pode ser dividido em duas sub-etapas: descalçar parcial e total. O descalçar parcial pode ser entendido como o descolar da luva do molde até à zona dos dedos ou a preparação para a retirada total do molde, sendo este o tema central deste trabalho. Numa primeira fase, fez-se um estudo de mercado em que se analisaram os métodos relacionados com o processo de produção de luvas de nitrilo, de forma a entender bem quais as implicações, vantagens e desvantagens de cada método, com especial atenção sobre o modo como era feito o processo de descalçar luvas. Este trabalho contempla uma abordagem à metodologia do projeto mecânico, bem como a temáticas de cariz mais prático que possibilitam a construção de equipamentos. A metodologia abordada segue o rumo normal de um projeto mecânico desde o estabelecimento de especificações, objetivos e funções até à criação de soluções e seleção das mesmas. Encontradas as soluções, passou-se à fase de projeto detalhado, culminando na construção dos protótipos com vista à sua implementação na linha piloto/laboratório nas instalações do cliente, de forma a se proceder à validação conceptual e funcional dos mesmos, assim como, em caso de sucesso, extrapolação dos parâmetros de laboratório para os equipamentos de linha. Esta validação é muito importante quer para a ESI, enquanto construtora dos equipamentos finais, pois permite demonstrar que tem as soluções perante o cliente e prever possíveis problemas futuros, quer para o cliente, pois necessita de ver e garantir que o integrador manuseia corretamente o seu produto, sendo aplicados os melhores procedimentos possíveis antes de arrancar com a unidade fabril. Palavras-Chave: Automatização; Descalçar; Luvas de Nitrilo; Pré-descalçar. vi Abstract The present work relates to the need of the design and building of a new industrial unit in order to produce disposable nitrile gloves. This type of industrial activity is unmatched in Europe and aims to combat the dependence on the Asian markets that currently exists. The foundation of the project focuses on the creation of a fully automated production line, based on optimised ideas to carry out the current processes, as a means to achieve quality at a low price. The manufacturing unit in question will be located in the North of Portugal, more specifically in Vila Nova de Famalicão. Therefore, the main goal of the work is connected to the need of studying, developing and validating a method that enables the removal of the gloves from the moulds. The stripping comprises all the processes from the first contact with the glove with the intention of removing it, until its orderly delivery to a carrier. Since it is so complex, it can be divided into two substeps: partial and total stripping. The partial stripping, which can be understood as the unsticking of the glove from the mould up to the area of the fingers or the preparation for the complete removal, is the main theme of this work. In the first stage, a market research was conducted in which the methods related to the process of production of nitrile gloves were analysed, in order to fully understand which are the implications, advantages and disadvantages of each method, paying particular attention to the way the process of stripping gloves was carried out. This work follows an approach to the methodology of the mechanical project, as well as to subjects of a more practical nature that enable the construction of equipment. The addressed methodology follows the natural course of a mechanical project from the establishment of specificities, goals and functions to the creation of solutions and their assessments. After finding the solutions, the detailed project phase began, culminating in the construction of prototypes with the purpose of their implementation on the pilot line/laboratory at the customer premises, aiming to proceed to the conceptual and functional validation of these, as well as, in the event of a successful outcome, the extrapolation of the laboratory parameters for the line equipment. This validation is very important for ESI, as the builder of the final equipment, because it allows it to demonstrate that it has the solutions towards the client and predicts possible future problems, as well as for the client, because it needs to see and guarantee that the integrator handles the product correctly, applying the best possible procedures before starting the manufacturing unit. Keywords: Automatization; Nitrile gloves; Pre-Stripping; Stripping. vii ÍNDICE Agradecimentos .................................................................................................................................. iii Resumo ............................................................................................................................................... v Abstract .............................................................................................................................................. vi Lista de Figuras ................................................................................................................................... x Lista de Tabelas ................................................................................................................................ xii 1. Introdução .................................................................................................................................. 1 1.1 Enquadramento Industrial ......................................................................................................... 1 1.1.1 ESI, Lda. ........................................................................................................................... 1 1.1.2 Cliente ............................................................................................................................... 2 1.2 Definição do problema .............................................................................................................. 3 1.3 Objetivos do trabalho ................................................................................................................ 4 1.4 Contribuição do trabalho e motivação ....................................................................................... 5 1.5 Organização da dissertação ...................................................................................................... 6 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E ESTADO DE ARTE .......................................................................................... 8 2.1 Execução de um projeto mecânico....................................................................................... 8 2.1.1 Projeto concetual ............................................................................................................... 8 2.1.2 Projeto de realização........................................................................................................ 10 2.1.3 Projeto detalhado ............................................................................................................. 12 2.2 Indústria 4.0 ........................................................................................................................... 13 2.2.1 O que é a Indústria 4.0? .................................................................................................. 14 2.3 Fabricação de luvas ........................................................................................................... 16 2.3.1 Introdução à luva ............................................................................................................. 16 2.3.2 Apresentação do projeto .................................................................................................. 20 2.3.3 Laboratório de testes ....................................................................................................... 21 2.4 Estudo de mercado................................................................................................................. 23 2 departamentos tem permitido que o trabalho da ESI se destaque por uma grande diversidade de sectores desde a indústria alimentar, médica, de polímeros, cerâmica, metalomecânica, construção, automóvel, entre outras. Atualmente a ESI faz parte do Grupo ESI, da qual fazem também parte as empresas IS (Industrial Solutions), Behind e DEI vocacionadas também para a engenharia e a procura de soluções otimizadas. Foi a ESI quem sugeriu este trabalho como tema de dissertação e foi através dela que todo o trabalho foi executado. Figura 1-Pavilhões do Grupo ESI 1.1.2 Cliente O cliente é uma empresa de capital privado, sediada em Vila Nova de Famalicão, que comercializa artigos descartáveis que se destacam no mercado pela sua elevada qualidade dos produtos e confiança que transmite aos consumidores. Estes produtos vão desde luvas, batas, máscaras, toucas até kits completos de exames pelo que são artigos principalmente usados na área da saúde e estética, podendo ser usados na indústria em geral. Esta empresa já possui alguns anos de experiência na comercialização deste tipo de produtos pelo que como atualmente tem as vias comerciais e a marca bem sedimentadas no mercado, sente que está na altura de dar um novo passo e começar a produzir parte do seu inventário, mais propriamente luvas de látex. 