Robótica aplicada à usinagem automotiva

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A ABB, em parceria com a Sandvik Coromant, revigora a produtividade de uma célula de rebarbação de cabeçotes em um importante player do mercado automotivo

Por Inês Pereira e Vera Natale | Fotos Renato Pizzutto

A digitalização na indústria está em evidência. Para alguns, é motivo de preocupação, para outros como a ABB, multinacional suíço-sueca do ramo da automação, é muito mais que um desafio. Representa uma oportunidade de expandir toda sua expertise, construída ao longo de seus 125 anos de história, no desenvolvimento de soluções de automação para diversos setores da indústria e com grandes benefícios como o caso de sucesso, realizado pela planta de Guarulhos, na grande São Paulo, para uma grande montadora. Em 2013, a unidade forneceu uma célula de rebarbarão com três robôs, que atendeu plenamente a demanda contratada. Entretanto, alterações no processo em 2015 geraram a necessidade de adequações na célula às novas especificações.

A ABB Brasil já conhecia o cenário que prejudicava o chão de fábrica: a produtividade da célula era diretamente afetada devido ao aumento de rebarbas no processo de fundição dos cabeçotes, gerando alto índice de manutenção dos equipamentos de usinagem, desgaste prematuro das ferramentas de corte e o alto índice de manutenção das garras de manipulação.

O desafio foi buscar uma solução com as solicitações da montadora: resolver os problemas da célula de rebarbação, adicionar ao processo outras operações de rebarbação que eram realizadas manualmente, em virtude das novas exigências de produto; e, por fim, otimizar o tempo de ciclo da célula.

Nelson Kumagai, à esquerda, e Charles Souza, ambos da ABB e Claudio Costa da Sandvik Coromant – expertise à prova em um intenso trabalho de engenharia conjunta Nelson Kumagai, à esquerda, e Charles Souza, ambos da ABB e Claudio Costa da Sandvik Coromant – expertise à prova em um intenso trabalho de engenharia conjunta

Detalhe: por se tratar de uma célula que já se encontrava em operação, o ponto crítico do projeto era a instalação e o comissionamento da nova solução em tempo enxuto e com alto grau de risco, visto que, em caso de dificuldades, poderia afetar a linha de produção de motores.

A instalação dos robôs e dos equipamentos, por exemplo, ocorreu durante uma parada de produção programada, no final de 2015. “Coordenamos e atuamos em várias frentes de trabalho (procedimentos de segurança, desmontagem e montagem mecânica e elétrica, reprogramação de PLC & IHM, reprogramação de robôs, validação dos processos de usinarem e tempo de ciclo), para que conseguíssemos alcançar nossos objetivos”, constata Charles Souza, líder de projetos da divisão de Robotics and Motion da ABB Brasil. “Apesar do cuidado extra que impôs a sincronia dos processos, o projeto foi instalado, testado e validado no prazo acordado junto ao cliente”, complementa.

A preparação do projeto

O projeto foi instalado, testado e validado no prazo solicitado pelo cliente, de modo a não prejudicar a linha de produção dos motores. Na foto, close de robô similar, pronto para entrega, e que usou como base todas as referências do projeto automotivo O projeto foi instalado, testado e validado no prazo solicitado pelo cliente, de modo a não prejudicar a linha de produção dos motores. Na foto, close de robô similar, pronto para entrega, e que usou como base todas as referências do projeto automotivo

A larga experiência da equipe ABB no fornecimento de células robotizadas para a indústria automotiva foi essencial para todas as etapas do projeto, focado em desenvolver uma solução turnkey robusta e de alto grau de eficiência. Mas a parceria com outras empresas, igualmente reconhecidas por sua competência em tecnologia nos devidos ramos de atuação, também teve um peso muito relevante.

Para atingir o objetivo com os resultados esperados, a ABB dividiu o projeto em várias etapas, desde a análise aprofundada da situação-problema, revisão dos processos como um todo e layout, passando pela definição de qual tipo de robô seria mais adequado, desenvolvimento de projetos mecânico, elétrico, programação off-line, até a aquisição de equipamentos, tryout de novas ferramentas de corte, equipamentos e dispositivos até a validação e implementação efetiva da célula.

