Aplicação da medição com sonda durante o processo na maquinagem de cubos de rodas para automóveis

I. Perfil do cliente

O cliente é um grande fabricante de rodas de liga de alumínio na China, com quase vinte anos de experiência de produção. A empresa centra-se em rodas para automóveis de passageiros, veículos comerciais e motociclos de alta qualidade.

A empresa é um fornecedor de longa data de vários fabricantes de equipamento original (OEM) de empresas comuns, incluindo a Volkswagen, a Toyota e a Honda. A produção anual é de cerca de quatro milhões de rodas, exportadas para mais de trinta países. No mercado nacional de jantes de gama média e alta, a empresa mantém-se entre os principais fornecedores.

Uma vez que a maior parte do seu negócio provém de programas OEM, o cliente segue padrões de qualidade automóvel rigorosos. Para a maquinação de rodas, colocam grande ênfase na precisão dimensional, consistência dos lotes e produção estável.

II. Antecedentes

Nos últimos anos, a indústria automóvel evoluiu para estruturas mais leves, tolerâncias mais apertadas e padrões de segurança mais elevados. Como resultado, os OEMs exigem agora um controlo muito mais rigoroso das principais dimensões das rodas, como a concentricidade, a excentricidade axial e o diâmetro do furo. Para alguns modelos, as tolerâncias foram reduzidas para ±0,05 mm.

Ao mesmo tempo, a procura do mercado tornou-se mais fragmentada. Os modelos de rodas são actualizados com maior frequência e a produção muda frequentemente entre diferentes tipos em ciclos curtos. O cliente tem de manter a flexibilidade, ao mesmo tempo que mantém o rendimento global a um nível elevado.

No modo de produção original, dois problemas tornaram-se cada vez mais evidentes. Em primeiro lugar, as peças em bruto de alumínio fundido por gravidade apresentavam grandes variações na margem de maquinação, normalmente entre 0,3 e 0,8 mm. Isto era causado pelo desgaste do molde e pelo arrefecimento desigual. O alinhamento manual não conseguia compensar estas variações de uma forma estável.

Em segundo lugar, a inspeção dimensional baseava-se principalmente na medição CMM offline. Cada peça tinha de ser retirada da máquina e levada para uma sala de inspeção separada. Um único controlo exigia mais de quinze minutos e limitava-se apenas a uma amostragem. A qualidade do lote completo não podia ser monitorizada e os desvios eram frequentemente descobertos demasiado tarde.

Para colmatar a lacuna entre a maquinação e a inspeção, o cliente decidiu introduzir a medição durante o processo e construir um sistema de ciclo fechado que ligasse a maquinação, a medição e a compensação.

III. Principais desafios

1. Elevado desperdício devido a um posicionamento incorreto

O alinhamento das peças em bruto foi efectuado manualmente, utilizando indicadores. O resultado dependia em grande medida da experiência do operador. Cada configuração exigia cerca de cinco minutos, mas a precisão do posicionamento só podia atingir ±0,1 mm. Isto não era suficiente para compensar a margem de maquinação irregular das peças em bruto.

Em média, mais de 300 peças em bruto por mês eram rejeitadas devido a material insuficiente ou a dimensões fora de tolerância. Com um custo unitário de 150 RMB, a perda anual excedia 540.000 RMB.

2. Atraso no feedback da inspeção offline

Apenas cerca de cinco por cento de cada lote era inspeccionado. Isto impossibilitava a deteção de alterações causadas pelo desvio térmico do fuso, pelo desgaste da ferramenta ou pelo desvio da peça em bruto em tempo real.

Num caso, o aquecimento do fuso causou erros de concentricidade superiores a 0,1 mm num lote de mais de 1.000 rodas. O problema só foi descoberto depois de todas as peças terem sido concluídas. As perdas diretas excederam os 150.000 RMB e os prazos de entrega ao OEM foram afectados.

3. Fraca coerência durante as frequentes mudanças de modelo

O cliente alterna entre mais de vinte modelos de rodas todos os meses. Cada mudança exigia uma nova configuração e um novo ajuste dos parâmetros, o que demorava duas a três horas.

Devido ao facto de diferentes operadores ajustarem as máquinas de forma diferente, as dimensões principais variavam entre lotes do mesmo modelo. As taxas de reclamação dos OEM atingiram três por cento, criando pressão sobre a gestão da qualidade.

IV. Solução

Qidu Metrologia trabalhou com o cliente para desenvolver uma solução baseada nos seus dez centros de maquinação vertical VMC850. O sistema combina as DOP40 apalpador tátil cnc com software de medição dedicado.

O objetivo era criar um processo em que a medição é efectuada diretamente na máquina e utilizada imediatamente para compensação.

1. Compensação do posicionamento do dispositivo de fixação

Após a fixação da peça em bruto, o CNC inicia automaticamente o ciclo de apalpação cnc. O apalpador mede quatro pontos uniformemente distribuídos no interior do furo central. Cinco pontos de referência são então medidos na face de montagem para avaliar a planicidade e o desvio de altura.

O software calcula a posição real da peça de trabalho e compara-a com as coordenadas programadas. Os valores de compensação para os eixos X, Y e Z são gerados e enviados diretamente para o controlo CNC.

Com este método, a precisão de posicionamento é mantida dentro de ±0,02 mm, sem ajuste manual.

2. Controlo das dimensões durante o processo

Para modelos de rodas de alto valor, é efectuada uma verificação adicional entre a maquinação de desbaste e o acabamento. A sonda cnc mede dimensões críticas como o diâmetro do furo e a altura do passo.

Se algum valor exceder a tolerância predefinida de ±0,03 mm, o sistema pára o processo e emite um alarme. A compensação do desgaste da ferramenta é sugerida antes de continuar a maquinação, evitando grandes lotes de peças defeituosas.

3. Mudança rápida entre modelos

Uma base de dados de modelos armazena pontos de sondagem, regras de compensação e limites de tolerância para cada tipo de roda. Quando a produção muda, o operador simplesmente seleciona o programa correspondente.

Não é necessário efetuar uma nova depuração manual. O tempo de mudança é reduzido de duas a três horas para menos de quinze minutos.

V. Resultados

Após a colocação em funcionamento do apalpador cnc DOP40, o cliente obteve melhorias mensuráveis.

• A concentricidade melhorou de 0,1 mm para 0,04 mm
• A excentricidade axial é agora controlada dentro de ±0,03 mm
• O rendimento da primeira passagem aumentou de 96,5% para 99,8%
• A variação dimensional entre lotes foi reduzida por 60%
• A taxa de reclamação dos OEM desceu abaixo de 0,2%

O tempo de preparação por máquina foi reduzido de cinco minutos para menos de quarenta e cinco segundos. A produção por turno aumentou em 22%. A eficiência da mudança de modelo melhorou em 87,5%, e a utilização global da capacidade aumentou para 95%.

A taxa de refugo caiu de 0,75% para 0,1%, economizando mais de RMB 540.000 por ano. A carga de trabalho de inspeção offline foi reduzida em 70%. Como a compensação de corte é agora mais uniforme, a vida útil da ferramenta aumentou em cerca de 20%.

VI. Comentários dos clientes

“O sistema de sondagem da Qidu ajudou-nos a resolver problemas de longo prazo entre o controlo de precisão e a eficiência da produção. O posicionamento automatizado reduziu a nossa dependência de competências manuais e a estabilidade dimensional melhorou significativamente. A sua equipa de apoio técnico respondeu rapidamente e forneceu soluções adaptadas ao nosso processo. Vemo-los como um parceiro a longo prazo.” - Diretor de Tecnologia de Produção