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Os produtos desenvolvidos, fabricados e comercializados pela Bom Balanço são exclusivos em relação ao conceito de funcionamento, únicos produzidos e equipados com rolamentos. Esta Inovação melhora em muito o nível de Segurança, Qualidade e Funcionalidade do produto oferecido até então. O novo conceito de funcionamento, com Patente Deferida, permite que o produto seja utilizado tanto para o descanso quanto para o balanço, oferecendo maiores vantagens na utilização para o balanço, pois é totalmente silencioso, não “range” e proporciona balanço mais suave e prolongado. A introdução deste novo conceito de funcionamento visa a atender também o público consumidor que mora em “apartamentos”, uma vez que o conceito de funcionamento atual “por fricção” ou “atrito”, gera rangidos incômodos tanto para o usuário quanto para seus vizinhos. Este novo conceito, além de proporcionar mais Conforto e Segurança aos usuários de rede, abre um leque para uma diversificação ainda maior de modelos possíveis de serem desenvolvidos, tanto em relação ao aspecto da instalação quanto ao tipo de material utilizado na sua construção. A partir de agora, será possível fabricar o produto de forma que o alojamento dos rolamentos e área de fixação seja de materiais alternativos como plástico e alumínio, além do aço carbono, latão e aço inox já utilizados.

VARIEDADES DE PRODUTOS

A empresa oferece diversos modelos de ganchos de rede inovadores, tanto em relação ao conceito funcional como em relação ao conceito de instalação, oferecendo novos Designs para as chapas suportes de fixação, podendo ser sobrepostos ou semi-embutidos. A Bom Balanço é a única empresa a oferecer um Gancho de Rede que permite instalação em pontos desalinhados ou cantos, sem comprometer o desempenho do produto, é o Modelo Regulável, ideal para ser instalado em apartamentos, sacadas e corredores estreitos, onde há pouco espaço. No momento, a empresa comercializa os produtos em 8 diferentes modelos e 2 tipos de materiais (aço carbono e aço inox), sendo que o aço carbono é oferecido com 2 tipos de tratamento superficial: eletrozincado e cromado. Os ganchos em inox são oferecidos polidos e foscos (jateados). Os modelos disponíveis até o momento são:

1- Gancho de Rede Regulável Sobreposto – Disponíveis cromados e eletrozincado prata ou dourado;

2- Gancho de Rede Triangular Sobreposto - Disponíveis cromados e eletrozincado prata ou dourado;

3- Gancho de Rede Triangular Semi-Embutido - Disponíveis cromados e eletrozincado prata ou dourado;

4- Gancho de Rede Quadrado Sobreposto - Disponíveis em INOX e eletrozincado prata ou dourado;

5- Gancho de Rede Quadrado Semi-Embutido - Disponíveis em INOX e eletrozincado prata ou dourado;

6- Gancho de Rede Coração Sobreposto - Disponíveis em INOX e eletrozincado prata ou dourado;

7- Gancho de Rede Coração Semi-Embutido - Disponíveis em INOX e eletrozincado prata ou dourado;

8- Gancho de Rede Redondo Sobreposto - Disponíveis em INOX e eletrozincado prata ou dourado;

9- Gancho de Rede Redondo Semi-Embutido - Disponíveis em INOX e eletrozincado prata ou dourado;

10- Gancho de Rede de Teto Sobreposto - Disponíveis eletrozincado prata ou dourado;

DESENVOLVIMENTO

Os ganchos de rede Bom Balanço são desenvolvidos para proporcionar Conforto e Segurança aos usuários de rede. Os produtos são cuidadosamente desenvolvidos e testados por longos períodos antes de serem efetivamente comercializados. Abaixo você poderá ver todos os processos envolvidos no desenvolvimento do “melhor gancho de rede do mercado”:

DESIGN FOR X (PROJETO PARA X)

No processo de desenvolvimento dos Ganchos de Rede Bom Balanço, foram considerados assuntos de extrema importância, tais como: Segurança, Praticidade, Reparabilidade e Durabilidade, a serem analisados na fase inicial do projeto de criação de um novo produto. O trabalho acadêmico “DESIGN FOR X” desenvolvido pelo Engenheiro André Moscheto, serviu de base para o desenvolvimento deste produto, com o objetivo de torná-lo Seguro, Durável, Prático (montagem simples na produção e de fácil instalação e utilização para o consumidor), Qualidade, Design e Inovação. Veja abaixo os temas abordados no trabalho e constate que os Ganchos de Rede Bom Balanço, foram desenvolvidos para lhe proporcionar Conforto, Segurança, Durabilidade, Praticidade e Tranqüilidade

DFX – Design for X

Andre Moscheto

1       INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

Durante o desenvolvimento de produto, além de buscar atingir os anseios dos clientes, questões fundamentais tais como a redução do tempo de desenvolvimento, a melhoria da qualidade, a consideração de impactos no meio ambiente, redução do tempo de montagem e/ou de manutenção são preponderantes para transformar uma idéia em um produto de sucesso.

Para auxiliar no processo de desenvolvimento, diversos pesquisadores publicaram estudos referentes a questões chaves, que guiam o projeto a atingir objetivos específicos. Estas técnicas podem ser sumarizadas pelo termo DFX (Design for X). As técnicas de DFX abordadas neste trabalho são: Design for Assembly (DFA),  Design for Manufacture (DFM),  Design for Quality (DFQ),  Design for Service (DFS) e Design for Disassembly (DFD).

Como objetivo, será apresentado um resumo de cada técnica procurando esclarecer a utilidade de cada um dos DFX’s durante o desenvolvimento do produto.