Dada a abrangência da solução requisitada, foi necessário recorrer a outros experts da indústria para um trabalho de engenharia conjunta. O conhecimento e a experiência da Sandvik Coromant na área de ferramentas de corte foram de grande auxílio. “A não utilização de ferramentas de corte apropriadas e de alto desempenho influenciariam diretamente no resultado final da solução que estávamos propondo. Sendo assim, procuramos por empresas de competência neste segmento que pudessem desenvolver uma solução conjunta. O know-how da Sandvik Coromant, sua infra-estrutura e o seu comprometimento com o nosso projeto foram os fatores principais que nos levaram a escolher a Sandvik como nosso parceiro para este desenvolvimento”, conta Nelson Kumagai, gerente de linha de negócios da divisão de Robotics and Motion da ABB Brasil. A Sandvik Coromant foi convidada a participar desde o estudo inicial das ferramentas de corte que seriam adequadas ao processo até a validação final no site da montadora. “A experiência foi muito gratificante, pois pudemos conhecer os limites de aplicação entre robô-ferramentas”, comenta Claudio Costa, especialista de processos do departamento de engenharia, da Sandvik Coromant.

Principais desafios

A situação vivida na planta da montadora era crítica e os problemas ligados ao processo de usinarem eram evidentes: baixa qualidade do processo, alto índice de troca de consumíveis e eficiência da produção comprometida devido à manutenção das garras. “Direcionamos o desenvolvimento da solução considerando ferramentas de corte com alta durabilidade e robustez, aliado a um novo projeto de garras igualmente robustas e que forneciam maior estabilidade durante a manipulação dos cabeçotes”, explica Kumagai.

Para a Sandvik Coromant, o processo precisava atender uma produção de 600 peças por aresta de corte na rebarbação do cabeçote do motor. Outro ponto de especial atenção era com relação à segurança no sistema de fixação, por conta das altas taxas de rotação e velocidades de deslocamento do robô. Uma grande dificuldade apontada pelo especialista era o fato de o fundido ter uma superfície com muita areia, tornando-a muito abrasiva causando um desgaste prematuro na ferramenta. Outro entrave, segundo ele, tinha a ver com as rebarbas: muito irregulares e, por isso, deixando o sobremetal com altura entre 3,0 mm até 10,0 mm. 

Os resultados

O cobot Yumi, robô colaborativo, é destaque no Centro de Treinamento da ABB, em Guarulhos, e em eventos como o ABB Customer World, que aconteceu recentemente em Houston, no Texas O cobot Yumi, robô colaborativo, é destaque no Centro de Treinamento da ABB, em Guarulhos, e em eventos como o ABB Customer World, que aconteceu recentemente em Houston, no Texas

Ainda hoje, após mais de um ano de implementação da solução, a ABB comemora a mensurarão do sucesso desse projeto: alta qualidade dos processos de rebarbação e redução do tempo de ciclo com alta eficiência da célula resumem os benefícios entregues à montadora. “Os resultados alcançados atenderam perfeitamente aos índices de qualidade exigidos pelo cliente. Vale ressaltar, ainda, que a robustez da solução implementada possibilitou diminuir expressivamente o número de intervenções por manutenção na célula e contribuiu para alcançarmos um tempo de ciclo mais de 10% abaixo do ciclo anterior”, Kumagai.

A redistribuição dos processos entre os robôs também foi realizada de forma que se pudesse utilizar ferramentas, cujo diâmetro cobria uma maior área de remoção das rebarbas. E isso contribuiu para a otimização do tempo de ciclo da célula. “Os resultados obtidos a partir dos testes foram surpreendentes. Conseguimos um ótimo índice de qualidade com uma vida útil dos consumíveis bem superior ao esperado”, comenta Charles Souza, líder de projetos da divisão de Robotics and Motion da ABB Brasil. “Após a finalização do projeto de sucesso, a própria montadora vem agregando novas operações de rebarbação à célula roborizada, automatizando ainda mais as operações de rebarbação do cabeçote”, acrescenta.

“A satisfação dos nossos clientes é alcançada mediante aos resultados dos nossos projetos e o modo transparente que nos relacionamos com eles. Ficamos satisfeitos em saber que, como empresa de soluções em automação, alcançamos nossos objetivos nesse projeto e estabelecemos referências positivas para oportunidades de projetos futuros”, conclui o líder de projetos.

Por ser uma empresa multinacional, com escritórios de robótica em mais de 50 países, a ABB sempre busca compartilhar seus casos de sucesso entre todas as suas unidades. “O conhecimento gerado nesse projeto serviu como base para novos projetos no Brasil”, finaliza Kumagai.

