FOCO NO DESEMPENHO

IHI Corporation Soma No.2 Aero-Engine Works

O desafio de estabelecer uma nova tecnologia de produção para aumentar a produção de motores aeroespaciais

A IHI Corporation Soma No.2 Aero-Engine Works fabrica mais de 3.500 peças de motores aeroespaciais, como discos, blisks e engrenagens. Equipada com mais de 700 máquinas e utilizando mais de 100.000 processos de fabricação, esta fábrica produz pequenos lotes de diversos tipos de produtos. Neste artigo, visitamos a unidade de usinagem avançada que apoia a indústria aeroespacial global.

Líder na fabricação de motores aeroespaciais no Japão

A IHI Corporation atua em quatro grandes segmentos de negócios: 1) "Recursos, energia e meio ambiente"; 2) "Infraestrutura social, instalações offshore"; 3) "Sistemas industriais, máquinas de uso geral"; e 4) "Motor aeroespacial, espaço e defesa".

Seus negócios relacionados ao motor aeroespacial representam 60% a 70% da produção total no Japão. A IHI é também o principal fornecedor de motores da maioria das aeronaves usadas pelo Ministério da Defesa do Japão. Além disso, a empresa participa de projetos internacionais para desenvolvimento conjunto de diversos motores de aeronaves comerciais através do desenvolvimento, fabricação e fornecimento de módulos e peças. Todo o know-how adquirido no desenvolvimento e fabricação de motores também pode ser aplicado à manutenção e reparos. Desta forma, a empresa presta serviços às companhias aéreas estrangeiras que terceirizam a manutenção. Assim, a IHI tem conquistado o prestígio de muitos clientes.

Equipamentos de ponta da IHI Soma No.2 Aero-Engine Works

A IHI atua na produção, montagem e manutenção de motores de aeronaves em suas quatro fábricas: 1) Kure Aero-Engine e 2) Turbo Machinery Works, ambas localizadas na cidade de Kure, na Província de Hiroshima; 3) Mizuho Aero-Engine Works, em Mizuho-cho, em Tóquio; 4) Soma No.1 e No.2 Aero-Engine Works, ambas na cidade de Soma, na Província de Fukushima.

A IHI Soma Works, a maior fábrica da IHI, está localizada a 10 km da costa do Pacífico, sobre as terras levemente elevadas da Colina de Onodai.

A fábrica Soma No.1 foi estabelecida em 1998 como a quarta planta de fabricação da Divisão de Motor Aeroespacial, Espaço e Defesa, com a transferência parcial das funções da Planta de Tanashi que atuava na fabricação de peças de motores aeroespaciais. Em 2006, as funções remanescentes da Planta de Tanashi foram transferidas completamente para a fábrica Soma No.2.

No amplo espaço das suas instalações, a fábrica Soma No.2 dispõe de uma rede elétrica e tubulação de ar comprimido ao longo das vigas da estrutura predial para abastecer todos os equipamentos. Isso proporciona flexibilidade para mudar o layout conforme a necessidade.

O interior da fábrica é limpo e livre do odor de óleos de corte, proporcionando conforto e seguraça aos funcionários que trabalham no ambiente.

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(Esquerda para direita) Ryoji Takahashi, gerente geral; Masayoshi Ando, engenheiro; Hatsuo Okada, gerente
Departamento de Engenharia de Produção; Soma No.2 Aero-Engine Works; Divisão de Motor Aeroespacial, Espaço e Defesa; IHI Corporation.

A complexidade da fabricação de peças para motores aeroespaciais e a persistência para estabelecer novas tecnologias de usinagem.

Com a expectativa de crescimento estável da demanda na indústria aeroespacial, tem aumentado a necessidade de motores aeroespaciais ecologicamente corretos. Considerando este cenário no mercado, visitamos a fábrica Soma No.2 Aero-Engine Works, que produz peças de turbina de baixa pressão. Entrevistamos Ryoji Takahashi, gerente geral; Masayoshi Ando, engenheiro; e Hatsuo Okada, gerente; sendo todos do Departamento de Engenharia de Produção, da fábrica Soma No.2 Aero-Engine Works.