2    dFX – Design For Service

“As técnicas DFX (Design for X ou Projeto para X) podem ser descritas como um conjunto de técnicas geralmente aplicadas nas fases iniciais do Desenvolvimento Integrado do Produto, para garantir que os diversos aspectos do ciclo de vida estejam considerados no produto, tais como necessidades do cliente, o desenvolvimento do produto, processos de manufatura, qualificação do produto, confiabilidade, suportabilidade e meio-ambiente (VALERI, 2003)”. Estas técnicas são, normalmente, utilizadas em parceria com conceitos da engenharia simultânea, já que diferentes demandas são consideradas em etapas iniciais do desenvolvimento do produto.

Segundo KUO, a aplicação do DFX se iniciou com o Design for Manufacture (projeto para manufatura) em 1960 na General Electric Corporation. O conceito utilizado era focado basicamente na produtividade de itens isolados, quer dizer, aspectos de montagem não eram até então considerados.

Já em 1970, Boothroyd e Dewhurst apresentaram estudos que traziam diversos fatores produtivos para junto do desenvolvimento do produto, tendo como parâmetro de análise do produto o tempo estimado de montagem (DFA - Design for Assembly).

Tanto a implementação do DFM quanto do DFA foi considerada de grande valia, já que diversas melhorias no desenvolvimento de produto passaram a ser notadas:

·         Redução no número de peças – simplificação;

·         Aumento da qualidade do processo/produto;

·         Utilização de componentes em comum com o portfólio de produtos;

·         Redução dos tempos de montagem;

·         Redução no custo do produto;

·         Etc.

Após este período, outros aspectos passaram a ser considerados no desenvolvimento de produtos:

·         Facilitar o processo de desmontagem visando a reciclagem;

·         Melhoria da manutenção dentro do pós-venda;

·         Aumento da confiabilidade do produto;

·         Etc.

 Estas novas demandas foram então estudadas fazendo com que novas técnicas do DFX fossem surgindo. Basicamente, o que estas técnicas procuram é a redução do custo do produto durante todo o ciclo de vida do mesmo, desde o momento embrionário do surgimento da idéia do produto até o seu descarte/reaproveitamento ao término de seu uso.

No presente trabalho, cinco técnicas são apresentadas:

·         Design for Manufacture (DFM), Projeto para Manufatura;

·         Design for Assembly (DFA), Projeto para Montagem;

·         Design for Quality (DFQ), Projeto para Qualidade;

·         Design for Service (DFS), Projeto para Serviço;

·         Design for Disassembly (DFD), Projeto para Desmontagem.

Além destas, outras técnicas podem ser encontradas. Projetos para o meio-ambiente, para análise de ciclo de vida e para o aumento da confiabilidade são apenas mais alguns exemplos identificados na literatura.

2.1      Design For manufacture (DFm)

No projeto para a manufatura, DFM, visam-se “alternativas que facilitem a otimização do sistema de manufatura como um todo” (VALERI, 2003). 

Esta técnica deve ser utilizada para baratear o custo do produto sem sacrificar a qualidade. Isto é feito através da comparação de materiais e processos que compõem o produto em desenvolvimento.

Uma lista de diretrizes pode ser utilizada para que o DFM seja devidamente aplicado (VALERI, 2003):

·         Minimizar o número de peças e variantes;

·         Desenvolver produtos modulares e multifuncionais;

·         Minimizar direções de montagem e excesso de fixações;

·         Minimizar manuseio e ajustes;

·         Avaliar os métodos de montagem.

As dificuldades encontradas na implementação desta técnica estão diretamente relacionadas à Engenharia Simultânea (ES). Deve existir uma comunicação freqüente entre a engenharia de produto e a de manufatura, para que processos e produtos já existentes sejam considerados no momento da escolha de novos “designs”. Os funcionários devem receber treinamento específico, tanto para a utilização de novos softwares como na mudança da forma de trabalho. Além disso, deve-se garantir tempo suficiente para que esta nova técnica possa ser aplicada.

As dificuldades de implementação apontadas aparecem em qualquer uma das técnicas que serão doravante apresentadas, já que o DFX está diretamente ligado a ES.

Existem no mercado, diversos sistemas de CAD/CAM que ofertam a possibilidade de estimar custos fabris de diferentes composições de produtos (ver Figura 1). Segundo KUO, estes softwares, quando utilizadas as diretrizes do DFM, facilitam a decisão do time de projeto.
 

2.2    Design For assembly (DFa)

Boothroyed e Dewhurst são considerados os pioneiros na aplicação do DFA, também chamado de projeto para manufatura. A premissa desta técnica é a diminuição do custo de montagem pela melhoria continua do produto e do processo de montagem.

KUO define os critérios do DFA da seguinte forma:

·         Minimizar

o   Número de peças

o   Elementos de fixação

o   Variantes de produto

o   Manuseio

o   Direções de montagem

·         Prover

o   Acesso fácil

o   Peças simétricas ou  exageradamente assimétricas

o   Transporte

o   Simples manipulação

o   Alinhamento facilitado

·         Evitar

o   Obstruções visuais a montagem das peças

o   Reajustes

Após seguir os critérios acima, a equipe de projeto pode utilizar índices para mensurar o tempo / custo de montagem, seja através de tabelas padrões encontradas na literatura, ou mesmo com o uso de softwares especializados no assunto. A composição do tempo de montagem pelos índices torna possível comparar diferentes projetos podendo facilitar a escolha da melhor solução ou até revisá-las. A Figura 2 mostra um exemplo de software disponível no mercado.
 

Enquanto a solução apresentada na Figura 3 teria um tempo de montagem igual a 160 segundos e um custo em peças de U$ 35,44, a solução revisada teve o tempo de montagem reduzido para apenas 46 segundos, diminuindo também o custo de peças para U$ 21,73. Assim fica comprovado os benefícios que o DFA pode trazer quando utilizado nas fases iniciais do desenvolvimento do produto.