3 1.2 Definição do problema Com a crescente evolução a todos os níveis das áreas ligadas à saúde, estética, ao setor alimentar e até se pode falar mesmo da indústria em geral, cada vez é maior a exigência aos produtos que são usados nestes setores. Essa exigência quer a nível de qualidade como a nível de segurança faz-nos entrar no domínio dos produtos descartáveis. Os produtos descartáveis estão presentes no dia a dia de qualquer sociedade e são uma força impulsionadora da economia de um país, na medida em que são produtos a completar o seu ciclo de vida a um ritmo alucinante e a fazer da sua produção uma demanda sem fim. Estes produtos são interpretados por todos como trazendo vantagens e desvantagens. Como principal desvantagem temos uma maior geração de resíduos, resíduos estes que se não forem devidamente tratados e reciclados pelos consumidores trazem graves problemas ao ambiente. As vantagens passam pela garantia de máxima qualidade no momento da utilização, uma vez que o produto foi especialmente projetado para ser usado apenas aquela vez mantendo intactas as suas propriedades até à utilização. Temos também a garantia de higiene do produto, para aquela utilização, dada pelo fabricante. Estes produtos têm normalmente um baixo custo, dando ao cliente uma sensação de despreocupação com o produto no momento da utilização, o que não aconteceria se se tratasse de um artigo reutilizável. Posto isto, o cliente viu na fabricação de luvas de látex uma oportunidade de negócio rentável, um processo completar à atividade atual da empresa e a oportunidade de entrar numa estratégia comercial ímpar a nível nacional e europeu. Para isso a estratégia passa por conseguir criar algo que possa competir diretamente com os produtos fabricados na ásia de maneira a superar os atuais artigos quer em qualidade quer em preço. Posto isto, o conceito mais lógico compreende a criação de um método de fabricação de alta cadência de produção e baixa intervenção humana no processo, ou seja, um conceito em que toda a ação humana é dirigida para os departamentos de gestão, qualidade, química e manutenção, estando a linha a produzir com a intervenção quase nula de operadores. Esta noção leva a que seja necessário repensar todas as etapas atualmente utilizadas por este tipo de fábricas, de modo a automatizá-las ao extremo. O principal elemento diferenciador desta linha para outras com a mesma finalidade é a utilização de um método de produção em gabari. Este gabari consiste numa estrutura metálica com 250 moldes de luvas acoplados, este sistema destaca-se do encadeamento de moldes em série, Figura 2, que é o tipo de funcionamento utilizado atualmente por todas as fábricas da especialidade, uma vez que permite uma maior rentabilização do layout da fábrica e diminuição de tempos de ciclo. 4 Figura 2-Linha de produção asiática utilizando o sistema de encadeamento de moldes em série (Top Glove, 2020) O encadeamento dos moldes em série carateriza-se pela existência de uma corrente de dimensões colossais que passa por todas as etapas do processo e à qual todos os moldes estão presos. À medida que esta corrente se movimenta os moldes vão passando de uma etapa para a seguinte. Com um modo de produção inovador, necessita-se obrigatoriamente, de projetar equipamento específico tanto para o transporte dos gabaris como para a realização de algumas etapas específicas. A maioria dos movimentos de manuseamento dos gabaris, tais como trocas de linhas, colocação em etapas críticas e movimentos específicos necessários para completar tarefas de natureza química do processo produtivo serão realizados por mais de 30 robôs espalhados por toda a linha. Uma abordagem com maior detalhe à luva e ao projeto será feito no subcapítulo 2.3. 1.3 Objetivos do trabalho Com a realização deste ambicioso projeto o cliente pretende ser a referência a nível mundial na produção de luvas de látex, para isso terá de apostar no aumento da qualidade do produto, assim como na diminuição do tempo de produção e custos. Para tornar este conceito uma realidade o cliente contratou a ESI, Lda que com a sua vasta experiência na resolução de projetos mecânicos à medida ficou responsável por estruturar toda a fábrica desde o layout, até ao tipo de máquinas que esta iria conter. Das várias etapas ligadas à fabricação de luvas de látex destacam-se duas pela sua complexidade e importância na qualidade do produto, o beading e o descalçar da luva. 5 O beading consiste no enrolamento dado à gola da luva, após o seu mergulho em látex, de forma a delimitar com clareza a extremidade da luva por onde o usuário vai inserir a mão e dar mais resistência a essa zona. O descalçar, sendo um processo que ocorre no final de todo o processo químico, é o processo mais complexo e importante de toda a unidade produtiva e compreende todos as etapas que vão desde o retirar a luva do molde, a respetiva manipulação e entrega de forma ordenada da luva a um transportador e embalamento em etapas subsequentes. O trabalho em que esta dissertação se insere tem como objetivo criar um conceito de raiz que permita fazer o descalçar da luva em gabari, assim como fazer o seu projeto mecânico e validá-lo sabendo de antemão que existem limitações em termos de espaço, definidas pelo gabari e pelo layout da fábrica e tempos de ciclo muito exigentes. Neste documento será abordado todo este processo de descalçar da luva, com especial ênfase, em termos técnicos, às primeiras etapas da abordagem feita à luva com vista à passagem da zona do beading para a parte do inferior do molde, ficando a luva presa ao molde apenas pelos dedos. A isto é chamamos descalçar parcial, Figura 3. Figura 3-Luvas descalçadas parcialmente (Top Glove, 2020) 1.4 Contribuição do trabalho e motivação O desenvolvimento deste trabalho teve por base o envolvimento de uma equipa multidisciplinar e empenhada com vista à procura das soluções mais inovadores e eficazes para a resolução dos problemas. O trabalho envolveu várias fases. Inicialmente houve uma procura incessante pelo método mais vantajoso para realizar a etapa do descalçar, nesta altura foram postas em cima da mesa e discutidas as várias alternativas e dificuldades juntamente com o cliente até se chegar à solução final. Depois partiu-se para a fase de projeto e construção mecânica, em que o envolvimento foi total. Na parte de automação do equipamento o envolvimento foi parcial na medida em que se participou na definição 6 da sequência de funcionamento, na escolha da motorização e como deveria ser implementada a sensorização, porém a parte de programação foi deixada a cargo de uma entidade externa. Por último, participou-se nos testes que foram feitos ao equipamento nas instalações do cliente. A presença foi importante com vista a auxiliar o cliente na operação do mesmo, para se efetuar a correção e melhoramento de algumas falhas ou pequenos pormenores menos bons do equipamento e para se encontrarem os melhores parâmetros do equipamento no manuseamento do produto. O trabalho principal de I&D, projeto e construção mecânica foi feito em parceria com outro colega, também ele finalista do curso de engenharia mecânica da Universidade do Minho. 1.5 Organização da dissertação A presente dissertação que tem como objetivo a execução do estudo, desenvolvimento e validação de um equipamento que permitisse executar o descalçar parcial de luvas utilizado o método de fabricação em gabari. Com o objetivo de clarificar o método utilizado até chegar à solução final dividiu-se o trabalho em 6 capítulos. O capítulo 1 é dedicado à introdução ao tema. Nele é apresentado o enquadramento industrial do projeto, com uma breve descrição das empresas envolvidas é definida a situação em que ele se enquadra e são demonstrados os objetivos inicialmente impostos. É também dado a conhecer o papel do aluno no projeto. O capítulo 2 é dedicado à realização de uma revisão bibliográfica e estado de arte em que são apresentados alguns temas de especial relevância, tais como a introdução e descrição do que é a indústria 4.0., os métodos para a realização de um projeto mecânico, é descrito o modo de fabricação de fabricação de luvas de látex, compreendendo todas as etapas envolvidas, é também feito um estudo de mercado com o objetivo de conhecer quais as praticas habitualmente utilizadas para realizar o descalçar de uma luva. No capítulo 3 é realizada uma análise ao problema utilizando os métodos da teoria do projeto mecânico. Começa-se por descrever quais os principais objetivos do projeto, quais as funções a que o equipamento deve atender e as principais especificações do projeto que influenciam o modo como o equipamento deve ser concebido. 