Quais são os pontos fortes da empresa que contribuem para manter a grande participação de mercado da IHI?

Takahashi: “A IHI tem uma profunda experiência e know-how na fabricação e montagem de peças de motores aeroespaciais. As peças de eixo e de turbinas de baixa pressão são nossas especialidades, sendo altamente apreciadas por nossos clientes. Inicialmente a nossa empresa cresceu através dos negócios com o Ministério da Defesa. Porém, nos últimos anos, a proporção das vendas de motores para aeronaves comerciais tornou-se maior. Além disso, em termos de tecnologia de fabricação, a IHI é uma das poucas empresas que dispõe das diversas tecnologias e capacidades técnicas necessárias para fabricar motores completos.”

Poderia falar sobre a complexidade da fabricação de peças de motores aeroespaciais?

Takahashi: “Os motores aeroespaciais possuem muitas peças em materiais leves e extremamente resistentes, porém difíceis de usinar. Além disso, a maioria das peças exige uma elevada precisão de usinagem, em torno de 0,01 mm. Este rigoroso padrão de qualidade é assegurado pelo processo de produção gerenciado detalhadamente. Para o desenvolvimento de motores, precisamos realizar inúmeros testes de usinagem e avaliações de desempenho das ferramentas, dedicando um longo período de tempo até finalmente estabelecer um processo de fabricação final. Em outras palavras, uma vez que se cadastra uma ferramenta, é difícil de trocá-la. Se existe a possibilidade de obter um aumento significativo da produtividade, evidentemente não podemos desconsiderar a mudança de ferramentas e até mesmo dos processos de fabricação, afinal somos uma fábrica. Por outro lado, os procedimentos para fazer qualquer alteração são tão rigorosos quanto a implantação de um novo processo de fabricação, ou seja, requer uma inspeção minuciosa até ser aprovado. Portanto, fazer alterações não é algo tão fácil. Isso mostra a importância do nosso departamento de engenharia de produção, pois conseguimos estabelecer processos que combinam alta precisão e alta produtividade, antes da produção em massa.”

Conte-nos sobre a atual situação da fabricação de peças de motores aeroespaciais.

Okada: “A tendência atual é o desenvolvimento de aeronaves de última geração com alto desempenho e alta eficiência de combustível, para que possam cruzar distâncias cada vez maiores. Os motores instalados nestas aeronaves exigem novos materiais, muito mais resistentes ao calor e muito mais leves.”

Takahashi: “Portanto, os materiais compósitos têm sido predominantes na fabricação de motores nos últimos 10 anos. Para reduzir as emissões de CO2 e reduzir os custos de transporte, é essencial melhorar a eficiência de combustível. Por isso, é crescente o uso de materiais leves e resistentes como PRFC (polímero reforçado com fibra de carbono) e CMC (compósito de matriz cerâmica). Por outro lado, os metais convencionais ainda são necessários, o que tem incentivado o desenvolvimento de ligas metálicas mais resistentes. Aumentando a resistência do material, é possível torná-lo mais fino e mais leve, melhorando a eficiência de combustível. No entanto, com o desenvolvimento de materiais compósitos e ligas de alta resistência, a usinagem tornou-se muito mais difícil. A expansão da demanda por aeronaves corresponde a um tráfego aéreo mais intenso, e isso exige padrões cada vez mais rigorosos para as questões ambientais.”

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(À esquerda) Koshiro Terashima, Mitsubishi Materials Corporation, Advanced Materials & Tools Company, Divisão de Vendas, Escritório de Vendas em Senda

Qual é a relação entre a evolução dos materiais e o desenvolvimento de tecnologias de usinagem?