2.3      Design For quality (DFq)

No projeto para manufatura, métodos e ferramentas de qualidade amplamente aceitos no meio industrial são utilizados para (VALERI):

·         Projetar seguindo os requisitos dos clientes;

·         Projetar produtos robustos;

·         Melhorar continuamente a confiabilidade e desempenho do produto para surpreender os clientes;

·         Agregar mais valor ao produto.

Para atingir as diretrizes expostas acima, dois métodos podem ser considerados como os principais em uso, são eles o método de Taguchi e o QFD (Quality  Function Deployment).

Na metodologia de Taguchi, três fatores principais são abordados:

·         Projeto do sistema – determinação da configuração básica do produto através de princípios científicos e de engenharia;

·         Projeto sobre os parâmetros – são determinados os valores dos parâmetros do sistema;

·         Projeto por tolerâncias – escolha econômica sobre a variação de valores nominais de projeto.

Já no QFD, os requisitos dos clientes são transformados em especificação de produto antes da manufatura. Ao captar os desejos dos clientes, estes são desdobrados em funções do produto. Destas funções são derivados parâmetros de componentes e conseqüentemente planejamento de produção. Ao final, este método visa definir quais são as ações a serem tomadas no chão de fábrica para que os pré-requisitos iniciais sejam finalmente atendidos no produto final.

Existem diversos softwares no mercado que trazem o QFD de uma forma simples ao desenvolvimento do produto (ver exemplo na Figura 5). Estes softwares podem ser encontrados ao pagar custo de licença ou até mesmo em versões livres para uso.

2.4      Design For service (DFs)

No DFS, projeto para serviço, visa-se avaliar todos os aspectos de suporte ao produto durante a fase de projeto. Esta ferramenta deve ser utilizada para assegurar que o produto desenvolvido possa ser devidamente reparado durante a sua vida útil, com custos razoáveis e baixa complexidade de manutenção, assegurando alta disponibilidade.

Algumas outras técnicas de DFX podem ser relacionadas a esta, seja por objetivos em comum ou mesmo pela utilização de diretrizes similares, são elas:

·         DFMt– Design for Maintainability

·         DFS – Design for Serviability

·          DFR – Design for Reliability

As melhorias de processo que podem ser notadas ao aplicar esta técnica são:

·         Consideração de aspectos ergonômicos;

·         Projetar não só para o meio produtivo, mas para a manutenção durante a vida útil;

·         Consideração de ambientes não controlados – manutenção em oficinas;

·         Projetar soluções simples que exijam o mais baixo conhecimento no campo para executar reparo;

·         Eng. Simultânea – inclusão do engenheiro de serviço / campo no processo de desenvolvimento do produto;

·         Aumento do uso de peças pré-existentes

Já para o produto, as melhorias e impactos observados são os seguintes:

·         Melhoria na acessibilidade ;

·         Habilidade na detecção e isolamento de falhas;

·         Considerações logísticas – fornecimento de peças de reposição;

·         Minimização da necessidade de ferramentas especiais;

·         Produtos simplificados;

·         Menor número de peças;

·         Diminuição do número de artigos em estoque para reposição;

·         Tempo de reparo menor;

·         Maior disponibilidade do produto.

As formas de atuação desta técnica passam pelo uso do FMEA na identificação de possíveis problemas de campo, utilização de tempos padrões durante o desenvolvimento do produto como parâmetro para definição de dificuldade da manutenção (similar ao DFA – se comparado ao tempo de montagem na produção), uso de ferramentas virtuais  (CAD) para simular aspectos de manutenção ou até mesmo teste de ferramentas especiais / universais já existentes em possíveis novos produtos.

Além das dificuldades de implementação já apresentadas para o DFM/DFA, o DFS pode ter a sua implementação dificultada caso os seguintes situações venham a ocorrer:

·         Engenheiro de produto normalmente desconhece  aspectos de manutenção;

·         Aspectos produtivos são considerados podendo influenciar negativamente na manutenção de campo – conflito com DFA em algumas situações;

·         Pouco recurso para deslocar o engenheiro de campo com bom conhecimento para auxiliar no desenvolvimento do produto;

·         Conhecimento de campo fica restrito ao pós-venda, muitas vezes não sendo utilizado nas fases inicias de projeto (engenharia busca soluções para apagar incêndio).

2.5      Design For disassembly (DFd)

O DFD, também conhecido na literatura como projeto para desmontagem, surgiu a partir de legislações ambientais que demandam que fabricantes sejam responsáveis pelo descarte dos seus próprios produtos. Esta técnica busca avaliar a facilidade de desmontagem de conceitos de produtos.

Como questões ambientais estão em foco, ao facilitar o processo de desmontagem visando a reciclagem ou até mesmo o reaproveitamento de peças, empresas estarão atendendo legislações correntes e futuras, além de ganhar a simpatia de consumidores por estarem trabalhando a favor do meio ambiente.

A análise reversa, fazendo com que o engenheiro considere a desmontagem, faz com que o produto seja reavaliado por outros pontos de vista. Assim como no DFA/DFS, soluções mais simples, com um número mínimo de peças e fixações serão preferidas.

Dois métodos de desmontagem podem ser considerados:

·         Montagem reversa;

·         Força bruta.

Na montagem reversa, tabelas contendo tempos de desmontagem padrões, e que consideram números de peças, quantidade de tarefas a serem executadas e de ferramentas a serem aplicadas, demonstram através de cálculos de eficiência o ganho que se pode ter ao realizar aprimoramentos ou revisões no desenvolvimento do produto.

3       CONCLUSÃO

Pode-se concluir que todas as técnicas apresentadas, se devidamente aplicadas, trazem diversos benefícios ao processo de desenvolvimento e para o próprio produto. Simplificação, redução de custos e aumento da robustez do produto são apenas três das diversas melhorias que podem ser atingidas caso estes DFX’s venham a ser utilizados.