7 No capítulo 4 é apresentada a fase de projeto mecânico. É exposto o raciocínio que levou à criação da solução final e descrita a sequência de funcionamento que o equipamento deve terá com vista a cumprir a sua função. Neste capítulo são também demonstradas as principais tecnologias de fabricação de componentes mecânicos. O capítulo 5 é dedicado á automação e segurança. Nele são apresentados os projetos pneumático e elétrico com descrição detalhada dos componentes utilizados. É feita também uma abordagem às normas atualmente em vigor relativas à segurança e saúde na construção de equipamentos (diretiva máquina). No capítulo 6 é feita uma abordagem ao espaço temporal pós conceção do equipamento. Nesta fase são realizados os testes ao equipamento em ambiente laboratorial, são feitas validações aos componentes e métodos e são aplicadas melhorias ao projeto inicial. Por último, no capítulo 7 são apresentadas as conclusões e considerações finais. 8 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E ESTADO DE ARTE Neste capítulo é feita uma abordagem aos principais conceitos relacionados com o trabalho. Começa-se por abordar o modo de fazer projeto mecânico e as principais fases que este atravessa. Depois explicase em que consiste o tipo de indústria adotado pelo cliente, a indústria 4.0. É feita também uma apresentação do projeto, em que é introduzido o material a produzir e as condicionantes do projeto. Por último é apresentado o estudo de mercado relativo à produção de luvas de látex. 2.1 Execução de um projeto mecânico A conceção de um projeto mecânico é algo muito abrangente e um processo dotado de uma certa complexidade, quando se realiza este tipo de projeto com todas as suas vertentes parte-se do princípio de que o projetista é alguém com conhecimentos e experiência em diversas áreas, áreas estas não só ligadas diretamente a mecânica. Para a realização de um projeto bem estruturado normalmente passamos por três fases: projeto concetual, projeto preliminar ou de realização e o projeto detalhado. 2.1.1 Projeto concetual O projeto concetual também pode ser entendido como a parte teórica da realização de um projeto. É uma fase que vai desde a criação de várias soluções até à escolha do conceito que melhor se enquadra com a situação. Existem vários métodos para guiar o projetista ao longo do percurso, no entanto, podese fazer a divisão em dois métodos principais, denominados descritivos e prescritivos. Os métodos prescritivos tentam aprofundar mais as atividades que constituem o projeto, enquanto os métodos descritivos apenas descrevem a sequência de atividades que normalmente constituem um projeto. Os modelos descritivos baseiam-se no diagrama da Figura 4, nestes métodos parte-se da existência de uma solução inicial, solução esta que é posteriormente analisada, avaliada e refinada. Contudo a chegada à fase de comunicação da solução pode não ser direta desde o momento em que se avalia a primeira solução, normalmente haverá um retorno iterativo entre as fases de conceção de soluções e avaliação das mesmas com novas soluções envolvidas até se chegar à fase de comunicação da solução final (Pahl, Beitz, Feldhusen, & Grote, 2008). 9 Figura 4-Fluxograma do modelo descritivo (Pahl, Beitz, Feldhusen & Grote, 2008) Os métodos prescritivos assentam num procedimento mais sistemático em que recorrerem normalmente a métodos analíticos antes da geração da primeira solução de forma a não deixar de parte nenhum aspeto importante. Estes modelos são normalmente divididos em 3 etapas principais: análise, síntese e avaliação. A análise é a fase primordial onde são recolhidos todos os requisitos necessários e onde são definidas as especificações que o projeto deverá cumprir. A síntese é a fase onde essas especificações são tidas em conta e traduzidas em soluções. A avaliação é a fase onde as várias soluções alternativas são analisadas com vista ao cumprimento das funções finais do produto antes deste ser apresentado. (Pahl, Beitz, Feldhusen, & Grote, 2008) Metodologia do projeto A metodologia do projeto pode ser entendida como ferramentas ou técnicas que estão à disposição do projetista, podendo ser usadas individualmente ou combinadas para se concretizar um projeto (Pahl, Beitz, Feldhusen & Grote, 2008). Estes métodos são normalmente divididos na categoria de métodos criativos ou métodos racionais. Os métodos criativos são métodos normalmente usados para gerar ideias, tem como finalidade estimular o pensamento, são exemplo deste método o Brainstorming e a TRIZ (Teoria para a resolução de problema inventivos). Os métodos racionais abordam esta temática de uma forma mais sistemática. Estes métodos são variados e abordam a execução do projeto desde a fase de entendimento do problema até à concretização da solução (Pahl, Beitz, Feldhusen & Grote, 2008). De uma forma genérica e tendo em conta o normal desenrolar de um projeto e a sua ordem de progressão os métodos mais comumente utilizados são os seguintes: Exploração Conceção Avaliação Comunicação 10 -Método da árvore de objetivos; -Método da análise de funções; -Método da especificação de desempenho; -Método dos mapas morfológicos; -Método da engenharia de valor. O método da árvore de objetivos serve para numa fase preliminar se estabelecer e clarificar quais os objetivos primordiais do projeto. A análise de funções serve para se estabelecer as funções do produto. O método das especificações de desempenho ajuda a definir concretamente o que o produto final tem de cumprir, quais as especificações. O método dos mapas morfológicos ajuda a criar várias soluções alternativas que vão de encontro ao que aos objetivos, funções e especificações definidas anteriormente. O método da engenharia de valor é utilizado, aquando da definição mais ou menos clara da solução final, para aperfeiçoamento de detalhes. 2.1.2 Projeto de realização A fase que se sucede à realização do projeto concetual é chamada de projeto de realização ou preliminar. A fase anterior terminou com o esclarecimento de qual seria a melhor solução a implementar, nesta fase iremos saber como a implementar. É nesta fase que decisões como quais os materiais a utilizar, os tamanhos, o espaço a usar, entre outras, são tomadas. O projeto preliminar assenta em três tarefas de especial relevância: arquitetura do produto, projeto de configuração de peças e projeto paramétrico (Dieter & Schmidt, 2009). A arquitetura do produto é a etapa em que são tomadas decisões quanto ao modo organizacional dos componentes físicos do projeto. Nela o sistema é dividido em módulos, que quando combinados tornam o sistema funcional (Dieter & Schmidt, 2009). O projeto de configuração de peças é a altura em que são definidas as geometrias e como é com é que elas vão contactar com outras de forma a tornar o sistema funcional. Tarefas como modelação e simulação são feitas nesta fase, no entanto são realizadas de uma forma aproximada e não definitiva. 11 Esta fase contempla ainda a definição de processos de materiais e processos de fabrico. É nesta fase que normalmente se recorre a protótipos para a validação concetual (Dieter & Schmidt, 2009). O projeto paramétrico sucede ao projeto de configuração de peças e componentes e é nele que são definidas as dimensões e tolerâncias que a peça deve respeitar. Nesta fase não devem ser considerados aspetos que limitem no que toca ao projeto para manufatura ou projeto de montagem. Para se obter projetos com qualidade robustos e com baixo custo-benefício devem-se respeitar determinados guias generalizados (Dieter & Schmidt, 2009). Projeto para manufatura (Guias DFM) Os 7 pontos que se seguem, são os principais que devem ser respeitados com vista a auxiliar o projetista no desenho de qualquer equipamento (Dieter & Schmidt, 2009): • Criar geometrias simples; • Estabelecer dimensões standard ; • Usar componentes standard ; • Usar componentes semelhantes no mesmo equipamento; • Minimizar o número de componentes; • Evitar toleranciamentos apertados; • Minimizar o número de operações secundárias e de acabamento. Projeto para montagem (Guias DFA) De uma forma geral a montagem de peças ou componentes num equipamento está dividida em duas operações principais: • Manuseamento do componente (vai desde pegar na peça até a orientar e posição no equipamento); • Inserção do componente (é o momento em que a peça fica a fazer parte do equipamento, através da sua fixação). O custo de uma montagem prende-se pela complexidade de montagem do componente e pela quantidade de componentes a montar. O procedimento a ter em conta no projeto para a montagem pode ser dividido em três categorias de orientações diferentes: 18 O calçar e descalçar da luva é das ações de maior importância para o conforto no uso do produto para isso desenvolveram-se técnicas que auxiliam neste momento. Muitas vezes são descritos os termos luvas sem pó e luvas com pó na embalagem do produto. Estes termos estão-se a referir ao pó existente no interior da luva de forma a diminuir a aderência da luva para com a mão com vista a facilitar o ato de calçar e descalçar. Este pó normalmente é amido de milho e é suscetível de causar reações alérgicas em algumas pessoas. O que se faz normalmente é aplicar um revestimento sintético de polímeros com muito menor tendência a causar alergias e que empregam na luva a mesma capacidade para serem calçadas e descalçadas, daí vem o termo luvas sem pó . As luvas a serem produzidas pelo cliente serão, inicialmente, em nitrilo e sem pó, de forma a beneficiar