Tolerâncias geométricas e dimensionais aplicadas na estrutura de empresas sistemistas

Tolerâncias geométricas e dimensionais aplicadas na estrutura de empresas sistemistas

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UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DETEC – Departamento de Tecnologia CURSO – Engenharia Mecânica

2 JOSÉ CARLOS DA SILVA CAVALHEIRO

Relatório de Conclusão de Curso Para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul Departamento de Tecnologia Curso de Engenharia Mecânica

Banca Avaliadora: 1º Avaliador: Prof. Luis Antônio Bortolaia, M. Eng.

2º Avaliador (Orientador): Prof. Moacir Eckhardt, Dr. Eng.

Aos meus familiares, principalmente ao meu pai José Eugênio Cavalheiro, a minha namorada Daniela Beienke Hass, pela compreensão nos momentos em que estive ausente e envolvido na concretização deste projeto de vida. Mas, principalmente a minha Mãe Santina Cavalheiro (in Memoriam) e a Deus.

4 RESUMO

Atualmente, as indústrias estão passando por profundas transformações, tanto tecnológicas quanto burocráticas, principalmente em relação ao processo produtivo e a configuração da cadeia de suprimentos das empresas sistemistas. Para que este sistema funcione, há a necessidade de uma constante troca de informações, estruturada na existência de comprometimento entre as empresas envolvidas, além de alguns dos princípios do modo de produção enxuta. A forma mais difundida e clara de transmissão de informações neste contexto é através de desenhos, que atuam como contrato de especificações. Com o desenho do produto em mãos inicia-se toda a burocracia para elaboração do Processo de Aprovação de Peças de Produção (PPAP), que é atualmente uma das metodologias utilizadas para auxiliar na eliminação de distorções e garantir o fornecimento de produtos dentro das especificações. A documentação de PPAP está relacionada em alguns aspectos com a análise dimensional, mais especificamente com as Tolerâncias Geométricas e Dimensionais (GD&T), baseado na norma técnica (ASME Y14. 5M 1994). O sistema GD&T aumenta a competitividade, ampliando o campo de tolerância em aproximadamente 57% em relação ao Sistema de Coordenadas Cartesiano, o qual utiliza especificações inadequadas da zona de tolerância real e do sistema de referência da peça, gerando possíveis interpretações inadequadas, podendo levar ao descarte de boas peças, e a aprovação de peças não conformes, aumentando conseqüentemente os custos de produção. Além do ganho da zona de tolerância de posição relatado acima, o GD&T utiliza Datuns, o que garante que o controle e a montagem tenham seus elementos localizados no espaço da mesma maneira. Neste contexto empresas fornecedoras tiveram que se adaptar a esta nova visão, realizando investimentos em dispositivos para controle geométrico, associados a sistemas de medição por coordenadas 3D, cujas características são adequadas aos requisitos de células de produção flexíveis. Após, a abordagem teórica das vantagens da correta utilização do GD&T, da simbologia adotada, da análise individual de cada tipo de tolerância. Realiza-se então um estudo de caso que envolve a análise do desenho de um produto cotado segundo o GD&T. Com base nas especificações que constam neste, desenvolveram-se algumas ferramentas para fabricação e controle do produto em estudo. No qual foi observado o processo produtivo, conseqüentemente a criação da Análise de Modo e Efeito de Falha de Processo (FMEAP), projeto do posto de trabalho, instruções de trabalho. Portanto, fez-se a simulação da fabricação completa do produto, seguindo o que é exigido no terceiro nível do PPAP, para assim, conhecer estas ferramentas na prática.

Palavras-chave: Tolerâncias Geométricas e Dimensionais (GD&T). Máquinas de Medição por Coordenadas. Processo de Aprovação de Peças de Produção (PPAP).

