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ESTRUTURA DE INFORMAÇÃO NECESSÁRIA EM AMBIENTES DE PROJETO ORIENTADO PARA A MANUFATURA DE PEÇAS PLÁSTICAS INJETÁVEIS

Por: Osiris Canciglieri Júnior

Os sistemas de engenharia baseados em modelos de produto e manufatura de produtos plásticos injetáveis precisam do suporte de uma estrutura adequada de informação. Estes sistemas devem representar os múltiplos aspectos de um produto em ambientes de projeto Orientado para a Manufatura (DFM). Este estudo explora aspectos da moldabilidade da peça plástica, do projeto e da manufatura da cavidade do molde.

A muito tempo,um problema crucial no desenvolvimento de novos produtos é a necessidade de redução do tempo consumido durante as fases de projeto e manufatura tentando manter a qualidade requerida a um custo acessível aos consumidores. Para conseguir isso são necessários conhecimentos e experiência em áreas, envolvendo consumidores e fornecedores. O desenvolvimento do projeto precisa ser muito bem gerenciado e integrado, o que tem permitido o crescimento, nas últimas décadas, do uso de técnicas de engenharia simultânea.

Um componente importante da engenharia simultânea é o Projeto Orientado para a Manufatura (DFM – Design for manufacturing), que permite entender a importância da integração entre as operações de projeto e manufatura para atingir os objetivos de qualidade e custo de fabricação. O DFM incorpora informações referentes à manufatura, auxiliando a comunicação entre todos os elementos e permitindo que o projeto possa ser adaptado durante cada estágio da confecção do produto.

Os sistemas de projeto devem integrar as atividades de projeto, manufatura, banco de dados e sistemas computacionais especialistas, para oferecer suporte aos times de engenharia promovendo acessos consistentes às informações do produto e da manufatura para fundamentar tomadas de decisões.

A tecnologia de features deve prover melhor integração entre o projeto e as atividades de manufatura através da análise de elementos finitos, do planejamento do processo, da usinagem, da fixação de produtos e dispositivos, entre outros.

Entretanto, pesquisadores desta área têm explorado de maneira limitada esta tecnologia, já que as features têm sido utilizadas somente para representar uma característica técnica do produto (por exemplo, a modelagem geométrica ou a usinagem ou a montagem).

Portanto, para se obter maior potencialidade, os sistemas integrados de projetos devem unir um elenco de diferentes aspectos do produto plástico injetável, tais como a geometria, os requisitos funcionais, os parâmetros de moldabilidade e as condições de manufatura do produto plástico e do molde. As abordagens atuais não atendem essas necessidades.

Este artigo explora o potencial de utilização de features em sincronia com técnicas de modelagem de informação promovendo um conjunto (set) compreensível de elementos para o projeto sob vários pontos de vista da manufatura. Cada set pode referenciar aspectos da forma ou de outros atributos do produto.

Este artigo apresenta também contribuição na área de sistemas de suporte ao DFM utilizando os bancos de dados de produto e da manufatura, que fornecem informação apropriada para cada ponto de vista do produto.

SUPORTE ÀS EQUIPES DE PROJETO BASEADO NOS SISTEMAS DE INFORMAÇÃO

A maioria das metodologias de DFM tem enfatizado simplesmente um processo de fabricação. Entretanto, muitos são os processos de fabricação envolvidos e, para cada um deles, o sistema de informação deve oportunizar a inserção de experiência durante as fases de execução do projeto.

Portanto, o sistema deverá ser composto de uma base de dados do produto e uma da manufatura. O modelo de produto provê todas as especificações técnicas e as informações sobre as relações de dependência de cada característica do produto com os aspectos de manufatura.

O modelo de manufatura fornece informações sobre os processos de projeto e fabricação, por meio das features de projeto que incluem, para uma peça injetada em plástico, dados sobre geometria do produto, localização de linha de participação do molde, tolerâncias dimensionais e de forma, enquanto que a as features de manufatura agregam diversos elementos referentes aos recursos necessários para a fabricação do molde e da peça final.

Este sistema permite o rápido acesso às informações durante a etapa de desenvolvimento do projeto do produto e do molde e ao longo da construção propriamente dita.