a maior parte dos consumidores. Ao longo deste documento as luvas serão referidas como sendo de látex e não de nitrilo. Essa designação acontece, pois, o látex foi o material inicialmente previsto para ser aplicado no projeto, o nome látex foi atribuído à etapa de geração da luva e continua a ser usado por todos os profissionais envolvidos no projeto quando se querem referir à luva. Os tamanhos que as luvas deveriam ter foram cuidadosamente estudados por parte do cliente. Desse estudo concluiu-se que seriam necessários cinco tamanhos diferentes para irem ao encontro das necessidades de praticamente todos os consumidores e apresentarem no mercado um produto com a mesma oferta que os concorrentes diretos. Esses tamanhos estão presentes em moldes que vão desde XS, S, M, L até ao XL, sendo a maior parte da produção cerca de 50% de luvas M e os restantes tamanhos divididos em partes iguais. Algumas propriedades típicas do Nitrilo são apresentadas na Tabela 2. Tabela 2-Propriedades do látex sintético (NBR) (Barlow, 1988) Caraterística Valor da grandeza Temperatura mínima de exposição (Cº) -30 Temperatura máxima de exposição (Cº) 125 Tensão de rotura (MPa) 7 - 21 Dureza (Shore A) 30 - 90 Alongamento aquando da rotura (%) 600 Densidade (g/cm3) 0.96 – 1.01 Deformação residual (%) 10 - 20 Impermeabilidade a gases e líquidos Boa 19 As luvas de nitrilo são um produto de proteção individual e como tal têm de cumprir um conjunto de normas, apresentadas na Tabela 3, que visam garantir a qualidade do produto e a segurança do utilizador. Estas normas são definidas pela Diretiva 89/686/CEE. Tabela 3-Normas de segurança aplicadas às luvas de proteção individual (Comissão Europeia, 1989) Norma Caraterização da norma EN 374 Proteção contra químicos EN 374-2 Resistência à penetração EN 374-3 Permeabilidade EN 374-4 Resistência à degradação EN 388 Proteção contra riscos mecânicos EN 420 Requisitos gerais do produto e métodos de ensaio EN 421 Proteção contra riscos físicos EN 1149 Proteção contra riscos eletrostáticos 20 2.3.2 Apresentação do projeto Ao ambicioso projeto de produzir luvas de látex com a melhor qualidade do mercado, em tempo recorde e com condições que permitam a competir com a indústria asiática foi dado o nome de projeto látex. O nome látex vem de uma caraterística importante e óbvia do projeto, o facto do material principal utilizado para a criação do produto ser o látex. Desde a entrada da ESI no projeto, o prazo total compreendendo as fases desde a idealização do conceito até à implementação da fábrica é de cerca de um ano. Existem determinados pressupostos que estão presentes desde o início e que definem o projeto sendo importantes de se conhecer para uma melhor compreensão: • O gabari (estrutura de suporte dos moldes) a circular em linha terá 325 moldes de um determinado tamanho, distribuídos em posições fixas numa matriz que compreende 13 colunas e 25 linhas com um espaçamento de 240 mm entre colunas e 130 mm entre linhas; • Existem 5 tamanhos diferentes de moldes, XS, S, M, L e XL; • O gabari XL será uma exceção aos 325, devido ao peso, contando só com 169 moldes distribuídos por 13 colunas e 13 linhas; • O movimento de avanço assim como o de descida para mergulho nas tinas será feito por pórticos de transporte específicos chamados ML e MS, movimento linear e movimento de subida respetivamente; • O tempo de ciclo previsto em cada etapa é 15 s, ou seja, de 15 em 15 s o gabari tem de fazer o mergulho respeitante à etapa assim como o movimento para o pórtico seguinte; • A linha deve funcionar de forma totalmente automática e sincronizada necessitando apenas de intervenção humana para alterações no processo ou correção de erros; • Não pode existir nenhum meio físico agregado ao processo que possa comprometer de alguma forma a qualidade da luva. Tanto o ML, como o MS, têm movimento linear para passagem de gabaris entre pórticos. O MS tem por acréscimo a possibilidade de fazer subir e descer o gabari para que se realizem os mergulhos nas tinas. Estes pórticos foram construídos para garantirem uma velocidade linear do gabari de 1000 mm/s. O movimento linear é realizado por duas telas, uma de cada lado do gabari, com motorização independente, mas sincronizada. O movimento vertical é feito com recurso a quatro fusos que atuam nos quatro cantos dos pórticos, no início e fim de cada tela. 21 2.3.3 Laboratório de testes Para a realização de testes foi montado um laboratório, nas instalações do cliente, que serve como uma representação à escala, da linha real. Nele são realizados vários tipos de testes, desde químicos a mecânicos e eletrónicos até se chegar às receitas e materiais a aplicar na unidade fabril. No início eram realizados testes de forma a se determinar, os movimentos necessários e tempos de ciclo em cada estado do processo, numa fase posterior serviu para validação dos elementos químicos envolvidos no processo produtivo e por fim serviu para fazer a validação dos mecanismos e componentes presentes nos protótipos, construídos especificamente em escala reduzida para o laboratório. Protótipos estes dos equipamentos que realizariam as etapas críticas do processo produtivo ( Beading e Descalçar). Esta dissertação trata, como já foi dito, do estudo, desenvolvimento e validação de um destes protótipos, o que abrange as tarefas do descalçar da luva. O laboratório é composto tinas, contendo os produtos químicos necessários à produção e 2 fornos a diferentes temperaturas, todos dispostos em círculo. Inclui ainda no interior do círculo três máquinas PréBeading /Pré-Descalçar, Beading e Descalçar. A estrutura que suporta os moldes, mantendo-os corretamente espaçados chamamos gabari, a ligação entre o gabari e o robô é feita por intermédio de um gripper (ferramenta controlada pelo robô que faz a união entre a flange do robô e o gabari, esta ferramenta possibilita que o robô pegue e largue o gabari quando é necessário). O gabari que anda em linha é um gabari com nove moldes todos do mesmo tamanho, o tamanho da luva a produzir é definido pela inserção manual do gabari com os moldes do tamanho escolhido no gripper do robô. A manipulação deste gabari é toda feita pelo robô, este robô tem a capacidade de pegar no gabari fazer a sua inserção em cada uma das tinas, fornos, equipamentos protótipos e fazer os movimentos necessários à uniformização dos químicos. A descrição completa das etapas do processo produtivo, assim como a constituição dos químicos presentes em cada tina é segredo do cliente, no entanto, de uma forma breve a produção genérica de luvas contempla: • Lavagem dos moldes com aquecimento dos mesmos; • Inserção dos moldes em coagulante, químicos que promovem a adesão do nitrilo ao molde assim como facilitam a retirada da luva de forma uniforme do mesmo; • Tempo de forno para cura do coagulante; • Mergulho dos moldes em nitrilo; • Tempo de forno para a primeira cura do nitrilo; 22 • Introdução dos moldes no polímero, para melhor as propriedades de nitrilo em ser calçado e descalçado; • Etapas de prébeading e beading (o prébeading é uma etapa para facilitar a execução do beading , o beading poderia ser feito sozinho, no entanto a uniformização do enrolamento em todo o perímetro do molde não seria conseguida com sucesso); • Terceiro tempo de forno para a cura do nitrilo (já com beading ); • Quarto tempo de forno para a cura do nitrilo (a uma diferente temperatura do anterior); • Descalçar da luva; • Recomeço do ciclo. 23 2.4 Estudo de mercado Antes da execução de qualquer projeto para haver um conhecimento de como o mercado aborda problemáticas parecidas é sempre importante realizar um estudo de mercado. Neste caso e sendo o método de produção totalmente inovador no mercado não existe um método, ou um conceito geral já definido de como fazer o descalçar de luvas de um molde quando estes se encontram agrupados utilizando um gabari, nem que permita as cadências impostas pelo projeto. O que existe são métodos já utilizados pelos fabricantes asiáticos, uns com técnicas mais rudimentares que outros, mas que ajudam a dar uma ideia de como e por onde se deve manipular a luva. Pela análise de vídeos e equipamentos parecidos podemos logo identificar duas fases principais envolvidas no descalçar, neste documento a essas duas fases damos o nome de descalçar parcial e descalçar total. O descalçar parcial trata-se da parte mais complexa do descalçar e é a primeira abordagem à luva com vista a retirá-la do molde. O objetivo nesta fase é descolar a luva do molde, na zona da gola ( beading ) de modo a inserir algo no seu interior, atuando na mesma direção em que se dispõem os dedos do molde e “puxá-la” no sentido descendente em relação ao molde. O objetivo é que quando esta etapa terminar a luva fique presa apenas por quatro dedos do molde e com a face interior (face que anteriormente estava colada ao molde) para o lado exterior da luva, Figura 7. Figura 7-Luvas descalçadas parcialmente (Top Glove, 2020) O descalçar total é uma fase em que se dá a retirada total da luva do molde, nesta fase é aproveitada a gola da luva que ficou pendurada do descalçar parcial para se agarrar na mesma e efetuar a retirada completa. 