A metalomecânica de precisão
na
fabricação em série de armas e munições
no 3ºQ/Sec. XX
Vítor Carreira Martins
Localização do “cluster”
L do Armamento no 3º quartel do sec. XX
Fundição de Oeiras
Vistas aéreas em 1947 e início dos anos 50
Visita do Presidente da República
Stand da FBP, na Feira Popular, em 1947
FABRICA MILITAR DE BRAÇO DE PRATA
Planta da FMBP nos anos 60 e 70 do sec. XX
Área de implantação da FMBP (após a demolição)
Parte da fachada do edifício preservado e panorâmicas da área demolida (Nov. 2008)
Área de implantação da FNMAL, em fase final de demolição (posterior a 2004)
Quatro anos depois do encerramento da FNMAL
A produção em massa de artigos idênticos
O fabrico em série de armas e munições
•
•
•
•
•
1912 Ù Fabrico de granadas de 7,5 cm na F. Braço de Prata
1910 Ù Ford mod. “T” é apresentado em Salt Lake City
1816 Ù Simeon North constrói a primeira fresadora mecânica
1798 Ù Eli Whitney mostra, perante o Congresso da União, a montagem
de armas com peças intermutáveis
1765 Ù Jean Gribeauval introduz o conceito de intermutabilidade no
fabrico de tubos-canhões de artilharia
O fabrico em série de armas e munições
A problemática a resolver e a solução
•
A escassez de mão-de-obra qualificada
•
O processo de fabrico Ù sucessão de operações elementares
•
A divisão do trabalho e a especialização
•
A capacidade física limitada do ser humano e a precisão do sistema
homem-máquina
•
O emprego generalizado de máquinas-ferramentas
•
O emprego de ferramentas especializadas e dispositivos
•
A montagem (s/ ajustar) e o funcionamento <> Intermutabilidade
– A precisão dos processos de fabrico e o conceito de tolerância
– A concepção e o emprego de calibres
A DISTRIBUIÇÃO NORMAL OU DE GAUSS
A precisão dos processos e a curva de GAUSS
O génio Carl Friederiech Gauss, aos 10 anos (1786)
1
2
3
1 + 100 = 101
.
.
.
98
99
100
?
2 + 99 = 101
3 + 98 = 101
5050
A precisão dos processos – lei de variação / curva normal (de Gauss)
Medição da altura 50+/-0,015 maquinada em
rectificadora de planos
INTERMUTABILIDADE – a precisão dos processos de fabrico
•
•
•
IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT4, IT5, IT6.. Production of gauges and instruments.
IT 5, IT6, IT7, IT8, I9, IT10, IT11, IT12...Precision and general Industry.
IT11, IT14, IT15, IT16..Semi finished products
•
IT16, IT17, IT18 ..Structural Engineering
ISO IT Grade
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 15
16
T band / Size 80 - 120
2,5
4
6
10
15
22
35
54
87
140
220
350
540
870
1400
2200
T band / Size 3 - 6/10
1
1,5
2,5
4
5/6
8/9
12
18
30
48
75
120
180
300
Lapping
Honning
Cylind. grinding
Plan grinding
Broaching
Reaming
Turning & Boring
Milling
Sawing
Extruding
Cold rolling & drawing
Drilling
Forging
Hot rolling
O FABRICO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
NO 3º Q/SEC. XX
Técnicas e processos em que a FMBP foi pioneira
• Controlo da qualidade industrial – controlo estatístico do
processo
• Engenharias de produto/processo simultâneas (DFM)
• Projecto e fabrico de ferramentas, dispositivos e calibres
• Programas de redução de leadtimes
• Laboratórios de metrologia, de análises e ensaio de
materiais
• Fusão, laminagem e embutissagem do latão 70/30
• Tratamentos térmicos de aços, cementação e nitruração
• Fundição injectada de ligas de Zn e Al (pequenas peças)
• Torneamento de precisão c/ tornos automáticos mono e
multi-árvore
• Planeamento e controlo da produção e custos com TAD
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
Controlo da qualidade industrial – CEP
Engenharias de produto/processo simultâneas
(DFM – Design For Manufacture)
Engenharias de produto/processo simultâneas
(DFM)
Objectivos
•
•
Rever o projecto em função
do processo