5 ABSTRACT

Nowadays, the industries are going through by deep changes, as much technological and bureaucratic, mostly related with productive process and the configuration of supply chain systems of companies. For this system works, needs of a constant change of information’s, structured on the existence of commitment between the companies involved, in addition to some principles of lean manufacturing system. The way most widespread and clear of transmission of information in this context is through of drawings that act as a contract of specifications. With the drawing of the product at hand starts up all the paperwork for preparation of Part Approval Process for Production (PAPP), that is nowadays one of methodologies uses for auxiliary in elimination of distortions and guarantee the supply of products inside of specifications. The documentation of PAPP is related in some aspects with the dimensional analysis, more specifically with the Geometric Dimensioning and Tolerance (GD&T), based on the technical standard (ASME Y14. 5M 1994). The GD&T system increases the competitiveness, expanding the field of tolerance in approximately 57% in relation to the System of Cartesian Coordinates, which uses inappropriate specifications of area of real tolerance and system of reference of the piece, generating possible inappropriates interpretations, may lead to discard good parts, and the approval the non-conforming parts, increasing consequently the costs of production. Beyond the gain the area of tolerance of position reported above, the GD&T uses Datuns, what guarantee that the control and the assembly have their elements in space located in the same way. In this context suppliers companies had to adapt to this new vision, doing investments in dispositives for the geometric control, associate with systems by measuring coordinates 3D, whose characteristics are appropriate to the requirements of flexible production cells. After, the theoretical approach about vantage of correct uses of GD&T, of symbology adopted, individual analysis from each type of tolerance, in this work is carried out a study of case that involve an application of a dimensioned drawing using GD&T. Based on specifications that appears in this drawing, it is developed some tools to manufacturing and control of product analysis. In which, there was a productive process, consequently the creation of the Analysis Method and Effect of failure of Procedure (FMEAP), project of the job, instructions for work. Therefore, there was a simulation of the complete manufacturing product, following what is required on third level of PPAP, and then, know these tools in practice.

Key-words: Geometric Dimensioning and Tolerance (GD&T),Measuring Machines by Coordinates. Part Approval Process of Production (PPAP).

6 LISTA DE ABREVIATURAS

ASME – Sociedade Americana de Engenharia Mecânica CAD – Projeto Assistido por Computador CEP – Controle Estatístico de Processo DFMEA – Análise de Modo e Efeito de Falha de Projeto DMM – Dispositivo de Medição e Monitoramento FMEA – Análise de Modo e Efeito de Falha FMEAP – Análise de Modo e Efeito de Falha de Processo GD&T – Tolerâncias Geométricas e Dimensionais IMDS – Sistema Internacional de Dados de Materiais ISO – Organização Internacional de Normalização MAS – Análise de Sistemas de Medidas NPR – Número de Prioridade de Risco PPAP – Processo de Aprovação de Peças de Produção PSW – Certificado de Submissão de Peça QFD – Desdobramento da Função Qualidade QS – Quality System (Sistema da Qualidade) RPP – Roteiro do Processo Produtivo SAE – Sociedade Americana de Engenheiros SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial SF – Solicitação de Ferramental

7 LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Exemplo de tolerâncias dimensionais21
Figura 2 - Tolerância Geométricas e Dimensionais24
Figura 3 - Tolerância de Retilinidade24
Figura 4 - Dispositivo de controle para aferir retilinidade25
Figura 5 - Aplicação de Tolerância de Máximo Material25
Figura 6 - Tolerância de Planeza26
Figura 7 - Exemplo de tolerância de circularidade27
Figura 8 - Exemplo de tolerância de cilindricidade27
Figura 9 - Tolerância de forma de linha qualquer27
Figura 10 - Tolerância de superfície qualquer28
Figura 1 - Tolerância de Paralelismo28
Figura 12 - Tolerância de Perpendicularidade29
Figura 13 - Tolerância de Concentricidade30
Figura 14 - Tolerância Coaxialidade30
Figura 15 - Produto em estudo32
Figura 16 - Demonstração do Produto em estudo3
Figura 17 - Vista isométrica do produto a ser estudado3
Figura 18 - Localização do produto em relação ao ponto zero do veículo34
Figura 19 - Vista lateral representando as referências A e D35
Figura 20 - Vista lateral salientando a relação entre as furações36
Figura 21 - Vista isométrica demonstrando a relação entre B e C36
Figura 2 - Processo de Produção para o produto estudado39
Figura 23 - Continuação do Processo de Produção para o produto estudado39
Figura 24 - Continuação do Processo de Produção para o produto estudado40
Figura 25 - Gráfico demonstrando as vantagens da utilização do PFMEA41
Figura 26 - Blank projetado para ser conformado47
Figura 27 - Representação da ferramenta para estampar o Blank48
Figura 28 - Projeto do Lay-Out do Centro de Trabalho de estampagem dos Blank’s48
Figura 29 - Quantidade de estágios necessários para a fabricação do produto49
Figura 30 - Lay-out para o posto de trabalho da ferramenta de conformação50
Figura 31 - Posicionamento da peça no aferidor51
Figura 3 - Aferição com dispositivo de medição e monitoramento (passa e não passa)52
Figura 34 - Aferição da região de montagem53
Figura 35 - Utilização do Passa não Passa para os contornos do perfil53

