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Metal Mec창nico Tecnologias Chave

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Tend锚ncias Tecnol贸gicas

Sumário Introdução................................................................................................................4 i. Comportamento do setor ............................................................................................................. 4 ii. Tendências transversais............................................................................................................. 5

1. Tendências Tecnológicas em Materiais : .............................................................6 1.1 Materiais nano-estruturados .................................................................................................... 6 1.2 Novas ligas :.............................................................................................................................. 7 1.3 Novos tratamentos de superfície ............................................................................................. 8 1.4 Conjuntos Multi-Materiais......................................................................................................... 9 1.5 Novo processo de fundição.................................................................................................... 10

2. Tendências Tecnológicas em Processos : .........................................................11 2.1 Usinagem 5 eixos ................................................................................................................... 11 2.2 Processos de Sinterização Alta Energia (LPPS, SPS)......................................................... 12 2.3 Novas Técnicas de Soldagem (Laser, FSW) ........................................................................ 13 2.4 Formagem Alta Velocidade (Novas prensas hidráulicas)..................................................... 14 2.5 High Speed Cutting (HSC) ..................................................................................................... 15 2.6 Brunimento em ferro fundido vermicular ............................................................................... 16 2.7 Otimização informática do corte do aço : .............................................................................. 17 2.8 Eletro-erosão a Fio 5 eixos .................................................................................................... 18 2.9 Automação a baixo custo : ..................................................................................................... 19

3. Sustentabilidade ................................................................................................20 3.1 Lubrificação ecológica............................................................................................................ 20 3.2 Redução de nível sonoro ....................................................................................................... 21

Setor Metal Mecânico

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Introdução i. Comportamento do setor O setor Metal Mecânico encontra-se entre os segmentos industriais que mais evoluem na atualidade. A dinâmica nacional e internacional desse setor foi estudada a partir de notícias publicadas diariamente no Centro de Informação Metal Mecânico, no Guia de Compras da Siderurgia Brasileira e no Instituto Brasileiro de Siderurgia(1). Nesta pesquisa a dinâmica nacional e internacional do setor metal mecânico se caracteriza por : Crescimento do setor De acordo com os resultados obtidos pelas principais empresas do setor, aparece claramente que a indústria metal mecânica brasileira está em plena expansão. Além dos ótimos resultados de 2007, as empresas estão continuando a aumentar faturamento e superar expectativas desde o início do ano. As vendas de veículos bateram recorde em fevereiro e aumentaram em 34% em março enquanto as vendas de Aço aumentaram em 39% em 2007 e bateram recorde em fevereiro com 2,74 milhões de toneladas (ver Gráfico 1). De olho no futuro, empresas constroem fábricas e contratam mais. Por exemplo, a Vale pretende aumentar a produção de minério em 50% e contratar 62 mil trabalhadores até 2012, no Brasil mas também na Inglaterra, nos EUA, no Canadá e na Austrália. Gráfico 1 – Compras, Vendas e Estoques de aço no Brasil em 2007

Fonte : Revista do Aço, Edição 96

1 Centro de Informação Metal Mecânico, www.cimm.com.br ; Guia da Siderurgia, www.guiadasiderurgia.com.br ; Instituto Brasileiro de Siderurgia, www.ibs.org.br

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Tendências Tecnológicas

Investimentos em alta Conseqüência do alto crescimento, os investimentos no setor metal mecânico estão se multiplicando. O setor de máquinas e ferramentas deve investir R$ 9,3 bilhões em 2008(2) enquanto o setor de mineração investirá US$ 32 bilhões até 2011(3). As empresas nacionais e multinacionais aproveitam desse mercado aquecido e investem para crescer no Brasil. Assim a produtora de tubos francesa Vallourec prevê investir US$ 607 milhões no Brasil este ano, enquanto a Gerdau investirá US$ 6,4 bilhões em três anos e a Arcelor US$ 1 bilhão em Minas Gerais. Além disso, os investimentos das micro, pequenas e médias empresas (MPMEs), estão sendo facilitados. Em abril, o cartão BNDES passou a permitir o financiamento de insumos do setor metal mecânico, como os laminados metálicos na forma de barras, chapas, perfis e tubos (de aço, alumínio, cobre).