 

Por dentro da empresa

A ABB global desenvolve soluções para todos os setores industriais, tais como o automotivo, papel e celulose, mineração, óleo e gás e indústria naval, além de soluções de eficiência energética e commodities. Seu extenso portfólio de produtos passa por disjuntores, equipamentos de baixa, média e alta tensão, transformadores, drives, conversores, inversores, motores e geradores, sistemas para carregamento de veículos elétricos, sistemas de automação, robôs, entre outros produtos e softwares. O grupo ABB opera em cerca de 100 países e possui 132 mil colaboradores.

O tema da Indústria 4.0 que abarca a digitalização vem há muito tempo sendo prioridade para a ABB, que atualmente investe 6% do faturamento em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D). Metade do seu portfólio já é baseado em softwares. Há mais de 10 anos, o Sistema de Controle (800xA) vem servindo de plataforma de integração, controle e otimização para indústrias de todos os segmentos. Sendo totalmente voltada para a integração de informações, a plataforma 800xA, permite a conexão entre dados de campo e aplicações avançadas, sejam elas locais ou na nuvem.

A primeira fábrica do Grupo no Brasil foi inaugurada em 1954, em Guarulhos. Nessa planta estão as áreas de robótica, transformadores e produtos de média tensão, painéis, subestações de energia, relés e outros produtos e sistemas para concessionárias e indústrias. Recentemente, a ABB investiu R$ 10 milhões na ampliação e modernização da fábrica de disjuntores de alta tensão, em Guarulhos, aumentando sua capacidade de produção e possibilitando a entrega de produtos com maior conteúdo local. Isso tornou a planta uma das mais automatizadas da ABB na América Latina.

A ABB é uma das principais fornecedoras para o maior projeto de mineração em andamento no país. “A partir da sua concepção, o conceito de conectividade e Internet das Coisas foi aplicado ao máximo. Desde os elementos mais básicos de um Sistema de Controle, como instrumentos de campo e motores, até o nível de operação através da plataforma ABB 800xA, o projeto foi desenhado para que 100% dos dados de produção e manutenção fossem disponibilizados e tratados pelos softwares da ABB”, conta Marcos Hillal, gerente de aplicação de automação para a indústria da ABB Brasil.

“Nossa perspectiva para 2017 é muito otimista. A companhia acredita na retomada da economia do país, no potencial e expertise que possui. Novas tecnologias, que farão parte de nosso portfólio, são parte fundamental para tenhamos um ano promissor”, afirma.

As ferramentas de corte

O projeto solicitado para a Sandvik Coromant foi desafiador desde o início, pois, pelo menos aqui no Brasil e até aquele momento, não existia um histórico de aplicação de ferramentas de corte para manuseio por robô. “Por esse motivo, foi solicitado para a ABB algumas peças para realização de testes, que ocorreram dentro da Sandvik Coromant utilizando a estrutura do nosso centro de produtividade, em São Paulo/SP”, relata Claudio Costa.

Os engenheiros e especialistas de produto da Sandvik Coromant recomendaram algumas ferramentas com diversas geometrias. No Centro de Produtividade, em São Paulo/SP, utilizando máquina-ferramenta CNC 3 eixos, a equipe desenvolveu programação, preparação da máquina e operação para a realização da aplicação das ferramentas definidas inicialmente. “Somente a partir dos resultados obtidos, começamos a ter parâmetros para a indicação do melhor processo”.

Uma das ferramentas indicadas foi a fresa CoroMill 790, com corte positivo e suave, o que diminuiu o esforço sobre o robô. As pastilhas resistentes dessa ferramenta também contribuíram para minimizar as vibrações que, em geral, ocorrem com o movimento do robô. “Dessa forma, foi possível atingir a vida útil da aresta de corte, superando as expectativas do cliente”, conclui Claudio Costa. Para atender às solicitações do projeto da ABB Brasil, foram feitas duas montagens de ferramentas, batizadas de Robot R0 e Robot R3.

FERRAMENTAS PARA MONTAGEM

Robot R0

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CoroMill®790 e respectiva pastilha com interface serrilhada – primeira escolha para frescamente de cantos a 90 graus em alumínio e altas taxas de remoção.

Robot R3 

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Cabeça de fresamento CoroMill®216 Ball Nose, primeira escolha para usinagem de perfis 3D, e detalhes à direita, em vermelho, sobre possibilidade da pastilha ser usada tanto em posição central quanto periférica.

Coromant Capto EH, sistema de fixação modular,que proporcionou alta rigidez e estabilidade máxima à montagem Robot R3.

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O MUNDO DA USINAGEM é uma publicação da Sandvik Coromant do Brasil
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