A aplicação de programas que integram o projeto do produto e a sua manufatura, oferece flexibilidade, integração de dados e apoio durante o ciclo de vida do produto. Essas ferramentas devem ser modulares e de fornecedores independentes. Modelos de sistemas de dados dirigidos devem usar e gerar informações a partir de aplicações múltiplas de programas computacionais de diferentes origens e mesmo assim manter a compatibilidade de dados entre os modelos de informação.

A indústria de injeção de plásticos abriu oportunidades para pesquisadores explorarem problemas de múltipos pontos de vista devido à diversidade e complexidade dos problemas relacionados com pelas plásticas e suas modelagens de manufatura.

Esta pesquisa está focada em três áreas relacionadas com produtos e moldes para a injeção de plásticos: o projeto da peça plástica pelo projetista do produto, o projeto da cavidade do molde pelo projetista do molde e finalmente a manufatura do molde pelo fabricante.Nestas áreas existem inúmeros pontos de vista que devem ser identificados e integrados, conforme figura 1.

Figura 1 – Múltiplos pontos de vista de moldes e produtos plásticos.


A moldabilidade da peça plástica

A base de dados da moldabilidade deve conter as informações sobre o produto plástico que serão incorporadas no projeto do molde, certificando-se que o molde será usado repetidamente obedecendo as propriedades e especificações do produto. Neste estudo, a vista da moldabilidade foi considerada como ponto de partida para a exploração dos problemas na abordagem dos múltiplos aspectos, figura 2.

Contudo essa pesquisa não está efetuando a modelagem de informação referente a moldabilidade do produto, uma vez que a informação da vista de moldabilidade já está guardada corretamente no modelo de produto.

As features de moldabilidade são definidas como um conjunto de características que auxiliarão a aplicação do projeto orientado para a moldabilidade. Essa sessão discute os tipos de features usados para modelar uma série de produtos prismáticos de paredes finas utilizados nessa pesquisa.

Figura 2 – Informações necessárias do ponto de vista da moldabilidade de um produto prismático (estojo para fio dental).

As features de parede são consideradas primárias porque os produtos plásticos, na maioria das vezes, são compostos essencialmente por paredes. Os reforços, nervuras, ressaltos e furos estão nas paredes, razão pela qual são classificados como features modificadoras.

A figura 3 ilustra a classificação da moldabilidade prismática, com quatro subtipos de features: primária; modificadora; de transição e; de linha de partição do molde.As informações de moldabilidade devem ser aplicadas nos projetos do produto e do molde.

Essa pesquisa mostra como as informações de moldabilidade podem ser armazenadas corretamente no modelo do produto e este oferecer suporte aos outros aplicativos específicos integrados em um ambiente de multilplas vistas de projeto orientado para a manufatura.A terminologia utilizada nessa pesquisa, como paredes, reforços, nervuras, furos, entre outros, está ilustrada na figura 3

Figura-3 Classificação da moldabilidade prismática (5)

O Projeto da cavidade do molde.

O ponto de vista do projeto do molde deve conter toda a informação relativa ao projeto da cavidade do molde de injeção, sendo dividida em sistemas de moldagem, alimentação, extração, resfriamento, entre outros.

Consideramos aqui, apenas a cavidade para um molde de duas placas, o sistema de moldagem, a posição do bico de entrada e dos pontos de extração da peça (Figura 4).

Para integrar as informações existentes no projeto de molde, é preciso entender quais informações serão necessárias em cada estrutura de classe de projeto e quais as relações entre essas classes. Não representa somente o projeto do inserto, mas também este auxiliará a sua manufatura. A figura 4 ilustra também o sistema de moldagem com furo para entrada do plástico líquido (gate hole), os furos de fixação e posicionamento do molde.

Figura 4 – Sistema de moldagem (insertos para o macho e a cavidade do moldes ).

A manufatura da cavidade do molde.

Para a fabricação do molde podem ser empregadas várias técnicas ou processos. Consideradas aqui somente as cavidades usinadas pelos processos de fresamento e furação. As informações relativas ao sistema de manufatura devem auxiliar o projetista a decidir qual processo ou processos são os mais adequados.

