9. Análise_Econômica_Usinagem

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9. Análise das condições econômicas de usinagem
9.1. Introdução
	Em razão do:
 Aumento do grau de automatização de máquinas-ferramentas;
 Desenvolvimento de tecnologia de fabricação;
 Materiais de ferramentas e materiais para a fabricação de peças;
	Periodicamente, deve-se fazer uma correção dos valores recomendados de velocidade de corte.
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	Em 1940 trabalhava-se com vidas de ferramentas de 4 a 8 horas.
	Em 1960, em decorrência do custo crescente da hora-máquina e do custo de instalação, 60 minutos era considerada vida econômica.
	“Hoje”, devido ao crescimento do custo de investimento e custo de salários, à diminuição constante do custo de ferramentas e à melhora do comportamento das mesmas em relação à vida, as vidas otimizadas estão na faixa de 10 a 20 min.
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	A necessidade de uma diminuição da vida das ferramentas para máquinas caras pode ser entendida observando-se as dependências de custo.
	Condições de corte leves levam a vidas longas. Tem-se poucas trocas e baixo custo de ferramentas.
	Por outro lado tem-se longos tempos de usinagem, que levam a custo de salário elevado e alto custo de utilização de máquinas-ferramentas, em relação ao volume usinado.
	Os custos de salário e de máquina-ferramenta tem aumentado muito nos últimos anos, e os custos de ferramenta e de troca de ferramenta têm aumentado em menor escala.
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	Assim, tem-se uma diminuição dos custos com o aumento das velocidades de corte e respectiva diminuição da vida da ferramenta.
	Também uma melhora da qualidade do material da ferramenta leva à melhora da resistência ao desgaste.
	Com isso podem ser empregadas velocidades de corte mais elevadas e, pela diminuição da dependência do desgaste da ferramenta de corte, obtém-se uma diminuição suplementar da vida ótima.
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	De acordo com o processo de fabricação deve-se escolher qual o objetivo da otimização.
	No desbaste pode-se trabalhar com duas grandezas de otimização:
 Minimização dos custos de fabricação (Kp); e
 Minimização do tempo de fabricação (tt).
	No acabamento, no entanto, geralmente são requeridos outros tipos de otimização.
	Neste caso, a manutenção de tolerâncias dimensionais apertadas, certas características de qualidade superficial e outras condições devem ser mantidas para garantir a funcionalidade do componente e, em decorrência disso, são critérios de maior importância.
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	O que é Velocidade crítica?
i. O que acontece se a velocidade de corte usada for ligeiramente maior do que a velocidade de corte crítica?
	Desgaste? T? e Custo com ferramentas de corte? Como conseqüência, tem-se:
 Tempo de corte por peça será alto (baixa produção horária);
 Alto custo com máquina ferramenta e operador;
 Pouca troca da ferramenta, baixo tempo passivo.
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ii. O que acontece se a velocidade de corte usada for muito maior do que a velocidade de corte crítica?
	 Desgaste? T? e Custo com ferramentas de corte? Como conseqüência, tem-se:
 Tempo de corte por peça será baixo (alta produção horária);
 Baixo custo com máquina ferramenta e operador;
 Muita troca da ferramenta, alto tempo passivo, que podem resultar também num tempo grande pra produção de uma peça (tempo de corte mais tempos passivos).
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	Conclusões:
 Existe um valor intermediário de velocidade de corte entre a velocidade crítica e uma velocidade muito superior a ela onde se tem os menores custos de produção. Essa velocidade de corte é denominada velocidade de mínimo custo (Vco);
 Existe também, um valor intermediário de velocidade de corte entre a velocidade crítica e uma velocidade muito superior a ela onde se tem o menor tempo total de fabricação de uma peça. Essa velocidade de corte é denominada velocidade de máxima produção(Vcmxp);
 Será mostrado que Vcmxp é sempre maior do que Vco.
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9.1. Ciclos e tempos de usinagem
	O ciclo de usinagem de uma peça, que pertença a um lote de Z peças, é constituído diretamente pelas seguintes fases:
i. Colocação e fixação da peça;
ii. Aproximação e posicionamento da ferramenta;
iii. Corte da peça;
iv. Afastamento da ferramenta;
v. Inspeção (quando necessário) e retirada da peça.
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	Fazem parte indiretamente no ciclo de usinagem de um lote de Z peças:
vi. Preparo da máquina-ferramenta;
vii. Remoção da ferramenta para sua substituição;
viii. Recolocação e ajuste da nova ferramenta.
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	Cada uma das fases apresentadas acima vai ser denominada como a seguir:
 tt – tempo total de usinagem de uma peça;
 tc – tempo de corte (fase iii);
 ts – tempo secundário (fases i e v);
 ta – tempo de aproximação e afastamento (fases ii e iv);
 tp – tempo de preparo da máquina-ferramenta (fase vi);
 tft – tempo de troca da ferramenta (fases vii e viii).
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	O tempo total de usinagem de uma peça dentro de um lote de Z peças, é dado pela equação abaixo:
																		(1)
Sendo:	Nt = número de trocas da ferramenta para a usinagem do lote.
																		(2)
																		(3)
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	Sendo:	Zt = número de peças usinadas durante a vida T de uma ferramenta.
	Substituindo a Eq. (3) na Equação (1), tem-se:
																		