24 -Porque é que existem duas fases na etapa descalçar: descalçar parcial e descalçar total? Os fabricantes asiáticos atualmente usam um tipo de fabrico em que os moldes são transportados em cadeia, não o sistema em gabari usado pelo cliente., este sistema trabalha em contínuo, ou seja, os moldes estão sempre a circular pela linha a um ritmo constante tendo as etapas de se enquadrar com os movimentos dos moldes. Os fabricantes de equipamentos para estas etapas criaram o descalçar parcial, para não sobrecarregar certas zonas da linha com equipamento e para tornar o modo como se faz o descalçar total mais versátil, ou seja, deixar nas mãos dos fabricantes de luvas como o pretendem fazer. Pela análise feita o descalçar total pode ser feito de duas formas. A primeira consiste na retirada manual, em que um conjunto de pessoas em fila normalmente 3 ou 4 pessoas fica responsável por recolher a luvas numa determinada sequência definida entre eles e ao mesmo tempo criar pilhas de luvas com o que vai extraindo, Figura 8. Figura 8-Descalçar manual (PROTECTIVE TECHNOLOGY CO., LTD., 2020) A segunda maneira consiste na utilização de um rolo com um formato de meia cana, Figura 9, que deixa entrar na meia cana um conjunto de normalmente 4 moldes com luvas prontas para o descalçar total, quando este rolo executa uma rotação completa a meia cana é fechada obrigando as luvas a saírem do molde e a serem depositada sob ele, normalmente num transportador que vai criando pilhas. Este procedimento encontra-se esquematizado na Figura 10. 25 Figura 9-Descalçar total utilizando o sistema de meia cana para fazer a retirada e empilhamento das luvas (Top Glove, 2020) Figura 10-Esquemático do sistema em meia cana Para o descalçar parcial, tema central desta dissertação, o método já está mais definido, padronizado e automatizado sendo o equipamento representado na Figura 11, o utilizado pela grande maioria dos fabricantes de luvas em todo o mundo, que o utilizam o sistema de movimentação convencional. 26 Figura 11-Equipamento de descalçar parcial normalmente utilizado pelos fabricantes asiáticos (ZHANGJIAGANG XIANFENG AUTOMATIC MACHENERY, 2020) O procedimento consiste em: • Enrolamento/descida da luva na zona da gola, através de ar comprimido ou escovas; • Encosto de duas patilhas ao molde (uma de cada lado) na zona de menor largura do molde; • Colocação da luva sobre as patilhas através de ar comprimido (Figura 12) ou da inversão do sentido de rotação das escovas (Figura 13); • Abertura das patilhas, de forma a esticar a luva a uma cota superior à cota do molde na zona dos dedos (para permitir a passagem das patilhas por todo o comprimento do molde aquando da sua movimentação, sem lhe tocar); • Movimento de extração parcial da luva em que as patilhas, com a luva sobreposta, se movimentam longitudinalmente ao molde (Figura 14); • Retirada das patilhas através do seu fecho, com ligeiro movimento de recuo seguido de abertura total. 27 Figura 12-Ar comprimido a ser utilizado para sobrepor a luva à espátula Figura 13-Escova a fazer a sobreposição da luva na espátula (Waikam1976, 2020) Figura 14-Espátulas a efetuarem o movimento de avanço longitudinalmente ao molde, deixando a luva apenas parcialmente presa ao molde (Top Glove, 2020) 34 4. PROJETO MECÂNICO Neste capítulo será apresentado todo o caminho percorrido para a concretização da etapa do descalçar, desde a geração de ideias à cerca de como se deveria realizar o descalçar até à solução final construída. Nele são apresentadas as ideias postas em cima da mesa quer para a idealização do conceito que ele compreende, quer para o modo como se vai materializar esse conceito e as subetapas que ele compreende. De maneira a ganhar o projeto a ESI teve, numa primeira fase, de apresentar soluções, ainda que fossem apenas meras ideias, mas já representativas do modo inicial como pretendia solucionar as etapas envolvidas. Nos subcapítulos que se seguem serão demonstradas as soluções encontradas, como essas soluções foram avaliadas e como se materializaram. 4.1 Criação de soluções Como foi dito anteriormente, não existia um procedimento que englobasse as imposições do projeto e especificasse o modo como se deveria realizar tendo em conta o processo produtivo inovador a ser implementado pelo cliente. O descalçar completo de uma luva foi estruturado pelo cliente como se de duas etapas se tratasse, compreendendo um primeiro descalçar ou descalçar parcial em que a luva era retirada parcialmente do molde ficando apenas presa pela zona dos dedos, Figura 20. Figura 20-Luvas descalçadas parcialmente (Top Glove, 2020) 35 E uma segunda etapa denominada descalçar total em que a luva era retirada completamente do molde, tal como fazem os fabricantes asiáticos. Numa fase primitiva do projeto, em que ainda se estava a definir noções sobre a etapa começou-se a pôr em causa esta divisão da etapa. Uma possível união das duas etapas numa só traria vantagens, nomeadamente: • Poupança de espaço em linha; • Redução do tempo de ciclo; • O equipamento mantém o controlo da luva durante toda a etapa. Podem se referir também desvantagens como a concentração de muito material num só equipamento que leva a: • Dificuldades acrescidas no projeto; • Dificuldades na realização da manutenção. Baseados em diversas opiniões e múltiplas reuniões com as mais variadas pessoas integrantes do projeto decidiu-se optar por fazer um descalçar completo da luva numa só estação. Pelo estudo de mercado e dados os objetivos e funções que o equipamento terá de respeitar optou-se por um conceito semelhante ao asiático, mas feito de um modo vertical, dada a limitação de movimentos do gabari presente em linha. Decidiu-se que o descalçar parcial ia ser feito através de umas peças chamadas no projeto de espátulas, estas espátulas são os componentes que se prendem à luva e fazem-na descolar do molde. Para a luva se movimentar para cima da espátula recorríamos a escovas, que a fariam descer junto ao molde o suficiente para as espátulas se meterem entre a luva o molde e agarrarem na luva. O descalçar total será feito através de um componente a que chamamos de garras, qua nada mais são que conjuntos de mordentes com a capacidade de agarrar na luva quando ela ainda está parcialmente presa ao molde, e parcialmente presa à espátula e a levar a fazer a deposição num transportador. Para isto se concretizar iremos ter de projetar um equipamento complexo que englobasse pelo menos 3 camadas, com movimentos independentes para executar o efeito pretendido. 36 No processo de trabalho com base neste conceito forma idealizadas várias montagens onde se tentou prever todos os inconvenientes e benefícios do processo. Tentou-se validar minimamente que a ideia presente em cada subsistema era praticável e da ideia para a realidade as diferenças não fossem muito grandes. Para isso fizeram-se vários testes manualmente às espátulas e as escovas. Chegando-se à conclusão que era possível utilizar estes materiais no processo começou-se a trabalhar na integração desses subsistemas através da realização de um protótipo. 37 4.2 Solução final O protótipo foi pensado para um gabari de nove mãos da linha piloto e de acordo com todas as limitações espaciais existentes. O projeto baseou-se na ideia de que o controlo do gabari era feito pelo robô da linha piloto e focou-se em dar condições suficientemente boas aos componentes chave (espátulas e escovas) de forma que se conseguisse através deles e do conceito inicial chegar a uma solução que correspondesse aos desejos do cliente. A explicação da atribuição de elementos mecânicos ao projeto encontra-se nos subcapítulos que se seguem. 38 4.3 Atribuição de elementos mecânicos ao projeto A atribuição de componentes a uma ideia ou conceito que representam uma solução para um problema é das fases mais cruciais se não a mais crucial de todo um projeto mecânico. Podemos ter uma ideia brilhante, no entanto, se na passagem do teórico para o prático algo correr mal podemos estar a comprometer todo o projeto. Quando em projeto ocorre uma passagem de uma perspetiva teórica para uma prática vai haver sempre uma forte relação de dependência entre perspetivas, todavia o conceito prático limita mais o teórico do que a teórico limita a prático. Isto porque uma solução na sua fase inicial apenas cria limites entre os quais a concretização se deve situar, por vezes até bem genéricos, assim que os tentamos concretizar estreitamos esses limites para algo definido e para algo pela qual a ideia ou conceito inicial vai ser julgado seja ele melhor ou pior que a concretização. A seleção e dimensionamento dos componentes mecânicos leva não só ao projeto transformar-se uma realidade funcional como interfere e cria imposições e limites na vida do equipamento em termos de: • Fiabilidade; • Manutenção; • Custo; • Tempo; • Espaço. Apesar de estes elementos terem algum grau de dependência entre si, é aconselhável que todos sejam considerados convenientemente e com o grau de importância adequado dependente do projeto em que se insere. À partida todo o projeto tem limites bem definidos em termos de tempos e custos, o custo orçamentado para um equipamento vai influenciar o