Nesta pesquisa consideramos somente a informação requerida para fabricação do sistema de moldagem (inserto da cavidade) e os furos destes insertos (furos de fixação, de posicionamento e bico de entrada no inserto).

A informação geométrica do inserto é muito importante bem como cada feature de usinagem para manufaturar o inserto, uma vez que são primariamente relacionadas à sua geometria. Essa geometria deve prover informações de sua forma, que determinará o volume que será removido na matéria bruta. A definição geométrica para o inserto de cavidade na vista de manufatura pode ser dividida em duas categorias:

1 – Informação geométrica da cavidade para a manufatura;

2 – Informação do corpo principal do inserto de cavidade para a manufatura).

A definição da manufatura do inserto está relacionada com a remoção do material bruto para produzir a forma do inserto da cavidade requerida. Dessa forma a definição geométrica usada para a manufatura do inserto é muito similar a definição geométrica apresentada para a vista do projeto do inserto da cavidade. A figura 5 mostra um inserto da cavidade prismática, ilustrando o sólido de cavidade gerado pela união das superfícies planas e curvas. Nesse caso, também o sólido é considerado como volume negativo, uma vez que deve ser removido do material bruto.

 

Figura 5 – Geometria da cavidade prismática

A figura 6 apresenta a forma externa do inserto, a geometria do bico de entrada e dos furos de posicionamento e fixação. A forma externa ou corpo principal é considerado como volume positivo e a diferença de volume entre eles deve ser removida. Portanto, os furos também são considerados como volume negativo.

A informação de tolerância do molde é muito importante do ponto de vista da manufatura que, juntamente com a informação geométrica, dará ao projetista informações substanciais para decidir qual processo ou processos poderão ser utilizados na fabricação do inserto do molde.

 

Figura 6 – Geometria do corpo principal do inserto prismático.

Essa parte da pesquisa está concentrada somente em como definir as features de usinagem para produzir o inserto da cavidade do molde. Cada feature de usinagem relaciona-se diretamente com as de tolerâncias, que nesse caso pode ser dimensional ou geométrica. As tolerâncias da cavidade são acessadas diretamente da peça plástica a partir do acabamento requerido par aas superfícies internas e externas, da dimensão de espessura e seus aspectos funcionais.

A figura 7 ilustra um caso onde o inserto do macho não está alinhado corretamente como inserto da cavidade resultando em diferença de espessuras de parede.


Figura 7 – Exemplo de problema com a tolerância de alinhamento de montagem.

O MODELO DE PRODUTO EM AMBIENTE DE VISTAS MÚLTIPLAS .

A implantação do modelo de produto através de requisitos múltiplos (moldabilidade da peça plástica, projeto e manufatura da cavidade) foi realizada utilizando um banco de dados orientado ao objeto UNISQL. Os pontos de vista foram implementados de acordo com as definições apresentadas anteriormente que produziram dados de saída (outputs) além de outras informações.

As estruturas de classes devem ser aguardadas de forma consistente no banco de dados (modelo de produto), uma vez que o objetivo desta pesquisa não é de desenvolver todos os aplicativos de projeto, mas de demonstrar que as informações oferecem suporte a uma quantidade de aplicativos usados nas atividades de projeto que focam o trabalho com múltiplas vistas em um DFM.

A informação geométrica deve ser gerada por um sistema CAD integrado com um aplicativo, todavia o desenvolvimento de uma interface com um sistema CAD não é parte desta pesquisa.

Uma caixa plástica prismática com um degrau no topo das paredes verticais (Figura 8) foi o produto selecionado para o teste das vistas implementadas no modelo de produto. O degrau tem a função de ajustar a tampa da caixa. A figura 8 apresenta também as janelas de diálogo do banco de dados modelo de produto que possui as informações deste produto plástico.

A janela “A” mostra o primeiro nível de representação do produto e seus atributos (nome, identificação e descrição), as classes do material e features de moldabilidade. A janela “?” contém as informações referentes ao plástico que será utilizado na peça (polietileno – PE) e sua contração.Por fim, a janela “C” mostra a lista de features prismática da moldabilidade.

 

Figura 8 – Representação da peça plástica prismática no banco de dados modelo de produto.

Conceitualmente os produtos plásticos prismáticos são definidos por superfícies planas e curvas.