Como estas técnicas são empregadas ao longo do Desenvolvimento Integrado do Produto, os mesmos problemas sentidos na aplicação da engenharia simultânea podem ser sentidos ao tentar modificar processos que venham sendo executados.

Outro fator a ser ressaltado, é a falta de sinergia entre as diferentes técnicas, já que o uso de diferentes softwares e métodos pode confundir a equipe de projeto frustrando possíveis melhorias de processo/produto. Portanto, para o futuro seria de grande valia o surgimento de ferramentas que pudessem contemplar diferentes DFX’s de uma forma unificada.

4       REFERÊNCIAS

·         www.dfma.com (acesso 14/10/2006)

·         http://www.qfd-id.de/en/articles/evaluation_tools/qfd_software_english.pdf (acesso 14/10/2006)

·         ROZENFELD, Henrique [et al.] Gestão de Desenvolvimento de Produtos – Uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Saraiva, 2006.

·         HUANG, G. Q. Design for X. London: Chapman & Hall, 1996.

·         KUO, Tsai-C. Design for manufacture and Design for X: concepts, applications and perspectives. Computers and Industrial Engineering, 41 (2001) 241-260.

·         VALERI, S. G., TRABASSO, L. G. Desenvolvimento Integrado do Produto: uma análise dos mecanismos de integração das ferramentas DFX. In: IV Congr. Bras. Gestão e Desenvolvimento de Produtos – Gramado, RS (2003).

·         JONEJA, A. Design for Manufacturing/Assembly (DFM, DFA, DFMA). Department of Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), Hong Kong University of Science and Technology. Disponível em http://iesu5.ieem.ust.hk/dfaculty/ajay/courses/ieem317/lecs/dfm/dfm.pdf (acesso 14/10/2006).

MODELAGEM 3D

Após o produto ser pré-concebido ele precisa ser modelado em 3 dimensões, com o objetivo de analisar seu aspecto final em relação à estética. O objetivo principal é adequar o design à robustez, combinando as duas variáveis em busca de equilíbrio harmônico e resistência mecânica ao produto final.

PROTOTIPAGEM

Após a modelagem 3D, o produto precisa ser construído fisicamente. Nesta etapa será analisada a dificuldade de fabricação dos componentes e verificadas possíveis alterações de processos de fabricação, que poderão ou não, gerar alterações no design do produto. Esta etapa é importante também para se ter uma idéia do custo de produção, o fator custo também pode exigir que sejam feitas mudanças de processos ou de design, a fim de tornar o produto comercialmente viável para a empresa e principalmente ao consumidor final.

            Os protótipos podem ser classificados em termos do objetivo para o qual são construídos, ou pelo tipo de questões sobre o desenho do produto que se espera responder. Atualmente são utilizados basicamente 4 tipos de protótipos, com base em sua função ou estágio de desenvolvimento do produto: 1- prova de conceito, 2- prova do produto, 3- prova do processo e 4- prova de produção.

            O tipo de protótipo denominado prova de conceito foca no desenvolvimento das funções de um produto, objetivando um melhor entendimento de conceitos aplicados no projeto de cada função do produto. É usado para a comparação com os requisitos dos clientes ou com as especificações de engenharia, sendo aplicado principalmente nas fases iniciais do projeto como uma ferramenta de aprendizagem. Para este tipo de protótipo em geral a exata geometria, os materiais e o processo de manufatura não são importantes. A prova de conceito apresenta dois usos distintos, na área de estilo e na análise de viabilidade funcional do produto, que são aplicados simultaneamente na fase inicial do processo de desenvolvimento de novos produtos. Na área de estilo, este protótipo representa a aparência do produto, permitindo verificar se o conceito de design atingiu as expectativas para este produto. Na prova de conceito o principal é representar as formas visíveis do produto, assim como as sensações de texturas, cores e formas. No outro uso, procura-se buscar as informações sobre a viabilidade funcional do produto feita no início do processo de desenvolvimento de um novo produto, nas quais se enquadram uma parte das análises de CAE.

            O protótipo prova do produto representa as formas físicas do produto, as relações mecânicas entre seus componentes e a viabilidade de manufatura do produto. Neste tipo de protótipo a exata forma geométrica, os materiais e o processo de manufatura são importantes como funções do protótipo. Neste caso se enquadram os protótipos virtuais feitos com objetivo de verificações de folgas, interferências, acesso de ferramentas, etc. Para uma boa representatividade do produto estes protótipos devem apresentar toda a variação de possibilidades de montagens para o produto em estudo. Este protótipo também é a informação básica para as análises de CAE mais detalhadas e que permitem um refinamento do dimensionamento do produto.

            Prova do processo é o tipo de protótipo que se destina a mostrar que os métodos de produção e os materiais escolhidos podem atender as especificações do produto e também para verificar a geometria do produto. Neste caso é necessária uma grande interação entre as áreas de engenharia de manufatura e de produto. Estes protótipos devem ser feitos exatamente com os mesmos materiais que o produto será produzido e os mesmos processos usados para o produto final. São amostras para testes funcionais do produto.

            Finalmente, o protótipo prova de produção já é uma amostra de pré-produção, capaz de mostrar se o processo de manufatura como um todo é eficaz. Este seria representado pelo protótipo virtual, montado com todas as variações e componentes, na exata versão em que foram liberados para a fabricação destes componentes. A sua principal função passa a ser de permitir uma revisão final do projeto. Se for encontrada alguma falha nesta revisão, as ações corretivas devem ser rápidas, uma vez que os itens já estão em processo de fabricação.