tipo e qualidade dos componentes a aplicar. O tempo quer seja ele de projeto ou de montagem vai limitar o modo como as coisas são projetadas, quer a nível da exploração de conceitos novos e diferentes os quais o projetista/engenheiro não está tão familiarizado, o tempo influencia também a simplicidade de montagem, com um menor prazo do projeto global para montagem são necessárias montagens mais simples. A proveniência dos elementos mecânicos a utilizar divide-se em dois grandes grupos, um de normalizados e outro de peças à medida. Por normalizados entenda-se tudo o que pode ser encomendado ou comprado diretamente numa loja, mas já existe disponível no mercado, como por exemplo um rolamento ou um simples parafuso. Peças à medida são componentes que foram projetados e fabricados com um propósito específico, são 39 componentes que vão desempenhar determinada função dentro de um equipamento para o qual não existia um componente off-the-shelf para o mesmo propósito ou então o projetista acha que em termos de custo/benefício seria mais vantajoso fabricá-lo à medida. O dimensionamento deste importantíssimo recurso promove muitas vezes a distinção entre projetista e engenheiro, o projetista é alguém que com mais ou menos experiência e formação tem capacidade para estruturar um equipamento de forma a torná-lo funcional escolhendo componentes padrão (normalizados) e desenvolvendo peças de dificuldade reduzida e que apresentem requisitos também reduzidos ao nível da segurança. O engenheiro é alguém com mais formação que o torna mais capaz, à partida, para dimensionamentos e seleção de componentes em situações de maior complexidade. Normalmente a produção de peças não normalizadas é atribuído a uma das seguintes técnicas, que foram também utilizadas na realização deste projeto: • Corte Laser; • Quinagem; • Maquinação; • Soldadura; • Impressão 3D. De uma forma breve estas técnicas consistem em: • Corte Laser Corte laser é uma técnica normalmente utilizada para o corte de chapa, Figura 21, ou tubo em pequenas ou grandes séries. É um processo que apresenta custo reduzido e permite obter geometrias complexas com elevado rigor dimensional num curto espaço de tempo. O equipamento de corte laser varia conforme seja um corte em tubo ou chapa, Figura 22, mas o método baseia-se na incidência de feixe laser de alta potência com capacidade para cortar o material com um acabamento aceitável, o movimento deste laser em relação à peça segue os mesmos princípios que uma máquina CNC (comando numérico computorizado), estes equipamentos têm movimento linear em vários eixos e possuem um controlador com capacidade para ler o ficheiro G-Code, Figura 23, relativo aos movimentos que a máquina tem de fazer para produzir a peça. Existem ainda equipamentos mais complexos com capacidade para através de uma imagem ou um ficheiro CAD 2D elaborar o G-Code e há também alguns com a capacidade para realizar gravação a laser. 40 Corte laser é utilizado principalmente para o corte de chapa, mas pode ser usado numa variedade de materiais como tecidos, couro, cortiça, papelão, entre outros. Este recurso será muito utilizado na fabricação de peças para este projeto. Figura 21 - Chapa cortada a laser Figura 22-Máquina de corte laser em chapa à esquerda (VectorLaser, 2020) e máquina de corte laser em tubo à direita (Matrix Ferramentas AF, 2020) Figura 23-Exemplo de um G-code 41 • Quinagem A operação de quinagem, Figura 24, é um processo de conformação plástica de chapas metálicas, em que ocorre dobragem da chapa por atuação de um punção que a pressiona contra uma matriz de secção em V, adquirindo assim a chapa o formato imposto pelo processo sendo o ângulo formado pelas abas conformadas ângulo de quinagem. A chapa a ser quinada normalmente vem de uma operação anterior como o corte laser, Figura 25. Este processo é dos mais comuns na indústria e pode ser encontrado numa grande variedade de componente do dia a dia tais como as estruturas das máquinas de lavar, micro-ondas, fornos, etc. Este processo pode ser aplicado em peças de vários materiais e espessuras tornando assim chapas em peças de geometria personalizada, umas mais complexas que outras uma vez que a mesma chapa pode sofrer várias quinagens. Apesar de ser um processo que apresenta por trás um conceito simples (dobragem da chapa) o controlo rigoroso da geometria final pode ser complexo em virtude de depender da correta conjugação de diversas variáveis como as ferramentas e o equipamento utilizado, as propriedades do material e o desempenho do operador no caso das quinadoras manuais, a ocorrência de erros é usual neste tipo de peças, Figura 26. Neste projeto a quinagem foi utilizada em peças cujo rigor dimensional requerido não é muito elevado ou existe a possibilidade de correção, quer seja por rasgos, fixação em vários pontos, ou outra forma de compensar possíveis erros obtidos em peças quinadas. Quando o rigor geométrico para a montagem dos componentes era superior ou havia a necessidade de que as peças fossem exatamente todas com o mesmo ângulo escolheu-se em detrimento da quinagem a maquinação ou o corte laser em conjunto com a soldadura para se obter peças com maior rigor do que as obtidas pela normal quinagem manual com recurso a operador usada em pequenas séries. Figura 24-Quinagem de uma peça (VectorLaser, 2020) 42 Figura 25-Peça cortada a laser que sofreu quinagem Figura 26-Diferença entre uma peça bem quinada (à direita) e mal quinada à esquerda onde há deformação dos furos e incorreções dimensionais • Maquinação A maquinação é um processo de desbaste por meios mecânicos de um material (matéria-prima) com o objetivo de se obter uma forma pretendida. A maquinação está muitas vezes associada apenas ao torneamento e fresagem, Figura 27, no entanto, operações como furação, mandrilamento, brochagem entre outras são também processos de maquinação. Este processo pode ser automatizado com recurso aos equipamentos de comando numérico em que um programador é necessário para fazer o planeamento das operações a efetuar e construir o programa que dá a informação à maquina da sequência detalhada de operações que tem de efetuar assim como controlos de velocidades, trocas de ferramentas, refrigeração, entre outros e o operador é necessário apenas para a limpeza final da peça, para fixar a matéria prima dentro do equipamento, retirar a peça final e por vezes fazer pequenas operações como rotação e nova fixação da peça no equipamento de modo a ser maquinado outra lado que não o primeiro. Na maquinação convencional o operador executa tudo desde a fixação da matériaprima, a definição da sequência de operações a implementar e é ele quem controla manualmente os movimentos dos eixos do equipamento. A maquinação é geralmente um processo caro e utilizado em pequenas ou grandes séries quando o rigor dimensional tem de ser elevado ou possibilidade de falha do componente reduzido, como é exemplo o caso dos moldes para compressão de borracha, Figura 28. 43 Figura 27-Torneamento CNC (à esquerda) e fresagem (à direita) (MecaSinc, 2020) Figura 28-Peça maquinada em CNC • Soldadura A soldadura, Figura 29, é um processo de união de materiais onde se pretende manter preservadas as caraterísticas da junta soldada. Hoje em dia com a evolução das técnicas de soldadura esta tem assumido um papel cada vez mais relevante na construção e reparação de peças, vindo a substituir técnicas anteriormente utilizadas como a rebitagem ou fundição. A soldadura de metais, utilizada neste trabalho, é um método de junção de peças através do aquecimento a temperaturas acima da gama de recristalização ou do ponto de fusão, isto com ou sem aplicação de pressão e com ou sem adição de metal, proporcionando a continuação das peças a unir sem que haja degradação das propriedades das mesmas. (Puga H., Barbosa J., 2012/2013) A soldadura pode ser feita através de vários processos, cada um características e atributos específicos: • Elétrodo revestido; • MIG/MAG; • TIG; • Arco submerso; • Soldadura por resistências. 50 passam entre os moldes não necessitando de uma paragem do gabari para atuar e não havendo assim acrescento ao tempo de ciclo da etapa descalçar. 4.4.1 Princípio de funcionamento Como foi referido a ideia principal deste sistema passa por ter umas escovas perpendiculares às do descalçar total que passem entre os moldes do gabari quando este se movimenta e libertem as laterias da luva. No entanto, este sistema tem de ser dotado de certos movimentos de forma a cumprir a função desejada, nomeadamente o movimento de aproximação e abertura das escovas e o movimento de rotação das escovas. O movimento de abertura e fecho é importante para ajustarmos o posicionamento das escovas conforme cada um dos 5 tamanhos de moldes e compensarmos possíveis desgastes de escovas. A movimento de rotação serve para direcionarmos o toque da escova na direção que se pretende que a luva descole. Tanto a velocidade como o aperto são ajustados conforme o nível de toque que se quer dar na luva assim como a velocidade de passagem do gabari em relação ao sistema. . 