ii. Tendências transversais Sustentabilidade e Redução dos custos Uma tendência marcante nas empresas do setor metal mecânico é o crescente interesse em questões relacionadas à “Produção mais Limpa”, ou seja diminuir os custos e aumentar eficiência respeitando o meio ambiente. A produção mais limpa (P+L) é uma verdadeira estratégia econômica, ambiental e tecnológica integrada aos processos e produtos que permite de diminuir o uso de matérias-primas, de água, energia e minimizar ou reciclar resíduos. Tendo em vista que o minério de ferro deve custar 30% a mais em 2009(4), a otimização dos processos e a minimização da produção de resíduos, que eram uma prioridade ecológica, passam a ser agora uma verdadeira prioridade econômica. Eco-concepção / Eco-fabricação Além da produção mais limpa, outra tendência que vem ganhando força é a ecoconcepção, que é um princípio de trabalho onde a análise do impacto ambiental de um produto ou serviço é feita desde a fase de concepção levando em consideração todo o seu ciclo de vida. A eco-concepção permite cumprir as obrigações ambientais regulamentares bem como ajuda a gerenciar o custo de vida do produto (Custo de fabricação, custo de utilização, custo de reciclagem, Valor obtido pelos produtos da reciclagem). Legislações ambientais mais rigorosas Com a crescente conscientização da sociedade em relação aos problemas ambientais, as legislações estão sendo cada vez mais rigorosas. As empresas do setor devem em alguns casos rever a concepção dos produtos e desenvolver soluções economicamente viáveis para cumprir as novas regulamentações.

Fonte ABIMAQ, Associação Brasileira de Máquinas e Equipamentos Fonte IBRAM, Instituto Brasileiro de Mineração. 4 Fonte CIMM, Centro de informação Metal Mecânico 2 3

Setor Metal Mecânico

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1. Tendências Tecnológicas em Materiais : 1.1 Materiais nano-estruturados : Descrição da Tecnologia Os materiais nano-estruturados são metais clássicos nos quais foram acrescentadas pequenas quantidades (no máximo 10%) de nano partículas para aumentar, entre outras, as propriedades mecânicas, térmicas e de resistência à corrosão

Problemática Necessidade de novas propriedades para superfícies ou volumes, ou melhorar as propriedades já existentes.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ As técnicas de elaboração das nano partículas ainda estão sendo desenvolvidas ▪ Custo alto de produção ▪ Ainda não tem dados sobre o tempo de vida desses materiais ▪ Insegurança quanto à utilização das nano partículas ▪ Falta de conhecimento sobre a possibilidade de reciclagem no final da vida do material ▪ Limites técnicos e econômicos desconhecidos

Impacto dessa tecnologia ▪ Melhoramento importante das propriedades, ou novas propriedades ▪ Novas funcionalidades : adesão, auto-limpeza ... ▪ Simplificação de alguns processos (tratamento de superfície)

Emergente

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Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : Cetim (França)

1.2 Novas ligas : Descrição da Tecnologia Novos aços de alta resistência, ligas de alumínio, de titânio e de magnésio permitem de atender especificações de diminuição de peso, de segurança, de melhor resistência às temperaturas e aos choques.

Problemática Necessidade de atender especificações técnicas cada vez mais exigentes : diminuir custo, diminuir peso, aumentar resistência, melhorar as propriedades termomecânicas

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ Flutuação do custo das matérias-primas ▪ Custo de integração de novos materiais (ferramentas, novos processos...) ▪ Riscos de concepção errada, demandando o uso de ferramentas sofisticadas ▪ Falta de dados sobre esses materiais e a utilização deles

Impacto dessa tecnologia ▪ Materiais permitindo o atendimento de especificações complexas, juntando alta duração de vida e condições de utilização difíceis (choques, corrosão, fadiga...) ▪ Os novos aços planos têm alta resistência, ▪ Ligas de alumínio atendem aos setores aeronáutico, automotivo e ferroviário, ▪ Ligas de titânio permitem inovações de aplicações (elementos de motores e estruturas aeronáuticas, peças de construção...)

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : Cetim (França)

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1.3 Novos tratamentos de superfície

Descrição da Tecnologia Os tratamentos de superfície (pulverização plasma, tratamento químico, laser...) permitem a obtenção de novas funções e otimizam os antigos processos limitando o recurso a materiais onerosos ou poluentes.

Problemática Necessidade de dar novas funções as superfícies e melhorar as propriedades delas limitando o recurso a solventes ou outros produtos agressivos para o Meio Ambiente. Exemplos de novas funções: a auto-lubrificação, a auto-limpeza, ou uma superfície adesiva...