Na indústria metalúrgica de desenvolvimento de produtos, os protótipos são usados para 4 propósitos: 1- aprendizagem, 2- comunicação, 3- integração e 4- marcos temporais.

            Protótipos são freqüentemente utilizados para aprendizagem ao longo do processo de desenvolvimento, ajudando a responder perguntas do tipo: "Isto vai funcionar?" ou "Quão bem isto vai atender as necessidades dos clientes?". Quando os protótipos são usados para responder a estas questões eles funcionam como ferramentas de aprendizagem. Na indústria metalúrgica um uso típico desta forma de protótipo são os protótipos de posicionamento, onde é testado se as opções de produtos oferecidas realmente atende as várias necessidades do consumidor, como por exemplo, segurança, funcionalidade, durabilidade e conforto.

            Os protótipos enriquecem e facilitam a comunicação com os dirigentes de empresas, vendedores, pessoas do time de desenvolvimento de produtos, parceiros, clientes e investidores. Isto é muito importante quando se deseja comunicar percepções tais como: a sensação tátil das texturas e o conjunto visual das formas e das cores. Uma representação tridimensional do produto é muito mais fácil de ser entendida do que figuras e ilustrações bidimensionais ou uma descrição verbal do produto. Um uso típico deste tipo de protótipo na indústria metalúrgica é o modelo de polímero usado para representar o produto em tamanho real para a aprovação do design a ser desenvolvido.

            Protótipos são ainda usados para garantir a integração, ou seja, se os componentes e as variações funcionais do produto trabalham em conjunto da forma esperada. Protótipos físicos completos do produto constituem a mais eficiente ferramenta de integração no desenvolvimento de produtos por que eles requerem a montagem e a conexão física de todas as partes e subconjuntos que fazem o produto. A elaboração de protótipos físicos exige uma coordenação entre os diversos membros da equipe de desenvolvimento do produto. Se a combinação de qualquer dos componentes do conjunto interfere no funcionamento geral do produto o problema deverá ficar evidente.

            Finalmente, os protótipos podem ser usados como marco temporal, para demonstrar que o produto atingiu um determinado nível de desempenho em uma determinada data do projeto. Eles podem ser usados como metas tangíveis, demonstram o progresso atingido e servem para forçar o cumprimento do planejamento. Isto é muito importante quando se deseja comunicar percepções tais como: a sensação de robustez e segurança, a funcionalidade e o desempenho superior do produto quando comparado com seus concorrentes ou com sua versão anterior.

ENSAIOS MECÂNICOS

Com as peças físicas em mãos, sabendo-se de antemão a que tipos de esforços estarão sujeitas, é preciso submetê-las a ensaios mecânicos, a fim de verificar a resistência mecânica real do produto. Nesta etapa são definidos quantos corpos de prova serão sujeitos ao ensaio mecânico e a que tipo de esforços serão submetidos (tração, compressão, cisalhamento, ...). Os resultados destes testes são analisados e servirão para informar se estão atendendo à necessidade de resistência mecânica requerida pelo produto em sua utilização em campo, sendo que, é utilizado um Coeficiente de Segurança adequado a fim de tornar o produto mais Robusto, melhorar a Segurança e Durabilidade.

Fotos ensaios mecânicos de compressão realizados em laboratório e corpos de prova;

Fotos ensaios mecânicos de tração realizados em laboratório e corpos de prova;

(Ensaios realizados no Laboratório Ensaios Destrutivos do antigo CEFET-PR, atual UTFPR)

ANÁLISE VIRTUAL

Com os resultados dos ensaios mecânicos realizados em laboratório em mãos é possível realizar simulações virtuais de esforços mecânico a que o produto estará submetido durante sua utilização. O objetivo da Análise Virtual através do Método dos Elementos Finitos é verificar o comportamento do conjunto, uma vez que nem sempre é possível ou aplicável, submeter todo o conjunto ao Ensaio Mecânico. Na Análise Virtual é possível simular várias intensidades e variações de esforços e visualizar o que acontece com o modelo. As Análises Virtuais foram realizadas sobre o Conceito INOVADOR Bom Balanço para se definir um “Módulo Seguro do Conceito – Gancho / Mancal / Rolamentos. Segue abaixo o Relatório de Análise Virtual resultante do Inovador Projeto Bom Balanço:

Autor: Marcelo Pinto da Silva - CREA N°: PR-79157/D

PROJETO BOM BALANÇO

Estudo do Conjunto Suporte, Mancal, Rolamentos e Gancho para Balanço de Rede

Novembro, 2006

1. Introdução

O presente trabalho foi designado pelo Sr. Ronan Giovanini Mendes com o objetivo de verificação numérica através do Método dos Elementos Finitos de um novo conceito para fixação e balanço de um conceito Inovador para gancho de rede. O propósito era verificar o projeto original quanto a sua resistência, a distribuição de tensões e deslocamentos, buscando-se uma configuração SEGURA para uso deste produto, tanto para repouso quanto para balanço.

O produto consiste:

 • Um Suporte de fixação e base de apoio;

• Um Mancal de rolamentos com Apoio soldado;

• Um parafuso e porca para união dos componentes acima;

• Dois rolamentos fixados no mancal e por três anéis elásticos de aço;

• Um Gancho.