Garantir o cumprimento da
especificação do produto
Plano de acções
•
•
•
Execução série ‘0’
Ensaio de tiro
Rebentamento em cercado
de Brouges
Engenharias de produto/processo simultâneas
(DFM)
Engenharias de produto/processo simultâneas
Estudo do ajustamento ‘tubo do morteiro / granada de 81mm’
Engenharias de produto/processo simultâneas
Estudo do ajustamento ‘tubo do morteiro / granada de 81mm’
determinação de cotas nominais e tolerâncias
Condições de funcionamento no tiro
• Folga mínima permitida fm = 435 μ
• Folga máxima permitida fM = 1206 μ (80% para projecto) = 965 μ
• Folga de projecto nas condições de máximo material
fp = (435 + 1206*0,80) / 2 = 699,9 μ = 0,70 mm
Parametrização do sistema ‘tubo / granada’
+a
•
D = φ+b(diametro interior do tubo), com φ = 81
-x
•
•
•
d = φ-y (diametro na faixa de centragem), φ = 81
fm = Dm – dM = (81+b) – (81-x) = b + x
fM = DM – dm = (81+a) – (81-y) = a + y
Engenharias de produto/processo simultâneas
Estudo do ajustamento ‘tubo do morteiro / granada de 81mm’
determinação de cotas nominais e tolerâncias
Equações de funcionamento do sistema ‘tubo / granada’
• fpm = b + x = 0,70 Ù b + x = 0,70
• fpM = a + y < 0,965 Ù a + y + k = 0,965
Domínio de funcionamento
0,435 < f < 0,965
Critério de cotação funcional do sistema ‘tubo / granada’
Repartição equitativa da ‘folga de projecto’ pelo diâmetro interior do
tubo do morteiro e pelo diâmetro da faixa de centragem da granada,
na condição de máximo material.
Engenharias de produto/processo simultâneas
Estudo do ajustamento ‘tubo do morteiro / granada de 81mm’
determinação de cotas nominais e tolerâncias
Determinação da cota nominal e tolerância do diâmetro do tubo
Dm = φ + fp/2 = 81 + 0,70/2 = 81,35 (máximo material)
•
•
O processo de fabrico garante o grau de tolerância IT7 = 0,035
D = 81,35 H7 = 81,35+0,035
Tomaremos, porém, a cota o tubo do morteiro FBP em serviço
D = 81,40+0,04 (ficando a = 0,44 e b = 0,40)
Determinação da cota do diâmetro da faixa de centragem
δM = φ – x = 81 – (0,70-b) = 81 – 0,30 = 80,70 (máximo material)
δ = 80,70 max (após pintura)
Engenharias de produto/processo simultâneas
Estudo do ajustamento ‘tubo do morteiro / granada de 81mm’
determinação de cotas nominais e tolerâncias
Determinação do diâmetro da faixa de centragem após maquinagem
• O processo de pintura garante uma espessura de película de 30μ
dM = 80,70 – 2*0,030 = 80,64
• Aplicando agora a 2ª equação de funcionamento
a + y + k = 0,965 Ù a + y < 0,965 Ù 0,44 + y < 0,965
y < 0,525
O que nos deixa uma margem muito folgada para fixação da tolerância
Do diâmetro da faixa de centragem na operação de rectificação, face à
precisão das máquinas utilizadas (torno de cópia e rectificadora sem
centros). Como então seguíamos as normas americanas, fixou-se o
intervalo de tolerância de 0,005” = 0,127, donde resulta a cota
d = 80,64-0,127
GRANADA DE MORTEIRO DE 81 MM
projecto dos calibres para inspecção do diâmetro da granada na
faixa de centragem
• Cota a inspeccionar Ù d = 80,64-0,127
• Controlo por atributos
• Tipo de calibres Ù maxila P/NP
GRANADA DE MORTEIRO DE 81 MM
projecto dos calibres para inspecção do diâmetro da granada na
faixa de centragem
• Dimensionamento do calibre
–
–
–
–
Cota a controlar Ù d = 80,64-0,127
tolerância a controlar Ù IT = 0,127 mm
tolerância de fabrico do calibre Ù H = IT/10 = 0,013 mm
Zona de gastamento Ù z = IT/10 = 0,013 mm
• Cota do calibre P (novo)
+0,0065
– L = (dM – z) + H/2 = (80,64-0,013) + 0,0065 = 80,627-0,0065
• Limite de utilização do calibre P (usado)
– L’ = 80,64
• Cota do calibre NP
+0,0065
– l = dm + H/2 = (80,64-0,127) + 0,0065 = 80,513-0,0065
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
Projecto e fabrico de um calibre tampão ‘Passa’