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ Acesso e difusão dos conhecimentos sobre essa tecnologia. ▪ Nível de investimentos. ▪ Tecnologia abrangendo diversos processos

Impacto dessa tecnologia ▪ Impacto muito forte sobre a competitividade das indústrias, trazendo novas funções específicas, respeitando o meio ambiente, diminuindo os custos. ▪ Aumento da dureza, resistência a corrosão, condutividade elétrica, resistência à temperatura, redução de atritos...

Emergente

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Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : Technologies Clées (França)

1.4 Conjuntos Multi-Materiais

Descrição da Tecnologia Peças constituídas de materiais diferentes unidas por processos físicos (Soldagem, Brasagem, Fixação) ou químicos (Colagem).

Problemática Necessidade de atender às demandas de novas funcionalidades. Os sistemas utilizando diferentes materiais estão se desenvolvendo cada dia mais. Necessidade transmitir esforços e tensões pelos conjuntos multi-materiais.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Falta de conhecimento sobre as novas tecnologias de soldagem (Soldagem laser, FSW, TopMAG) e técnicas de conjunto (ultra-som, eletro, explosão...) ▪ Conhecimento sobre o tempo de vida dos conjuntos ▪ Conjuntos críticos (Metal - Não Metal)

Impacto dessa tecnologia ▪ Os conjuntos multi-materiais apresentam características de confiabilidade, durabilidade, leveza e estética. ▪ Diminui os gastos energéticos (peso no transporte) e aumenta a segurança. ▪ Criação de conjuntos mais complexos.

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : Technologies Clées (França)

Setor Metal Mecânico

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1.5 Novo processo de fundição

Descrição da Tecnologia Novo processo de fundição que elimina as perdas de energia no processo de fabricação do coque e nos gases dos altos fornos.

Problemática Necessidade de processos de fundição mais econômicos. Necessidade de reduzir as emissões de carbono e limitar o uso de matéria-prima com vista a uma produção mais limpa.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ Tecnologia emergente (patenteada em março). ▪ Acesso difícil à informação.

Impacto dessa tecnologia ▪ Redução de 50% do consumo de carvão. ▪ Permite a utilização de carvão de poder calorífico inferior. ▪ Economia elétrica de 50% em comparação aos gastos dos fornos a arco elétrico e de 20% em comparação aos gastos dos fornos a arco submerso.

Emergente 10

Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : Staal Tegnologie (África do Sul)

2. Tendências Tecnológicas em Processos : 2.1 Usinagem 5 eixos

Descrição da Tecnologia As máquinas de 5 eixos são máquinas de usinagem (fresadoras, tornos...) que além dos três eixos X,Y e Z possuem dois graus de liberdade a mais, em rotação.

Problemática Necessidade de usinar peças com formas cada vez mais complicadas e diminuir os tempos de usinagem e de Setup.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ Custo das máquinas e de formação dos operadores ▪ Complexidade de programação das máquinas ▪ Falta de conhecimento sobre a gama de máquinas e sobre suas possibilidades.

Impacto dessa tecnologia ▪ Permite a produção de peças com formas mais complexas com uma boa relação de custo, qualidade, produtividade. ▪ Ultrapasse as limitações da usinagem clássica 3 eixos : Usinagem com ferramentas compridas, riscos de quebra, alto tempo de usinagem, impossibilidade de usinar peças com furos compridos. ▪ Reduz os números de operações e os tempos de usinagem. ▪ Melhoria dos acabamentos superficiais. ▪ Aumenta a vida útil das ferramentas.

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : Cetim (França)

Setor Metal Mecânico 11

2.2 Processos de Sinterização Alta Energia (LPPS, SPS)

Descrição da Tecnologia Os novos processos de Sinterização de pó com aquecimento rápido (SPS) ou baixa pressão (LPPS) permitem a realização de revestimentos de superfície de alta performance. SPS : Spark Plasma Sintering LPPS : Low Pressure Plasma Sintering

Problemática Necessidade de revestimentos de alta performance (barreiras térmicas, anti-desgasto...) Necessidade de otimizar os processos de sinterização para que sejam mais rápidos e mais econômicos.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ Necessidade de alto nível de competência técnica. ▪ O SPS é um processo ainda emergente que precisa ser industrializado.

Impacto dessa tecnologia ▪ Esse processo de sinterização produz nano estruturas que impactam positivamente no aumento da performance das peças. ▪ O processo SPS permite conjuntos multi materiais. ▪ Permite sinterizar pó muito rapidamente (um a dois minutos em vez de uma a duas horas).