Os materiais utilizados nesta análise inicial foram o aço X para o gancho, o mancal, o apoio e suporte sendo o gancho e suporte alternados para o aço Y. O Rolamento utilizado foi o radial rígido de uma carreira de esferas. Uma série de 152 análises estáticas foi executada partindo-se primeiramente do conjunto montado e, posteriormente, análises de cada componente separadamente, modificando-se os materiais, as geometrias dos componentes e o carregamento. Todos os valores são apresentados no seguinte sistema de unidades: mm, kg, N, MPa. O dados utilizados para calibração e validação do modelo numérico foram retirados do relatório experimental de ensaios n° 08-9 Caracterização Mecânica – Suporte de Rede, realizado pelo DAMEC, UTFPR. Os resultados relevantes e observações dos mesmos podem ser visualizados no decorrer deste relatório. Vale salientar que qualquer análise numérica é uma simulação de fenômenos reais que são simplificados para uma avaliação qualitativa e global do objeto em questão. Assim, para uma validação completa do projeto torna-se extremamente necessária a avaliação experimental e de campo (hotéis fazenda, pousadas, casas de repouso, spas e na casa dos consumidores). Conclusões e sugestões são apresentadas no final deste relatório.

2. Procedimento Numérico

2.1. Modelo 3-D

O modelo 3-D do Conjunto Gancho para Rede de Balanço foi fornecido pelo requisitante deste relatório. O mesmo foi modelado em CATIA V5 e fornecido nas extensões CAT Product e CAT Part.

2.2. Material

OBS: As especificações técnicas dos aços utilizados foram substituídas por X e Y para garantir a confidencialidade do projeto.

Os materiais utilizados foram o aço X e o aço Y. Para o rolamento, as análises foram simplificadas utilizando-se o aço X (muito próximo das propriedades mecânicas dos rolamentos fornecidos). Segue, abaixo, tabela das propriedades utilizadas para estes materiais:

Propriedades aço X e aço Y:

- Densidade 7,87×10-6 kg/mm³ 7,87×10-6 kg/mm³

- Coeficiente de Poisson 0.29 0.29

- Módulo de Elasticidade 205 GPa 200 GPa

- Tensão de Escoamento 350 MPa 585 MPa

- Tensão de Ruptura 420 MPa 655 MPa

2.3. Contato

Para as análises de conjunto e análises com superfícies para aplicação das restrições de contorno, utilizou-se o contato de forma “unido”.

2.4. Malha de Elementos Finitos

Para todas as análises utilizou-se um gerador de malha automático com elementos sólidos hexaêdricos e tetraêdricos de alta ordem. A quantidade de elementos variou entre uma análise e outra, de 2.000 elementos (rolamentos) à 30.000 elementos (montagem do conjunto).

2.5. Tipo das Análises

Todas as análises estruturais foram do tipo “estáticas”.

2.6. Condições de Contorno

As condições de contorno empregadas foram:

• Restrição Cilíndrica nos furos;

• Restrição fixa em superfícies;

• Carregamentos de Força;

• Carregamentos de Momento;

• Carregamentos de Pressão.

Para todas as análises, o ângulo de carregamento no Gancho foi considerado igual a 30°, conforme figura abaixo:

3. Análises Realizadas

Como comentado anteriormente, realizou-se uma série de 152 análises estáticas para verificação deste novo conceito de funcionamento para ganchos de rede. A princípio, as análises concentraram-se no conjunto montado. Verificou-se, porém, que os resultados obtidos não condiziam com a realidade dos componentes em questão. A partir de então, iniciou-se uma bateria de novas análises sem o suporte de fixação, também não obtendo resultados satisfatórios. Por fim, todos os componentes tiveram que ser analisados separadamente para um resultado mais próximo do real. Em análises numéricas através do Método dos Elementos Finitos é necessária uma atenção especial quanto às concentrações de tensões devido às condições de contorno aplicadas. Por ser um método de aproximação, situações de extremo podem iludir os resultados das análises próximas principalmente dos carregamentos e restrições. Assim, outros meios podem ser utilizados para se evitar tais transtornos. No presente trabalho, muitas análises do mesmo componente foram exaustivamente testadas variando-se a forma de carregamento e de restrições de deslocamento. A apresentação a seguir enumera algumas das principais análises, seguindo-se em ordem cronológica, onde se podem extrair as definições e sugestões necessárias para o melhor aproveitamento deste novo conceito funcional de Gancho para Rede de Balanço.

3.1. Análises do Conjunto Montado

3.1.1. Análise do Conjunto Montado com Suporte Fixo Soldado

Propriedades: Espessura Material do Carregamento Suporte Fixo Soldado 2 mm, aço X e carregamento 10100 N. Demais componentes - Aço X. As tensões assinaladas na Fig. 03 demonstram a alta concentração da região exposta, sendo seu comportamento irreal. Sendo esta uma das primeiras análises, buscou-se corrigir primeiramente as regiões de contato, as condições de contorno (fixações e carregamentos), mas sem sucesso. A partir deste resultado somado a demais análise de conjunto tomou-se à decisão de análises dos componentes separadamente.

3.1.2. Análise do Conjunto Montado com Suporte Dobrado

Propriedades: Espessura Material Carregamento Suporte Fixo Soldado 2 mm, aço X e carregamento 10100 N. Demais componentes - aço 1020. Os comentários do item anterior aplicam-se integralmente para o estudo da figura a seguir.

3.1.3. Análise do Conjunto Montado com Suporte Dobrado Simplificado

Propriedades: Espessura Material Carregamento Suporte Dobrado 2 mm, aço X e carregamento 10100 N. Componentes Aço X. Mesmo com a simplificação, o conjunto montado continuou apresentando problemas na solução das análises, conforme Fig. 06.

3.1.4. Análise do Conjunto Montado sem o Suporte

Propriedades: Espessura Material Carregamento Mancal e Apoio 2 mm, aço X e carregamento 10100 N. Componentes - Aço X.

Os comentários citados nos itens 3.1.1 e 3.1.2 aplicam-se integralmente para o estudo da figura acima.