9 LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Requisitos para notificação do Processo de Aprovação de Peças de Produção18
Tabela 2 - Requisitos para Submissão do Processo de Aprovação de Peças de Produção18
Tabela 3 - Níveis e seus requisitos de submissão19
Tabela 4 - Variação da Tolerância de máximo material26
Tabela 5 - Simbologia adotada para as formas de Tolerâncias31
Tabela 6 - Especificações para o produto estudado37
Tabela 7 - Critério de Avaliação de Severidade43
Tabela 8 - Critério de Avaliação de Ocorrência4
Tabela 9 - Critério de Avaliação de Detecção45
Tabela 10 - Exemplo de FMEA para o produto46
INTRODUÇÃO14
1 REFERENCIAL TEÓRICO14
1.1 PROCESSO DE APROVAÇÃO DE PEÇAS DE PRODUÇÃO (PPAP)14
1.1.1 Registro de Projetos15
1.1.2 Documento de Mudança de Engenharia Autorizada15
1.1.3 Aprovação de Engenharia15
1.1.4 Análise de Modo e Efeito de falha de Projeto (DFMEA)15
1.1.5 Diagrama de Fluxo de Processo15
1.1.6 Análise de Modo e Efeito de Falha de Processo (PFMEA)15
1.1.7 Plano de Controle16
1.1.8 Estudos da Análise do Sistema de Medidas (MSA)16
1.1.9 Estudos Dimensionais16
1.1.10 Registros de Material/Teste de Desempenho16
1.1.1 Estudos Iniciais do Processo ou Nível de Capabilidade16
1.1.12 Documentação dos Laboratórios Qualificados16
1.1.13 Relatório de Aprovação de Aparência17
1.1.14 Amostra das Partes de Produção17
1.1.15 Amostra Padrão17
1.1.16 Verificações Adicionais17
1.1.17 Exigências Específicas do Cliente17
1.1.18 Certificado de Submissão de Peça (PSW)17
1.2 NOTIFICAÇÕES AO CLIENTE17
1.3 TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS E DIMENSIONAIS (GD&T)20
1.3.1 Histórico das Tolerâncias Geométricas e Dimensionais (GD&T)2
1.3.2 Desenvolvimento das Tolerâncias Geométricas e Dimensionais (GD&T)23
1.3.3 Importância das Tolerâncias Geométricas e Dimensionais (GD&T)23
1.3.4 Classificação das Tolerâncias Geométricas24
1.3.5 Símbolos indicativos das Tolerâncias Geométricas30
2 ESTUDO DE CASO32
2.2 DESENHO DO PRODUTO3
2.3 EXEMPLOS DE ESPECIFICAÇÕES QUE SÃO DISPOSTAS NAS LEGENDAS37
2.4 ETAPAS DE FABRICAÇÃO37
2.5 PROCESSO DE PRODUÇÃO38
2.6 ANÁLISE DE MODO E EFEITO DE FALHA DE PROCESSO (PFMEA)40
2.7 ANÁLISE DAS FERRAMENTAS PARA FABRICAÇÃO DO PRODUTO47
2.7.1 Projeto da Ferramenta de Estampo47
2.7.2 Projeto do Layout para o Posto de Trabalho48
2.7.3 Determinação da Quantidade de Estágios da Ferramenta49
2.7.4 Layout do posto de trabalho em função do número de estágios da ferramenta50
UTILIZAÇÃO51
CONCLUSÃO56