Emergente 12

Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : Cetim (França)

2.3 Novas Técnicas de Soldagem (Laser, FSW)

Descrição da Tecnologia As novas tecnologias de soldagem por fricção (Friction Steer Welding) ou soldagem Laser são mais eficientes e permitem a união de peças de materiais diferentes como por exemplo o aço e o alumínio.

Problemática Necessidade de limitar as deformações na área soldada, criar conjuntos de materiais diferentes, automatizar os processos de soldagem e aumentar o numero de materiais soldáveis.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento ▪ Custo de aquisição e de manutenção. ▪ Formação específica dos operadores. ▪ Cada processo é limitado a um grupo de materiais.

Impacto dessa tecnologia ▪ Redução dos tempos de processo e alta produtividade para a soldagem laser. ▪ Redução de deformação das peças. ▪ Aumento do numero de materiais soldáveis. ▪ Automatização dos processos limitando riscos de erro de operadores. ▪ Permite a união de materiais não soldáveis com os processos tradicionais.

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : Cetim (França)

Setor Metal Mecânico 13

2.4 Formagem Alta Velocidade (Novas prensas hidráulicas)

Descrição da Tecnologia Cisalhamento, Corte, Forja e Compactagem alta velocidade com o uso das novas prensas hidráulicas que permitem velocidades mais elevadas e aumento da qualidade.

Problemática Necessidade de processos adiabáticos e mais rápidos, Necessidade de compreender os fenômenos e validar a durabilidade dos processos.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Falta de interação entre metalurgistas e mecânicos. ▪ Criação de simulação dos processos. ▪ Custo de aquisição das prensas e de desenvolvimento das ferramentas. ▪ A resistência das ferramentas precisa ser melhorada.

Impacto dessa tecnologia ▪ Aumento da produtividade e da qualidade com impactos superiores à 10m/s. ▪ Produção de peças a partir de materiais de difícil conformação. ▪ Corte de chapas muito resistentes.

Emergente

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Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : Cetim (França)

2.5 High Speed Cutting (HSC)

Descrição da Tecnologia O HSC consiste em aumentar a velocidade de usinagem e assim diminuir a temperatura da peça sendo usinada, o que causa um menor enfraquecimento do material.

Problemática Necessidade de diminuir a temperatura da peça sendo usinada e os tempos de usinagem. A velocidade de corte (Machining Feed Rate) tem que ser maior que a velocidade de condução térmica, para concentrar a maior parte da dissipação de calor no material removido (cavaco).

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento :

▪ A alta velocidade (de spindle variando de 20000 até 60000 rpm, de corte entre 2 e 20 m/min) necessita motores e eletrônica de última geração. ▪ Alta precisão.

Impacto dessa tecnologia

▪ Permite construção de conjunto num bloco só, diminuindo tempo de montagem de 60% ▪ Redução do número de ferramentas e do peso da peça final ▪ Chega a eliminar ou diminuir em até 90% a necessidade de polimento das peças ▪ Realização de formas complexas e de paredes finas ou fendas estreitas.

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : CIMM (Patenteado na Alemanha)

Setor Metal Mecânico 15

2.6 Brunimento em ferro fundido vermicular

Descrição da Tecnologia O brunimento é um processo de acabamento que consiste no esmagamento de uma superfície, a frio, sob pressão de roletes tratados (ferramentas ou roletes de brunimento)

Problemática Cresce a utilização do ferro fundido vermicular (Compacted Graphite Iron), principalmente nos blocos motores diesel de alto desempenho. A usinagem de blocos de motores em ferro fundido vermicular é atualmente realizada com sucesso, porém faz-se necessário melhorar os processos de acabamento.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Carência no Brasil de profissionais e empresas com domínio e conhecimento referente ao processo de brunimento, até mesmo em ferro fundido cinzento. ▪ Altas velocidades de usinagem recomendadas.

Impacto dessa tecnologia ▪ Permite a utilização do ferro fundido vermicular nos blocos de motores aportando melhores propriedades mecânicas (aumento das tensões admissíveis) em relação ao ferro fundido cinzento e ligas leves. ▪ Eliminação das etapas de mandrilamento em acabamento e redução do custo de fabricação.

Emergente

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Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : CIMM (Patenteado na Alemanha)

2.7 Otimização informática do corte do aço :

Descrição da Tecnologia Novos algoritmos de cálculos permitem uma otimização do corte do aço, reduzindo a quantidade de cavaco e economizando matéria.

Problemática Necessidade de otimizar o uso de matéria-prima diminuindo a produção de cavacos.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Programa complexo por causa dos milhares de possibilidades para o corte. ▪ Combinar economia de matéria-prima e custos de processo. ▪ Difusão do programa de otimização.