3.1.5. Análise do Conjunto Montado Simplificado sem o Suporte

Propriedades: Espessura Material Carregamento Mancal e Apoio 2 mm, aço X e carregamento 10100 N. Componentes - Aço X

Verifica-se aqui que com hipóteses simplificadoras (excluindo-se os anéis elásticos de aço e as esferas do rolamento) os resultados obtêm uma larga melhora, mas, mesmo assim, as tensões no Gancho ultrapassam a tensão de escoamento e ruptura do material aço X. A sugestão neste estudo é utilizar o material aço Y cuja tensão de escoamento é de 585 MPa.

3.2. Análises dos Componentes Separados

3.2.1. Análise do Gancho Reto com Carga Axial

Propriedades: Diâmetro Material Carregamento Gancho 10 mm, aço X e carregamento 10100 N.

Como os resultados apresentavam valores completamente irreais, buscou-se analisar os ensaios realizados na UTFPR também através do Método dos Elementos Finitos, verificando-se assim se as aproximações e a metodologia empregada estavam convergindo em resultados próximos do real. Os resultados acima demonstram que sim. O material aço 1020 resiste fortemente a esforços de tração aplicados a um corpo-de-prova cilíndrico.

3.2.2. Análise do Gancho Reto com Carga Radial

Propriedades: Diâmetro Material Carregamento Gancho 10 mm, aço X e carregamento 1080 N

Como se pode observar, o valor utilizado de carregamento (1080 N) é o mesmo das análises experimentais onde se observou o início do escoamento. Tanto os testes realizados experimentalmente quanto as simulações numéricas apresentam resultados similares, já que este material apresenta tensão de escoamento de 350 MPa. Assim, confirmou-se que os valores de carregamento anteriormente testados eram muito altos sendo, a partir de então alterados para o valor de 3500 N.

3.2.3. Análise do Gancho Original

Propriedades: Diâmetro Material Carregamento Gancho 10 mm, aço X e carregamento 3500 N

Figura 19 - Resultados de deslocamentos

Visualiza-se nesta análise que o componente “Gancho” apresenta concentrações de tensão na dobra onde é posicionada a rede. O material proposto não é adequado, pois se tratando do aço 1020, as tensões ultrapassam a ruptura do material. Como sugestão, pode-se utilizar o material aço 1045 com tensão de escoamento de 585 MPa.

3.2.4. Análise do Gancho Original Alterado

Propriedades: Diâmetro Material Carregamento Gancho 10 mm, Aço X e carregamento 3500 N.

AUMENTO NO COMPRIMENTO DO GANCHO

Figura 22 -Resultados de deslocamento

Tentou-se alterar a geometria do Gancho para verificar sua influência na distribuição de tensões. No caso acima, aumentou-se a região de saída dos rolamentos até o ponto do carregamento no Gancho, mas os resultados pioraram. Desta forma, a sugestão é realmente alterar o material do Gancho para o aço Y. A análise abaixo demonstra isso com excelentes resultados.

3.2.5. Análise do Gancho Original Aço Y Refinadíssimo

Propriedades: Diâmetro Material Carregamento Gancho 10 mm, Aço Y e carregamento 3500 N

Também é válido salientar que os resultados de deslocamentos são altamente favoráveis já que os mesmos não serão perceptíveis ao usuário final.

3.2.6. Análise dos Rolamentos Originais

Propriedades: Rolamentos Ø Interno 10 mm, Ø Externo 26 mm, Largura Material Carregamento (Rede) 8 mm, aço X e carregamento 3500N.

Os resultados apresentados para a análise realizado nos rolamentos comprovaram a baixa tensão em que os mesmos estão submetidos. É importante verificar aqui qual o tipo de rolamento que estamos analisando: rígido e de uma carreira de esferas. Deve-se atentar para a carga máxima estática e dinâmica que cada rolamento suporta, especificada por cada fabricante. Para o caso em questão, considerando-se a simplificação (trabalhando com o material sólido, sem esferas), os resultados são bem favoráveis para um carregamento de 3500 N (350 Kg) no Gancho

3.2.7. Análise do Mancal e Apoio Original

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Mancal e Apoio 2 mm, aço X e carregamento 3500 N.

3.2.8. Análise do Mancal e Apoio com Arredondamento

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Mancal e Apoio 2 mm, aço X e carregamento 3500 N.

Figura 35 - Resultados de deslocamento

Os valores acima demonstraram ser extremamente favorável com um maior arredondamento na região de alta concentração de tensão. Desta forma, como sugestão para melhoria deste, deve-se obter o melhor e maior arredondamento possível nesta região.

3.2.9. Análise do Suporte Fixo Soldado

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte Fixo Soldado 3 mm, aço X e carregamento 3500 N.

O Suporte Fixo Soldado, sendo a primeira proposta para o projeto em questão, apresentou-se

com maior deslocamento lateral e maior tensão. Novas análises executadas não consideraram este item, pois o mesmo foi alterado para o Suporte Dobrado, que posteriormente será mostrado neste relatório, mas, pode-se antecipar, é superior tanto no seu processo de fabricação quanto na sua resistência mecânica.

3.2.10. Análise do Suporte Dobrado Original

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte 2 mm, aço X e carregamento 3500 N.

3.2.11. Análise do Suporte Dobrado com Espessura 3 mm

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte 3 mm, aço Y e carregamento 3500 N.

Alterando-se o Suporte Dobrado para a espessura de 3mm e aço Y, o mesmo suporta o carregamento de 3500 N, sendo esta opção sugerida para este item.

3.2.12. Análise do Suporte Dobrado Alterado com Carga à 45°                                                     

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte 3 mm, aço Y e carregamento 3500 N.

Os resultados abaixo demonstram que o Suporte Dobrado resiste ao carregamento posicionado a 45°, conforme figuras abaixo.

3.2.13. Análise do Suporte Dobrado Original com Carga à 90°

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte 3 mm,  aço Y e carregamento 3500 N.