Calibre tampão P para furo 8,5 D10 = 8,5(+0,040 /+0,098)
IT10 = 58 μ <> z = 1/10*IT10 = 5 μ
IT4 = 4 μ (tolerância de fabrico do calibre)
Diâmetro máximo do calibre = 8,540 + 5 + 4 = 8,549 mm
Diâmetro mínimo do calibre = 8,540 + 5 = 8,545 mm
Limite de gastamento = 8,540 mm
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
Calibre P/NP para inspecção cavilha-eixo diam. 5m6 (5,004 - 5,0012)
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
Calibres tampão e anel para inspecção de roscas
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES -3ºQ/SecXX
A operação mecânica elementar
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES - 3ºQ/Sec.XX
as movimentações e o leadtime
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
programas de redução de leadtimes - II
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
programas de redução de leadtimes - I
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
Ferramentas ‘estandardizadas’
FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
Torno multi-árvores
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
Laboratórios e Gabinete de Estudos e Métodos
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
Laboratório balístico e carreira de tiro
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
Dinâmicas de cooperação e desenvolvimento
•
Cooperação empresarial
– Fornecimento de serviços (trat.térmicos , metrologia dimensional,
análises e ensaio de materiais)
– Apoio às iniciativas individuais de criação de oficinas de ferramentas
– Apoio técnico aos fornecedores
– Visitas técnicas.
•
Formação de capital humano p/ o mercado de trabalho
– Treino dos engenheiros em SMO
– Formação de aprendizes
– Treino de pessoal executante e dirigente fabril
FÁBRICA MILITAR DE BRAÇO DE PRATA
1907 - 1997
O fabrico em série de armas e munições
3º Q / Sec. XX
•
Sistema económico de produção
em massa de bens para venda e
distribuição aos consumidores
–
–
–
–
•
Mecanização e standardização
Divisão do trabalho
Especialização
MOD semi-qualificada
Macro-tecnologia integradora das
engenharias de processo e de
produto
–
–
–
DIRECTOR
Projecto do produto
Plano de fabrico
• Operações Elementares
• Estudo e medição do trabalho
• Máquinas-ferramentas
• Ferramentas, dispositivos e
calibres
Qualidade industrial
• CEP
• Inspecção, teste e ensaio
• Calibração
FMBP
SERV.
COMERCIAIS
1ª DIVISÃO
Est&Métodos
Med.trabalho
Planeamento
Qualidade
Ver. Geral
SERV.
INDUSTR.
2ª DIVISÃO.
Munições
Tecn latão mil.
Arr. Apara
Pr. Ch. Fina
Rev. Elect.
SERV.
ADM. FIN.
3ª DIVISÃO
Fab. Canos
Mnt.Arm lig.
Morteiros
Mat. Art.
Carpint.
SERV.
GERAIS
Pessoal
Formação
Serv. Apoio
4ª DIVISÃO
Of.Ferrament
Trat. Térmico
Mant.&Cons.
Obra Nova
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
A FABRICAÇÃO EM SÉRIE DE ARMAS E MUNIÇÕES
As tecnologias específicas no 3º Q / Sec. XX
Forjamento por extrusão
•
•
•
Fornos de sais
Fornos de indução
Prensas hidráulicas
Arranque de apara
•
•
•
•
Tornos automáticos mono e multiárvore
Rectificadoras de produção
Máquinas transfer
Fresadoras de série
Tecnologia do latão militar
(70% Cu / 30% Zn)
•
•
•
Fusão e laminagem do latão 70/30
Embutissagem profunda
Tratamento térmico
Fabrico de canos
•
Maquina de martelar
Fabrico de ferramentas e calibres
•
•
•
Fresadoras ferramenteiras
Tornos
Rectificadoras de planos e cilindricas
T. térmicos e electroquímicos
•
•
Tratamentos térmicos do aço
Zincagem, cadmiagem, cromagem,…
Estampagem de chapa fina
•
Prensas mecânicas
Fabrico de molas
•
Máquinas especiais para arame e chapa
Laboratório de metrologia dimensional
Laboratório de ensaio de materiais
Laboratório de análises
Laboratório balístico
O paradoxo do gato de Schrodinger