Impacto dessa tecnologia ▪ Diminuição dos custos de produção com uma qualidade igual. ▪ Economia de energia. ▪ O programa indica a quantidade de matéria economizada, os ganhos energéticos e ecológicos para uma tomada de decisão mais acertada. ▪ Tomada de decisão rápida

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : Fraunhofer Institute IAIS (Alemanha)

Setor Metal Mecânico 17

2.8 Eletro-erosão a Fio 5 eixos

Descrição da Tecnologia Processo de eletro-erosão onde o elétrodo é um fio de latão ionizado que atravessa a peça sendo usinada numa água deionizada. As novas máquinas de eletro-erosão têm agora 5 eixos.

Problemática Necessidade de usinar peças com perfis cada vez mais complexos e que devem ser produzidas com tolerâncias restritas. Necessidade de usinar peças de alta dureza.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ A tecnologia é ainda pouco desenvolvida. ▪ Investimento na máquina 5 eixos. ▪ Formação específica dos técnicos. ▪ Aplicação bem específica.

Impacto dessa tecnologia ▪ Corte e usinagem de perfis extremamente complexos com exatidão. ▪ Alta precisão e acabamento. ▪ Inexistência de cavaco (partículas fundidas). ▪ Usinagem de peças pequenas e de alta dureza.

Emergente

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Desenvolvimento

Tendências Tecnológicas

Difusão

Fonte : ONA (Espanha)

2.9 Automação a baixo custo :

Descrição da Tecnologia Cabeçotes multifusos, cabeçotes revolver, mesas giratórias 4° ou 5° eixo permitem melhorar os processos de usinagem e aumentar a produtividade das máquinas tradicionais.

Problemática Necessidade de diminuir os tempos de usinagem conservando um custo baixo. Os investimentos em alta tecnologia costumam ser caros.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Difusão do catálogo de soluções disponíveis ▪ Prazo de entrega elevado devido a alta demanda.

Impacto dessa tecnologia ▪ Baixo custo de adaptação. ▪ Diminuição dos tempos de máquinas e aumento de produtividade. ▪ Usinagem 5 eixos com máquina tradicional. ▪ Usinagem em posições difíceis. ▪ Redução do número de Setup. ▪ Uma máquina, várias ferramentas.

Emergente

Desenvolvimento

Difusão

Fonte : Triaxis (Brasil)

Setor Metal Mecânico 19

3. Sustentabilidade 3.1 Lubrificação ecológica

Descrição da Tecnologia A usinagem e a formagem podem utilizar novas tecnologias de lubrificação (lubrificante biodegradável, lubrificante spray, trabalho a seco) para diminuir os efluentes nocivos gerados por esses processos.

Problemática Necessidade de diminuir o impacto ambiental das tecnologias de lubrificação atualmente em uso.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Os bio-lubrificantes ainda estão sendo desenvolvido. ▪ Avaliação do melhoramento econômico e ecológico dessa tecnologia. ▪ Produtividade (velocidade de corte,avanço...). ▪ Custo maior do que os lubrificantes clássicos.

Impacto dessa tecnologia ▪ Redução do uso de lubrificante. ▪ Reciclagem facilitada dos cavacos. ▪ Redução do custo ambiental.

Fonte : França - Cetim 20

Tendências Tecnológicas

3.2 Redução de nível sonoro

Descrição da Tecnologia Paredes, revestimentos, EPI ou ainda organização dos espaços de trabalho cuidando da redução o nível sonoro. Exemplo da tecnologia WONROS – Wear Out and Noise Reduction On Source, que reduz o barulho produzido pela fricção entre superfícies metálicas.

Problemática Necessidade de reduzir o impacto do barulho dos processos mecânicos que ainda está muito elevado.

Dificuldades de aquisição e freios ao desenvolvimento : ▪ Custo dos estudos e de aplicação das soluções, ▪ Problemas térmicos da isolação fônica (que induz isolação térmica) ▪ Problemas de acessibilidade ▪ Ganho acústico limitado da redução de barulho na fonte e do tratamento acústico das construções

Impacto dessa tecnologia ▪ Evitar, limitar ou eliminar os riscos auditivos nos ambientes de trabalho com barulho elevado, ▪ Melhoramento das condições de trabalho, ▪ Escolher o melhor investimento anti-baruho.

Fonte : França - Cetim

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Tend锚ncias Tecnol贸gicas

Observatório de prospecção e difusão de tecnologia - SENAI

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Tecnologias Chaves Metal-Mecânico