O processo de usinagem é um dos mais importantes meios de transformação de matéria prima metálica da indústria. São diversos os setores manufatureiros que empregam o referido processo desde microusinagem até usinagem de peças de grandes dimensões, denominada usinagem pesada. Este ultimo surgiu para atender as necessidades de um mercado particular, geralmente composto por fabricações sob encomenda de peças de grandes dimensões, tais como componentes de usinas hidrelétricas, peças para grandes siderúrgicas, etc.

Atualmente, o mercado exige das empresas uma postura agressiva com relação ao aumento da qualidade de seus produtos e redução de seus custos. Este cenário não é diferente para as indústrias de usinagem pesada. Contudo, não é relatado na literatura o desenvolvimento ou aplicação de abordagens de otimização para processos de fabricação de grande porte (usinagem pesada), o que abre a oportunidade para aplicar alguns conceitos de otimização já utilizados em outros cenários.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma proposta de otimização para 3 processos de usinagem pesada de uma indústria metalúrgica por meio da redução do tempo total de fabricação de peças de grandes proporções, diminuindo-se o tempo de corte e conseqüentemente os seus custos de fabricação.

Foram escolhidas três peças denominadas Peça 1; Peça 2 e Peça 3, utilizadas na montagem de turbinas para usinas hidrelétricas. O processo de usinagem foi realizado em um torno vertical da marca Insse TVB usando ferramenta de metal duro. O primeiro passo foi a obtenção dos tempos ativos e passivos do processo atual e a determinação do percentual de cada um deles dentro do tempo total de fabricação de cada peça, de forma a compreender a sua importância no processo de usinagem.

A seguir, foi calculado o Intervalo de Máxima Eficiência (IME), o qual é definido entre as Velocidades de Corte de Mínimo Custo (V_co) e de Máxima Produção (V_cmxp), utilizando dados obtidos no processo produtivo, assim como, informações relativas a custos de mão de obra, máquina e ferramentas etc. Foi definido um único IME para as 3 peças.

Para comparar a otimização do processo de usinagem de cada peça foram calculados quatro itens: tempo de corte (t_c), números de ferramentas consumidas por peça (N_Fer), custo de produção (K_p) e tempo de utilização da máquina (T_m), para a velocidade de corte do processo atual (V_c), para V_co e para V_cmxp. Por não sofrerem influências da V_c, os tempos passivos e custo do material foram desconsiderados nesta etapa. Não foi feita usinagem posterior para verificação da proposta.

Os resultados obtidos para cada peça foram:

Peça 1: para V_c=100 m/min, tem-se: t_c = 11.116 min; N_Fer = 159 ferr.; K_p = R$38.215,73; T_m = 230,40 h. Para  V_co = 128,55 m/min, tem-se: t_c = 8.647,23 min; N_Fer = 242 ferr.; K_p = R$36.384,19; T_m = 189,25 h. Para V_cmxp = 146,80 m/min, tem-se: t_c = 7.572,40 min; N_Fer = 302 ferr.; K_p = R$36.937,96; T_m = 171,37 h.

Peça 2: para V_c=100 m/min, tem-se: t_c = 5.660 min; N_Fer = 81 ferr.; K_p = R$19.458,53; T_m = 137,10 h. Para  V_co = 128,55 m/min, tem-se: t_c = 4.402,96 min; N_Fer = 124 ferr.; K_p = R$18.525,96; T_m = 116,15 h. Para V_cmxp = 146,80 m/min, tem-se: t_c = 3.855,69 min; N_Fer = 154 ferr.; K_p = R$18.807,92; T_m = 107,03 h.

Peça 3: para V_c=100 m/min, tem-se: t_c = 6.760 min; N_Fer = 97 ferr.; K_p = R$23.240,22; T_m = 154,10 h. Para  V_co = 128,55 m/min, tem-se: t_c = 5.258,66 min; N_Fer = 147 ferr.; K_p = R$22.126,41 T_m = 129,09 h. Para V_cmxp = 146,80 m/min, tem-se: t_c = 4.605,02 min; N_Fer = 183,53 ferr.; K_p = R$22.463,17; T_m = 118,20 h.

Com o aumento da V_c ocorreu uma redução dos t_c, e do T_m e aumento do número N_Fer. Isto implicou em redução dos custos de fabricação, principalmente, em função da diminuição do tempo de utilização da máquina, cujo custo é de R$140,00/h, mais significante do que o valor de R$16,82 do custo de cada aresta.

A metodologia adotada para a elaboração da proposta de otimização foi adequada para o cenário envolvido, qual seja, a fabricação de peças de grande porte por meio de usinagem pesada.

Com a proposta apresentada é possível obter significativa redução dos tempos totais de fabricação com conseqüente redução dos custos, mesmo com o aumento do número de ferramentas utilizadas. Isso se deve ao fato da redução dos tempos de corte e do maior peso do custo de hora da máquina e do salário do operador, em relação ao custo do ferramental envolvido.

A possibilidade de melhoria do processo é perceptível tanto se for adotada a V_co ou a V_cmxp, em função do valor da V_c atual, o qual se encontrava abaixo da V_co, por permitir a obtenção de redução de custo ou de tempo de fabricação.

A velocidade de corte de máxima produção, neste caso, seria a mais adequada para realizar o trabalho em virtude da necessidade de se acelerar o processo produtivo, pois o tempo total de fabricação das peças mencionadas é muito alto, levando vários dias para sua conclusão, apesar do custo de fabricação ser levemente maior que o obtido com a utilização da V_co (em todas as peças). O contrário seria verdadeiro em períodos de baixa produção.