12 INTRODUÇÃO

O desenvolvimento deste trabalho surgiu do anseio por conhecer como são realizados os procedimentos de análise, projeto e fabricação de produtos novos em uma empresa sistemista. Além d as ferramentas necessárias para produzir com qualidade, dentro do especificado em projeto, atendendo o que é requerido no Processo de Aprovação de Peças de Produção (PPAP). Portanto, estas etapas estão cercadas por várias ferramentas e uma das mais importantes atualmente é o sistema de Tolerâncias Geométricas e Dimensionais (GD&T), que visam aumentar o campo de tolerâncias com relação ao sistema cartesiano (tolerâncias de mais e de menos). Sendo assim, este trabalho tem como objetivo demonstrar passo a passo o que é e como funciona este sistema, desde o surgimento, seu histórico, simbologia e aplicação. Desbravando alguns mitos sobre sua utilização nos dias de hoje, com base na metodologia do Processo de Aprovação de Peças de Produção.

Com a abertura da economia no início dos anos 90 as empresas brasileiras foram lançadas em um mercado regido pela globalização econômica onde a qualidade e a produtividade são os pilares de sustentação na busca de novos modelos organizacionais. Nesta situação, as empresas sentiram a necessidade de se adaptarem às novas condições mundiais de produtividade tornando-se mais ágeis, investindo em novas tecnologias, capacitando os seus colaboradores, reestruturando seus níveis hierárquicos, e se preocupando com o envolvimento do seu quadro de funcionários com os novos fatores de competitividade.

Muitas empresas responderam rapidamente aos novos desafios diante da instabilidade econômica, em um mercado consumidor cada vez mais exigente dentro e fora do país. Tudo isto acontece em um ambiente com forte introdução das normas internacionais da série QS 9000 e ISO. Estreitam-se as saídas para as empresas, ou se adéquam aos padrões internacionais ou correm o risco de ficar fora do mercado. Paralelamente, a entrada de produtos importados com um nível de qualidade superior e a um custo menor acentuou ainda mais a exigência do consumidor interno, impondo às empresas nacionais a quebra da diferença dos padrões de qualidade que se fazia entre produtos para consumo interno e produtos para exportação.

As empresas multinacionais, por exemplo, do segmento automotivo, agrícola e rodoviário, transferiram, ou seja, terceirizaram a produção de bens manufaturados, deixando para seus domínios somente tarefas que julgam agregar mais valor final como, à montagem final. Surgindo assim, técnicas derivadas da QS 9000, como o Processo de Aprovação de Peças de Produção (PPAP), cuja finalidade é proporcionar à empresa garantia de que seu produto vai atender as características especificadas no desenho. Este documento desenvolvido por um comitê de especialistas no assunto contém 18 elementos essenciais que visam garantir a qualidade final do produto. Um dos itens mais importantes é o aspecto relacionado à dimensão do produto, que deve estar de acordo com o solicitado em desenho, caso contrário ocasionará perda de tempo indesejada no momento da montagem ou utilização do produto.

No desenrolar deste trabalho é descrito o histórico da criação do Processo de

Aprovação de Peças de Produção (PPAP), de onde este foi derivado, dando enfoque aos 18 elementos que o compõe, justificando a aplicação de cada item. Para assim, demonstrar as suas vantagens ou desvantagens, tanto para as empresas que detêm o projeto, quanto para as que realizam a terceirização.

Além, dos itens importantes que compõe o PPAP, relacionados à avaliação das dimensões de projeto e posterior fabricação de um determinado produto. Estes itens contêm as Tolerâncias Geométricas e Dimensionais, os quais ganharam notoriedade nos últimos anos, principalmente por algumas empresas do setor Automotivo Americano. Por outro lado, percebem-se muitas deficiências na aplicação, interpretação e controle do GD&T, pois este é o meio pelo qual engenheiros, técnicos, e projetistas podem criar desenhos de qualidade e por extensão produtos de qualidade. Entretanto para obter os benefícios do GD&T as empresas primeiramente devem entender e eliminar mitos comuns relacionados à sua utilização.