3.2.14. Análise do Suporte Dobrado Original com Furos Desencontrados

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte 3 mm, Aço Y e carregamento 3500 N.

Os resultados apresentados verificam que as tensões são aceitáveis, mas a sua distribuição nas restrições (furos) foi aumentada. A análise a seguir propõe diminuir apenas à distância entre furos.

3.2.15. Análise do Suporte Dobrado Original com Furos Próximos 12,5 mm

Propriedades: Espessura Material Carregamento (Rede) Suporte 3 mm,  aço X e carregamento 3500 N.

As considerações anteriores também são verdadeiras para esta análise. Desta forma, recomenda-se manter o posicionamento original dos furos de fixação do Suporte na parede para que as reações sejam minimizadas.

Figura 52 - Resultados de tensão com a malha de elementos finitos (a direita) e deslocamento (a esquerda)

3.2.16. Análise do Gancho 10mm menor

Propriedades: Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) Gancho 10 mm, aço Y e carregamento 10150 N.

A análise acima foi executada com a distância entre rolamentos 10 mm menor do que a original (20 mm). Mesmo assim, para o material aço Y os resultados foram satisfatórios para o carregamento de 3500 N.

3.2.17. Análise dos Rolamentos 10mm menor

Propriedades: Rolamento Ø Interno 10 mm, Ø Externo 26 mm, Distância entre rolamentos 10 mm, Largura Material Carregamento (Rede) 8 mm, aço X e carregamento 3500 N.

3.2.18. Análise do Mancal e Apoio 10mm menor

Propriedades: Espessura 2 mm, Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) Mancal 10 mm, aço X e carregamento 3500 N.

3.2.19. Análise do Suporte Dobrado 10mm menor

Propriedades: Espessura 3 mm, Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) Suporte 10 mm, aço Y e carregamento 3500 N.

3.2.20. Análise do Suporte Dobrado 10mm menor com 4 mm Aço 1020

Propriedades: Espessura 4 mm, Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) Suporte 10 mm, aço X e carregamento 3500 N

3.2.21. Análise do Suporte Dobrado 10mm menor com 4 mm Aço X e Carregamento à 45°

Propriedades: Espessura suporte 4 mm, Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) 10 mm, Ângulo do Carregamento 45°, aço X e carregamento 3500 N.

3.2.22. Análise do Suporte Dobrado 10mm menor com 4 mm Aço X e Carregamento à 90°

Propriedades: Espessura Suporte 4 mm, Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) 10 mm, Ângulo do Carregamento 90°, aço X e carregamento 3500 N.

3.2.23. Análise do Gancho Fuso 10 mm menor e com 5 mm maior no Eixo (Última Configuração)

Propriedades: Diâmetro 10 mm, Comprimento do Eixo 51 mm, Distância entre rolamentos Material Carregamento (Rede) 10 mm, aço Y e carregamento 3500 N.

Os resultados também foram satisfatórios para a análise do Gancho Fuso com eixo 5 mm maior e diâmetro na sua configuração final, como mostram as figuras acima.

4. Conclusões

Neste relatório, buscou-se dissecar e avaliar todas as principais análises envolvendo o Projeto Bom Balanço – Conjunto Gancho para Balanço de Rede. Como se pôde observar no transcorrer do mesmo, algumas análises serviram de base para outras, direcionando-se para caminhos mais trabalhosos, mas também com resultados muito mais seguros. Desta forma abriu-se um “leque” de análises somente dos componentes separadamente, para avaliar-se mais precisamente o seu comportamento. Esta metodologia demonstrou eficácia, já que valores e distribuições de tensão e deslocamentos dos itens ficariam “sombreados” frente aos maiores valores do conjunto. Enfim, é válido comentar novamente que as análises anteriores devem ser comprovadas através de ensaios experimentais e testes reais em campo. Também, as análises estáticas não consideram efeitos dinâmicos e nem de fadiga. Por isso, para um fator de segurança aceitável, a sugestão é especificar cada conjunto com metade da carga testada (1750 N). Ou seja, para cada conjunto de duas peças, as mesmas resistem o carregamento na Rede de 3500N ( aproximadamente 350 kg).

Como sugestão de melhorias do projeto original, segue breve sumário:

• Gancho: Alteração do Material de aço X para aço Y;

• Geometria: Distância entre rolamentos de 20 mm para 10mm;

• Eixo maior em 5 mm.

• Rolamentos: Redução do Posicionamento no Mancal para 10 mm;

• Utilização do rolamento rígido de uma carreira de esferas;

• Atentar para o carregamento estático e o dinâmico do rolamento especificado pelo fornecedor.

• Mancal e Apoio: Material aço X;

• Geometria: distância entre rolamentos de 20 mm para 10 mm;

• Arredondamento maior do que 2,5 mm na base do apoio para evitar-se altas concentrações de tensão.

Suporte de instalação (sugestão 1):

ü  Material: aço Y

ü  Geometria: distância entre rolamentos de 20 mm para 10mm;

ü  Espessura: 3 mm.

Suporte de instalação (sugestão 2):

ü  Material: aço X;

ü  Geometria: distância entre rolamentos de 20 mm para 10mm;

ü  Espessura: 4 mm – carregamento máximo de 3500 N (350 kg) no conjunto;

ü  Espessura: 3 mm – carregamento inferior a 3000 N (300 kg) no conjunto;

NOTA: Se o produto for especificado para um carregamento de 1750 N, aproximadamente 175 kg em cada conjunto, que se somando tem-se 350 kg no total, deve se manter a espessura de 4 mm no suporte. Se o produto for especificado para uma carregamento inferior a 1500 N, aproximadamente 150 kg em cada conjunto, somando-se 300 kg no total, a espessura do suporte pode ser reduzida para 3 mm sem comprometer a Segurança e Durabilidade do produto.