51 5. AUTOMAÇÃO E SEGURANÇA Este capítulo está dividido em parte elétrica e parte pneumática. Tanto uma como a outra, a acrescentar a hidráulica, são temáticas importantíssimas como completo à mecânica em qualquer equipamento. Neste capítulo é também feita uma breve abordagem às normas essenciais de saúde e segurança no projeto de equipamentos. 5.1 Projeto elétrico Como estamos perante a criação de algo novo, algo para o qual não há referência no mercado deu-se prioridade ao projeto e montagem mecânica e só de seguida se definiu completamente a parte elétrica, apesar de esta não ser sempre a pratica mais correta a aplicar. Com todos os componentes no lugar é muito mais fácil determinar quais as forças necessárias que os motores terão de ter para movimentar os eixos e qual o verdadeiro estado final do equipamento. Para a realização do projeto elétrico contou-se com a ajuda de um profissional na área da automação. Devido à complexidade dos equipamentos, que envolve uma quantidade de material elétrico considerável, e necessidade de controlo e monitorização fora da área de trabalho da linha piloto optouse pela criação de um quadro específico para os protótipos distante das máquinas, na zona destinada a pessoas do laboratório. Este quadro irá conter toda a parte elétrica necessária aos protótipos assim como uma consola HMI para controlo dos mesmos. O quadro faz ligação com pequenas caixas elétricas presentes em cada protótipo, e daí até aos componentes finais. 5.1.1 Atuadores elétricos Para ensaio dos movimentos e determinação de quais as unidades motoras colocaram-se manivelas nas extremidades dos eixos e através de dinamómetros determinaram-se as forças que seriam necessárias vencer pelos motores. Estes ensaios manuais foram importantes pois além de permitir perceber em gama se teria de situar o motor também deram para perceção quais os esforços que normalmente os componentes exercem, deu também para perceber se não havia nenhum erro de projeto, fabrico ou montagem que estaria a levar a esforços exagerados por parte de algum componente. Tentou-se que a escolha dos motores fosse o mais universal possível, ou seja, com a escolha de um ou dois tipos de motores diferentes atender a todas as necessidades. Optou-se por este paradigma de forma a agilizar o processo de instalação e projeto e ao mesmo tempo reduzir os custos dos componentes, por compra em quantidade. 52 Os motores foram selecionados com um coeficiente de segurança (1.2 vezes) relativo à maior força que o protótipo exerce de forma a não estarmos obrigados a parâmetros muito restritos aquando da realização dos ensaios. Dividindo por equipamentos, no protótipo de pré-descalçar precisamos de motores que garantam a velocidade de rotação das escovas e o posicionamento para a abertura e fecho. Para a velocidade de rotação o motor tem de ser capaz de aguentar uma variada gama de rotações para se conseguir perceber qual é a ideal para a velocidade de passagem do gabari. O posicionamento tem de ser garantido por um motor que permita controlo por posição de forma a se conseguir encontrar qual a melhor posição e a adaptar-se aos vários tipos de moldes. O motor escolhido para ser utilizado no pré-descalçar foi um motor de passo (Sanyo Denki - SM 28635155), Figura 35. Estes motores têm a vantagem de permitir termos um grande binário a baixa rotação, permitem uma gama de velocidades que vai até 3000 rpm e são fáceis de operar em controlo posição. Estes motores ao contrário dos servomotores, que podiam ser utilizados para o mesmo efeito, mas são mais dispendiosos, não têm encoder . Ou seja, o controlo da posição exata do motor não é em malha fechada o que é feito é uma simples contabilização dos passos que a driver manda o motor andar. Caso haja um sobre esforço por parte do motor, devido a por exemplo uma prisão mecânica a informação que temos é que o motor andou os passos pedidos quando ele efetivamente travou a certa altura. Apesar deste problema a escolha recaiu na mesma sobre o motor de passo, uma vez que a sua seleção foi feita de forma que este ficasse sobredimensionado com um binário acima do desejado reduzindo o risco por prisão mecânica. Caso haja alguma “perda de passos”, o que é feito é de tantos em tantos ciclos ou quando é feita a inicialização da máquina, o eixo em questão vai até ao sensor de fim de curso onde é restabelecida a origem da contagem dos passos. Os motores de passo colocados no equipamento de pré-descalçar não estão associados a nenhuma caixa redutora pelo que a relação de transmissão de movimento é de 1:1. A resolução do motor é 1.8 graus, o que quer dizer que o movimento mínimo do motor, um passo, equivale a 1.8 graus sendo uma rotação completa 200 passos. Quando colocamos o motor a rodar continuamente estamos na mesma a trabalhar com passos, o que é feito é pedir-lhe que dê x passos por unidade de tempo. Quanto ao movimento linear, o passo do fuso de abertura e fecho são 5 mm, o que significa que se mandarmos o motor dar 200 passos estamos a avançar ou recuar 5 mm com um conjunto de escovas. Como os fusos em ambos os lados das escovas estão ligados ao mesmo motor e andam em sentidos contrários com 200 passos estamos a fazer as escovas aproximarem-se ou afastarem-se 10 mm 53 A ficha técnica do motor de passo em questão encontra-se no Anexo I– Fichas técnicas do motor de passo (SM 2863-5155) e caixa redutora (SG-P11-070-005-12-SM-286x-00000). Figura 35-Motor de passo Sanyo Denki (SM 2863-5155) No protótipo do descalçar os motores de passo foram também utilizados para movimentar os fusos que fazem a elevação do sistema das escovas e das garras, mas neste caso associados a uma caixa redutora 1:5 devido ao binário requerido já ser ligeiramente superior ao limite máximo do motor. Para os restantes eixos do descalçar, excluindo o movimento de rotação das escovas, como se tratava de rotações pequenas a baixa velocidade e com paragem por sensor e como manter os custos baixos e ter um motor compacto era importante optou-se por um motor de corrente contínua. O motor em questão foi o Seefrid 626.066 DCGM 63 T50, Figura 36, ficha técnica no Anexo II – Ficha técnica motor DC (Seefrid 626.066). Apesar de serem simples motores de 24v cada um estava associado a um pequeno variador para controlo da velocidade, rampas de iniciação e paragem, assim como controlo do binário disponibilizado. Foi utilizado para movimentação das espátulas e das garras. Figura 36-Motor DC Seefrid (626.066) 54 Para a rotação das escovas no descalçar devido a ser necessário ter algo extremamente compacto, mais pequeno que os motores de passo, e que permitisse rotação contínua com algum binário escolheu-se também um motor de corrente contínua. O motor escolhido foi o blm460shp-gfv da Oriental Motors, Figura 37, é um motor que foi reaproveitado de um equipamento que caiu em desuso no laboratório. Este motor está também associado a um variador tendo capacidade para atingir 3000 rpm. Porém, para ter mais binário de saída está associado a uma caixa redutora com relação de 1:30. A ficha técnica deste motor está no Anexo III – Ficha técnica motor DC (blm460shp-gfv). Figura 37-Motor DC da Oriental Motor com caixa acoplada e variador Em suma, o motor de passo foi escolhido basicamente para aplicações em que necessitávamos de um motor que gerasse rotação continua a uma determinada velocidade, com a exceção das escovas em que o espaço disponível é extremamente reduzido, ou quando precisávamos de controlo por posição. O motor de corrente contínua foi escolhido quando tínhamos pouco espaço e a paragem dava-se em posições discretas bem definidas por sensor. Para servir de fim de curso aos motores de passo ou de sensor de posicionamento aos motores de corrente continua foram utilizados sensores indutivos. Estes sensores têm a vantagem de não serem muito caros e só podem ser acionados através de uma peça metálica que passe à distância de leitura do sensor, reduzindo muito os erros por ativação involuntária pela passagem de um qualquer objeto na frente do sensor. O sensor foi da Festo modelo sien-m8b-ps-s-l, Figura 38. 55 Figura 38-Sensor indutivo (Festo sien-m8b-ps-s-l) 56 5.2 Projeto pneumático Tal como o projeto elétrico o projeto pneumático foi feito à posteriori com auxílio de profissionais na área da automação. O quadro pneumático, ao contrário do elétrico, por se tratar de algo específico do descalçar ficou no próprio equipamento. Aqui serão só abordadas as partes relativas a esta dissertação (camada das espátulas e escovas). O esquema relativo a estas camadas está representado na Figura 39. Figura 39-Esquema pneumático relativo às espátulas e escovas 57 Para controlo dos cilindros da camada das escovas utilizaram-se duas electroválvulas 5/2 vias, uma para cada par de cilindros. Nos cilindros foi feito um controlo da pressão, de forma a garantir que o esforço a aplicar no molde era o correto e foi controlado o caudal para controlar a velocidade de avanço e recuo dos cilindros, era importante garantir que o encosto e a abertura não eram demasiado agressivos e que a velocidade dos cilindros do mesmo lado estava sincronizada. Foi tido sempre em consideração, chegando-se ao valor através de testes, que o diâmetro dos tubos fosse o correto para a quantidade de ar que necessitávamos e o comprimento fosse o mesmo na mesma aplicação de modo a não descompensar a máquina. 