Neste trabalho inicialmente são analisadas as vantagens do GD&T, sua história, e em seguida, são abordados exemplos com relação a algumas simbologias, de acordo com a norma regulamentadora ASME Y-14. 5, 1994. Entendendo-se como é aplicado o GD&T, parte-se para explicação de um exemplo prático. Contudo, são apresentados os fatores que levaram a criação, ou seja, ao surgimento da QS 9000 e conseqüentemente do Processo de Aprovação de Peças de Produção e do Sistema de (Tolerâncias Geométricas e Dimensionais). Dentre alguns aspectos são abordados fatos como a utilização destes sistemas pelas empresas em um estudo de caso, realizando uma abordagem de todos os passos necessários para a fabricação de um produto estampado, desde a análise do posto de trabalho, projeto de ferramentas, instrução de trabalho, roteiro de processo produtivo e por último o projeto de aferidores, deixando-se o produto adequado para a manufatura.

14 1 REFERENCIAL TEÓRICO

Com base nos inúmeros fatores relatados anteriormente, percebe-se que o surgimento de um produto novo para empresas sistemistas é algo burocrático. Além, de estar coberto por muita concorrência, pois, no momento em que a empresa criadora do projeto busca qual fornecedor possui maiores condições para a fabricação do produto, deve-se ressaltar que neste caso não está procurando somente empresas possuidoras de tecnologia e/ou preço competitivo, mas também, qualidade e pontualidade na entrega.

Com o advento da QS 9000, norma que procurou reunir em um único manual, os requisitos das três maiores montadoras Americanas (General Motors, Ford e Chrysler) e mais algumas montadoras designadas como signatárias deste segmento. Evidenciando-se neste manual a necessidade de incluir uma metodologia única para aprovação de amostras que contemplasse as expectativas do conglomerado, surgindo assim, o Processo de Aprovação de Peças de Produção, com o objetivo de garantir a perfeita fabricação de novos produtos, sendo constituído por dezoito elementos essenciais que serão analisados no decorrer deste trabalho.

O objetivo da QS 9000 engloba principalmente a definição dos requisitos fundamentais da qualidade dos fornecedores internos e externos, de peças, serviços, e materiais. Devido ao fato que antes de seu surgimento existiam muitas normas no mercado, gerando aos fornecedores esforços desnecessárias para atender a todos os requisitos, como por exemplo, duas normas exigiam praticamente o mesmo documento, porém, com diferente formatação. Em outros casos algumas empresas exigiam procedimentos extremamente burocráticos sendo que outras já utilizavam soluções mais eficientes, sendo necessário criar um único procedimento, com o objetivo de formalizar as normas, criando-se assim o Processo de Aprovação de Peças de Produção.

1.1 PROCESSO DE APROVAÇÃO DE PEÇAS DE PRODUÇÃO (PPAP)

A documentação do Processo de Aprovação de Peças de Produção é para cada peça, ou para cada desenho em seu nível de revisão atual. O PPAP é o resultado do Planejamento Avançado da Qualidade do Produto, (APQP), metodologia, que visa balizar todas as etapas do planejamento e desenvolvimento de um projeto. Os elementos do PPAP são divididos em cinco níveis onde para cada um existem peculiaridades a serem seguidas, como exigências mínimas pela empresa contratante, ou seja, devem ser submetidos (S), ou rejeitados (R), como serão analisados neste trabalho, mas em termos gerais o PPAP engloba dezoito elementos, os quais são demonstrados e discutidos a seguir [1].

1.1.1 Registro de Projetos O Setor de Engenharia grava uma cópia do desenho, caso o cliente venha a ser o responsável pelo projeto, este é emitido junto com a ordem de compra. Se o fornecedor for o responsável, o desenho será liberado no momento da autorização do fornecedor, incluindo alterações realizadas pela engenharia, para melhora de componentes. Também deve ser anexado o relatório de composição do material da peça, cadastrado no Sistema Internacional de Dados de Materiais (IMDS) [1].

1.1.2 Documento de Mudança de Engenharia Autorizada Documenta o projeto original e mostra a descrição detalhada de mudanças que ocorram no decorrer da produção, tanto na peça ou ferramenta, ou seja, os desvios que aconteceram [1].