O inserto da cavidade e composto por: cavidade prismática; corpo principal do inserto, furos de fixação; furos de posicionamento e; furo de entrada do plástico, como ilustrado na figura 9, que apresenta também as janelas “A”, “B” e “C” de diálogo do banco de dados, que definem conceitualmente este inserto.


Figura 9 – Representação do inserto da cavidade no bamco de dados de produto.

A figura 10 apresenta as janelas de diálogo do banco de dados do inserto da cavidade prismática. A janela “A” ilustra o nome dado ao inserto e a “B” a lista dos quatro furos de fixação, dois furos par ao posicionamento do inserto no alojamento do molde e um furo utilizado para entrada do plástico. A janela “C” contém as informações de um dos furos de fixação com diâmetro e profundidade do alojamento da cabeça do parafuso de 12 mm e 15 mm respectivamente.

A janela “D” apresenta o material em que o inserto será feito, as janelas “E”, “F” e “G” as informações do inserto do corpo principal e seus objetos associados. Finalmente, as janelas “H” e “I” mostram em detalhes a cavidade prismática e seus objetos associados, neste cão a lista de superfícies.


Figura 10 – Representação do projeto da cavidade prismática.

A caixa “A” da figura 11 apresenta a definição dos dados d manufatura da cavidade prismática, a “B” a lista de superfícies que deverão ser usinadas e as janelas “C” “D” “E” os detalhes das features de superfície.



Figura 11 – Representação da usinagem de uma cavidade prismática.

Esse artigo apresentou a necessidade de desenvolvimento de futuros sistemas de projeto de produto orientados para a manufatura que deverão oferecer suporte nas atividades de projeto em múltiplos pontos de vista do produto. As vantagens de utilizar a modelagem de informações e de prover um banco de dados com estas informações na forma de modelos de produto s manufatura devem atuar como precursores para tomadas de decisões.

A estrutura de informação deve ser correta e correlacionada para auxiliar cada aspecto. Por exemplo, a feature da moldabilidade de uma parede deve ter relação com a cavidade que pode ser definida utilizando o mecanismo de conversão. Em essência, cada informação deve ser bem estruturada de maneira a atender os dois casos. O nível de detalhe capturado na estrutura de informação é muito importante para que se determine a quantidade de processos que serão necessários para executar a conversão de informação de uma vista para a outra.

A pesquisa explorou definições de uma estrutura de dados para atender aplicações específicas. Ao mesmo tempo em que se mostrou adequada para a área focada, quando o conceito é estendido para a manipulação de um grande número de aplicativos, serão necessários mais estudos a respeito da conversão de informação.

Quando isso ocorrer, a abordagem deverá assumir que um grande número de definições de estrutura de dados será requerido.

 

Por: Osiris Canciglieri Júnior

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Osíris Canciglieri Júnior – Professor Titular do Departamento de Engenharia Mecatrônica e Produção e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas da Pontifica Universidade Católica do Paraná (PUCPR). Engenheiro Industrial Mecânico pela Escola de Engenharia Industrial de São José dos Campos (EEI). Mestre em Engenharia Mecânica pelo Departamento de Fabricação da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas DEF/FEM/UNICAMP. Ph.D. pelo Departamento de Manufatura da Universidade de Loughborough, Inglaterra. Coordenou o curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Engenharia, Projeto e Manufatura Assistidos por Computador e atualmente coordena o Curso de Especialização em Engenharia da Qualidade de Produtos e Processos. Atuou como projetista na área de projeto ferramental na Empresa Brasileira de Aeronáutica EMBRAER. Foi consultor Ad Hoc da Fundação Araucária e da Fundação de Ciência e Tecnologia do Estado de Santa Catarina (FUNCITEC). Áreas de pesquisa em metodologias de projeto para o desenvolvimento de novos produtos. Planejamento do Processo Assistido por Computador (CAPP), Projeto Assistido por Computador (CAD), Manufatura Assistida por Computador (CAM), Projeto Orientado para a Manufatura (DFM e DFA), Engenharia Simultânea, modelagem e compartilhamento de informações entre modelos de Produtos e Manufatura, Tecnologia CAD/CAM e técnicas avançadas de manufatura.

Fonte : Revista Ferramental

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