5.1.2 Atuadores pneumáticos O movimento de abertura e fecho das escovas do descalçar é feito através de cilindros pneumáticos. O uso de pneumática neste caso traz a vantagem de conseguirmos, de forma simples, fazer com a escova o acompanhamento do formato do molde à medida que a camada se movimenta verticalmente. Regulando a pressão do cilindro e mantendo-a estável conseguimos que a escova esteja permanentemente encostada ao molde, independentemente da sua geometria, sem que para isso se recorra a motores de elevado custo e programação complexa. O cilindro selecionado foi da Festo modelo ADNGF-20-50-P-A, Figura 40. Este cilindro possui sensores magnéticos para indicação da posição do da haste do cilindro (abertura ou fecho), Figura 41. Figura 40-Cilindro pneumático com hastes de guiamento 58 Figura 41-Cilindro pneumático com sensores magnéticos (neste caso atuado o sensor de cilindro avançado) 59 5.3 Diretiva máquina Diretiva máquina (2006/42/CE) No domínio do projeto e fabrico de máquinas os construtores têm de se reger por um conjunto de normas no que diz respeito à saúde e segurança a nível da União Europeia. A segurança dos equipamentos e a saúde dos operadores depende em boa parte da correta aplicação destas normas. Estas normas tendem a ser expressas da forma mais neutra possível no que diz respeito a fatores tecnológicos característicos dos equipamentos. Atualmente a legislação em vigor é a Diretiva Máquina (Diretiva 2006/42/CE do Parlamento Europeu e do Conselho) que são normas que têm como objetivo privilegiar a implementação de estratégias que integrem a segurança desde cedo, desde a fase de projeto propriamente dita. A normativa da Diretiva Máquina 2006/42/CE estabelece quais as ações que devem ser tomadas para o cumprimento dos requisitos de saúde de segurança de um equipamento podendo assim existir livre circulação desses mesmo produtos no mercado europeu garantindo-se assim que os equipamentos respeitam um elevado padrão no que à segurança diz respeito. Dentro da diretiva existem três tipos distintos de categorias normativas, desde normas mais básicas até requisitos específicos (Comissão Europeia Empresas e Indústria, 2010): Normas A - Normas básicas de segurança Especificam os princípios e conceitos básicos que têm de ser aplicados a todas as categorias de máquinas. Normas B – Grupos de normas de segurança São normas que se dividem em mais dois subgrupos Normas B1 (relativas a aspetos específicos de segurança) e Normas B2 (relativas a dispositivos de segurança). Estas normas são já mais especificas que as anteriores abordando aspetos de segurança, como por exemplo as distâncias de segurança a cumprir, ou relativas a meios de proteção que podem ser usados, como por exemplo os dispositivos de paragem de emergência. Normas C – Normas especializadas São normas mais especificas, que detalham as especificações para um determinado grupo de equipamentos. 66 7. CONCLUSÕES FINAIS Neste capítulo são apresentadas, ainda que de forma resumida, as conclusões que se tiram com a realização do projeto. É ainda dedicado um espaço onde é descrito aquilo que pode ainda ser trabalhado/melhorado com vista ao aperfeiçoamento dos equipamentos. 7.1 Conclusões Com a realização do desenvolvimento total de um equipamento é possível constatar a importância dada a métodos que permitam gerar uma linha de pensamento desde uma ideia ou necessidade até um equipamento final, nomeadamente a teoria do projeto mecânico. A pesquisa de mercado e a tentativa de perceber como os outros fazem é algo de extrema importância quando se tenta implementar uma coisa ou fazer uma melhoria de algo já existente. Neste caso por se tratar de algo diferente do que é visto no mercado teve de se fazer algumas alterações, no entanto, o resultado final não é mais que uma simples conjugação de vários sistemas já existentes com acrescento de algo que vai ao encontro das necessidades de um projeto, único e inovador como este se apresenta. Como este é um tipo de projeto pouco usual e mais típico de países asiáticos a facilidade de obter essa informação também não foi muita o que dificultou um pouco a definição final do conceito dos equipamentos. Por se tratar de protótipos e tendo em conta que era requerido baixo tempo de projeto e custos o recorrer a normalizados e a material de stock tornou-se uma obrigação, na medida em que a espera por encomendas ou o projeto de muitos componentes novos poderia trazer derrapagens a estes níveis. Neste trabalho o dimensionamento ficou apenas restrito a casos muito específicos, uma vez que pela necessidade adaptação que era pedida tentou-se que o equipamento ficasse o mais flexível possível de forma que pequenas alterações de componentes e o teste de novos produtos não necessitassem de alterações muito profundas ao equipamento. A realização e desenvolvimento deste trabalho permitiu obter uma visão geral de como se pode fazer projeto mecânico. Desde uma fase inicial em que se faz o levantamento do problema com todas as suas limitações até à fase final em que se implementa o equipamento no cliente fazem-se testes e tiram-se conclusões. Este projeto foi ainda especial uma vez que foi notória a presença próxima de todos os comuns intervenientes desde a equipa de projeto ao cliente final em busca de um produto final o melhor 67 possível. Acima de tudo, o objetivo final foi cumprido obtendo-se aprovação do conceito, estando presente grande parte deste trabalho num projeto pioneiro a nível europeu. 7.2 Trabalho futuro No Laboratório: -Realização de ensaios mais rigorosos com vista a determinar qual a real vida útil dos componentes; -Elaboração de um plano de manutenção; -Redação do manual de instruções dos equipamentos, em que estejam contemplados os esquemas elétricos e pneumáticos simplificados. Equipamentos da unidade fabril: -Projeto de detalhe dos equipamentos da linha final, tendo em conta os requisitos e cadências da linha; -Elaboração de históricos de avarias e plano de manutenção; -Redação de um manual de instruções detalhado, que permita compreende a interligação dos equipamentos de descalçar com os restantes equipamentos de linha, nomeadamente o modo como é feita a comunicação e que detalhe o modo de operar a consola específica do equipamento descalçar. 68 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J. & Grote, K. H. - Engineering Design. Design Springer, 2008. Dieter, G., & Schmidt, L. - Engineering Design. McGraw Hill Education, 2009. Castells, M. - Sociedade em rede: As 3 revoluções industriais. [Consult. 10 Dez. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://www.coladaweb.com/geografia/as-tres-revolucoes-industriais> Sierra, J. & Ramos, M. - Industria 4.0 a quarta revolução industrial. Vida Económica Newsletter N.77. [Consult. 10 Dez. 2020] Disponível em: WWW:<URL:https://www.compete2020.gov.pt/destaques/detalhe/Industria_4ponto0> Barlow, P. - Rubber Compounding: Principles Methods and Technics. Marcel Dekker, 1988. Comissão Europeia. - Equipamentos de proteção individual 89/686/CEE. 1989. Comissão Europeia. - Guia de aplicação da Diretiva Máquinas 2006/42/CE. 2010. Top Glove - Glove production. [Consult. 23 Jul. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://www.topglove.com/glove-production/> Protective technology CO., Ltd. [Consult. 23 Jul. 2020] Disponível em WWW:<URL:http://www.protectivetech.co.th/facturing/> Zhangjiagang Xianfenf Automatic Machenery Joint Stock Limited Company. - Automatic glove stripping machine for production line. [Consult. 25 Jul. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://xfautomatic.en.alibaba.com/productgrouplist803031470/STRIPPING_MACHINE.html?spm=a2700.shop_index.88.25> Waikam1976. - Glove stripping machine. [Consult. 15 Jun. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://www.youtube.com/watch?v=Ln8CVAMYQhI> VectorLaser. - Corte Laser. [Consult. 20 Dez. 2020] Disponível em WWW:<URL:http://www.vectorlaser.pt/> Matrix Ferramentas AF. - Corte a Laser CNC. [Consult. 20 Dez. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://www.youtube.com/watch?v=cqc_Zmyu2oE> 69 Mecasinc. - Proceso de fresado en mecanizados de precisión. [Consult. 20 Dez. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://www.mecanizadossinc.com/en/proceso-de-fresado-en-mecanizados-de-precision/> Puga, H. & Barbos, J. - Tecnologias de fundição e soldadura. Guimarães: 2012. Módulo 2 – Soldadura. Rohringer, S. - Os 25 melhores filamentos para impressoras 3D. [Consult. 5 Abr. 2020] Disponível em WWW:<URL:https://all3dp.com/pt/1/filamento-impressora-3d-comparacao-melhor-tipo/> 70 ANEXO I– FICHAS TÉCNICAS DO MOTOR DE PASSO (SM 2863-5155) E CAIXA REDUTORA (SG-P11-070-005-12-SM-286X-00000) 71 72 ANEXO II – FICHA TÉCNICA MOTOR DC (SEEFRID 626.066) 73 ANEXO III – FICHA TÉCNICA MOTOR DC (BLM460SHP-GFV) 74 ANEXO IV – DESENHOS TÉCNICOS DO DESCALÇAR PARCIAL Camada das espátulas - Maquinação 75 82 83 84 Camada das escovas – Corte laser com quinagem 85 86 Sistemas de elevação - Maquinação 87 88 ANEXO V – DESENHOS TÉCNICOS DO PRÉ-DESCALÇAR Pré-descalçar – Corte laser com quinagem 89 90 91 98 99