1.1.3 Aprovação de Engenharia Experimentação da engenharia com as peças de produção executadas na indústria do cliente. “Um desvio provisório” é requerido geralmente para emitir as peças ao cliente antes do PPAP [1].

1.1.4 Análise de Modo e Efeito de falha de Projeto (DFMEA) Análise da modalidade e do efeito de falha do projeto (DFMEA), revisado e assinado pelo fornecedor e pelo cliente. Se o cliente for responsável pelo projeto, geralmente não compartilha desta original com o fornecedor. Entretanto, a lista de todas as características críticas e elevadas de impacto no produto deve ser compartilhada com o fornecedor [1].

1.1.5 Diagrama de Fluxo de Processo Indica todas as etapas e seqüências do processo da fabricação, incluindo novos componentes, atendendo necessidades, requisitos e expectativas especificadas pelo cliente [1].

1.1.6 Análise de Modo e Efeito de Falha de Processo (PFMEA) Processo de análise e modalidade do efeito de falha (PFMEA), assinado pelo fornecedor e pelo cliente. O PFMEA segue as etapas do processo de produção e indica os erros que podem ocorrer durante a fabricação [1].

1.1.7 Plano de Controle Plano de controle, assinado pelo fornecedor e pelo cliente. Este segue as etapas de

PFMEA e fornece mais detalhes, como por exemplo, as alterações potenciais que podem ser verificadas dentro da qualidade, do processo de produção do conjunto ou dos métodos utilizados para a inspeção dos produtos [1].

1.1.8 Estudos da Análise do Sistema de Medidas (MSA) Contém geralmente as configurações para as características críticas ou elevadas de impacto e a calibragem usada para medir estas características, utilizam normalmente técnicas como R&R (repetividade e reprodutividade), Tendência e Linearidade [1].

1.1.9 Estudos Dimensionais Nesta lista estão mostradas as características do produto, como, a especificação da dimensão do mensurando, os resultados encontrados e a exibição da avaliação se esta dimensão for “aprovada” ou “reprovada”, de acordo com o desenho e plano de controle, para cada processo de manufatura, considerando cada célula ou linha de produção [1].

1.1.10 Registros de Material/Teste de Desempenho Os registros do material e seu desempenho demonstram se a matéria-prima está de acordo com a especificação do fornecedor. Se houver uma exigência da engenharia, geralmente anota-se no registro. Este deve ser revisto e assinado por grupos de engenharia do cliente e do fornecedor [1].

1.1.1 Estudos Iniciais do Processo ou Nível de Capabilidade Seção que mostra todas as cartas estatísticas do controle do processo que afetam as características mais críticas. O objetivo é demonstrar que os processos críticos possuem estabilidade, ou seja, o processo deve ser considerado como aceitável antes da submissão do PPAP [1].

1.1.12 Documentação dos Laboratórios Qualificados Cópias da documentação do laboratório de todas as certificações (Para ensaios de:

Pintura, Solda e Dimensional) dos mesmos que executaram os testes. Para laboratório interno o mesmo deve ter escopo e documentação demonstrando que o mesmo é qualificado para a medição ou ensaio [1].

1.1.13 Relatório de Aprovação de Aparência Cópia do relatório da aprovação de aparência (inspeção de aprovação da aparência) assinado pelo cliente, para cada peça ou lote. Aplicável para os componentes que afetam a aparência somente [1].

1.1.14 Amostra das Partes de Produção Produção de amostras do mesmo lote da produção inicial. O pacote de PPAP mostra geralmente um retrato da amostra e onde é mantido (cliente ou fornecedor), com embalagens adequadas e devida identificação [1].

1.1.15 Amostra Padrão Amostra aprovada e assinada pelo cliente e pelo fornecedor; aquela que será usada para treinar operadores em inspeções subjetivas, tais como visuais ou de ruído [1].

1.1.16 Verificações Adicionais Caso seja requerido pelo cliente, deve-se submeter juntamente com a submissão de

PPAP qualquer auxílio de verificação de conjunto/montagem específicos de peças ou componentes [1].

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