																		(4)
	
	O tempo total de usinagem de uma peça pode ser dividido em 3 parcelas:
																		(5)
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	Sendo:
 tc – tempo de corte (Vc?);
 t1 – tempo improdutivo (colocação, inspeção e retirada da peça; aproximação e afastamento da ferramenta;substituição da ferramenta e preparo da máquina) – Vc?
 t2 – tempo relacionado com a troca da ferramenta (Vc?).
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9.1.1. Velocidade de corte de máxima produção
	Para um torneamento cilíndrico:
																		(6)
	Esta equação pode ser usada para qualquer situação?
	Substituindo-se a Eq. (6) na Eq. (4) tem-se:
(7)
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	Mas:
(8)
	
	Substituindo a Eq. (8) na Eq. (7), tem-se:
(9)
 tc?
 t1?
 t2?
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	Tempo de produção por peça x velocidade de corte
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	O valor da velocidade de corte de máxima produção (mínimo tempo de produção) é o ponto de mínimo da função expressa pela Eq. (9).
	Assim, a velocidade de máxima produção é dada por:
(10)
	A vida da ferramenta para a máxima produção é:
(11)
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9.2. Custos da produção
	Podem ser divididos em 2 categorias:
 Àqueles devido ao processo de usinagem, (custo de ferramenta, ocupação da máquina e operador, fluido de corte);
 Àqueles indiretamente envolvidos com o processo de usinagem (custo do controle de qualidade, matéria prima, mão de obra indireta).
	A análise de custo com o intuito de determinar a velocidade de mínimo custo (Vco), deve considerar apenas a primeira categoria de custos.
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	Os custos diretamente envolvidos com a produção de uma peça por usinagem são:
 Kp = Custo de produção por peça;
 Kus = Custo de mão-de-obra de usinagem;
 Kuf = Custo de ferramenta (depreciação, troca, afiação);
 Kum = Custo da máquina (depreciação, manutenção, espaço oupado, energia consumida);
9.12
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i. Custo de mão-de-obra de usinagem - Kus;
9.13
Sendo:	tt = tempo total de confecção por peça em minutos.
			Sh = Salário e encargos do operador em R$/hora.			
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ii. Custo da máquina - Kum;
													9.14
Sendo:	Sm = Custo total da máquina em R$/hora;
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												9.15
Sendo:	Vmi = Valor inicial de aquisição da máquina;
			m = idade da máquina em anos;
			M = Vida prevista para a máquina em anos;
			j = taxa de juros por ano;
			Kmc = Custo anula de manutenção da máquina 						em R$/ano;
			Em = Espaço ocupado pela máquina em m2;
			Ke = Custo em m2 ocupado pela máquina em 						R$/m2.ano;
			H = Número de horas de trabalho por ano.
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iii. Custo das ferramentas- Kuf
	No caso de se utilizar pastilhas intercambiáveis como ferramenta, o custo da ferramenta por vida é dado por:
9.16
Sendo:	Nfp = Vida média do porta-ferramenta,em quantidade de arestas de corte, até sua possível inutilização;
			Vsi = Custo de aquisição do porta-ferramenta;
			Ns = Número de aresta de corte da pastilha intercambiável;
			Kpi = Custo de aquisição da pastilha intercambiável.
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	O custo da ferramenta por peça é dado por:
9.17
Sendo:	Zt = Número de peças usinadas por vida T da ferramenta.
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9.2.1. Vida econômica da ferramenta
	Substituindo as Eqs. 9.13, 9.14 e 9.17 na Eq. 9.12, tem-se:
9.18
	Pode-se escrever ainda:
9.19
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Custo por peças (R$)
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	O valor mínimo de Kp (admitindo-se ap e f constantes), obtém-se quando a derivada de Kp em função de Vc for nula, assim:
	
	Logo, a velocidade de mínimo custo será:
9.20
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	A vida da ferramenta para a condição de mínimo custo é dada por:
9.21
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9.3. Intervalo de Máxima eficiência (IME)
	É um intervalo compreendido entre as velocidades de mínimo custo (Vco) e máxima produção (Vcmxp).
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	É importante que o valor real da velocidade de corte utilizado esteja dentro desse intervalo?
	O que acontece se o valor da Vc real por menor do que Vco, portanto fora do IME?
	O que acontece se o valor da Vc real por maior do que Vcmxp, portanto fora do IME?
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9.3.1. Considerações sobre a escolha da velocidade de corte dentro do IME.
	Quais são as circunstâncias onde a velocidade de corte deve se aproximar da Vcmxp ou se aproximar da Vco?
 Takt Time?
 
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9.3.2. Utilização do IME dentro dos modernos sistemas de manufatura
O que ocorre com os modelos descritos quando o tempo de troca da ferramenta é igual ou próximo de zero?
 O que ocorre com os modelos descritos quando o tempo de preparação da máquina para usinar um lote (tp) é muito pequeno?
 O que ocorre com os modelos descritos quando a vida da ferramenta (T ou ZT) é maior que o tamanho do lote (Z), já que este tem diminuído bastante?