Takahashi: “A redução de peso é muito eficaz. Por exemplo, diminuindo o peso das peças rotativas, podemos tornar mais leves os rolamentos e componentes estacionários. Com isso, o peso total do motor é reduzido, resultando em um significativo aumento da eficiência de combustível e redução drástica dos custos operacionais. Ao mesmo tempo, isso diminui o impacto ambiental. No entanto, à medida que os materiais se tornam mais resistentes, eles também se tornam mais difíceis de serem usinados. Portanto, se a tecnologia de usinagem não acompanha a evolução dos materiais, a indústria não se desenvolve. Para reduzir o peso das peças, precisamos de alta qualidade tanto das ferramentas de corte quanto das tecnologias de usinagem.”

Ando: “Os materiais usados atualmente nas peças aeroespaciais são difíceis de usinar e também são extremamente caros. Portanto, é importante escolher métodos de usinagem que permitam evitar danos às peças, mesmo quando ocorre quebra da ferramenta durante a usinagem. Além do princípio básico que é fabricar produtos com a máxima qualidade e o menor custo de produção, precisamos evitar que o produto seja danificado por qualquer problema que ocorra durante a usinagem.”

Okada: “Considerando que os materiais continuarão evoluindo, podem surgir no futuro materiais novos, impossíveis de serem usinados com os métodos usados atualmente. Talvez a usinagem tenha que ser combinada a outros métodos, como corte a laser ou eletroerosão. Se este for realmente o nosso futuro, as ferramentas de corte provavelmente terão uma aparência bem diferente das ferramentas atuais.”

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Como a tecnologia de produção responde à evolução das tecnologias de usinagem?

Okada: “Vamos tomar como exemplo um caso recente. Precisávamos aumentar a produtividade na fabricação de uma peça chamada disco, para atender a demanda crescente da produção de motores aeroespaciais. Normalmente aplicamos o processo de brochamento para usinar o formato 'rabo de andorinha' no encaixe onde se instala a lâmina no disco. Porém, a brochadeira (máquina) é extremamente cara e a fabricação das brochas (ferramentas) requer um período de tempo relativamente longo.
Além disso, o brochamento é um processo com baixas profundidades de corte, o que dificulta o aumento da produtividade. Portanto, buscamos um método de usinagem completamente novo. Então, nossa ideia inicial era fazer o desbaste do 'rabo de andorinha' através do fresamento. Passados dois anos desde que iniciamos o desenvolvimento, estamos quase prontos para implantar o novo método. A vantagem do fresamento é a disponibilidade estável da ferramenta, além da facilidade de ajustar as geometrias e os materiais de ferramenta. A produtividade também é significativamente maior do que o brochamento. A desvantagem do fresamento é que as ferramentas por volume de usinagem são mais caras do que o brochamento. Portanto, precisávamos reduzir o custo total das ferramentas de fresamento. Para isso, reduzimos o número de ferramentas empregadas, adequamos a trajetória da ferramenta e conseguimos aumentar a sua vida útil. Assim, conseguimos alcançar o nosso objetivo. Apesar de termos enfrentado muitos desafios na migração do brochamento para o fresamento devido à nossa falta de experiência, a equipe jovem trabalhou persistentemente para superar cada desafio. No início do desenvolvimento, muitas ferramentas foram danificadas durante os contínuos testes de usinagem, e eu até cheguei a pensar em desistir. Mas com o apoio da equipe da Mitsubishi Materials, conseguimos continuar avançando na criação de métodos de usinagem, no desenvolvimento de protótipos e na avaliação do produto. Os esforços e o entusiasmo dos engenheiros das duas empresas levaram ao sucesso.”

Em busca das melhores tecnologias para se tornar a "fábrica número 1 do mundo".

Desenvolver motores de alto desempenho significa buscar peças com a máxima precisão e o menor peso possível. Aumentando a precisão das peças, a perda de energia é minimizada. Já a redução de peso permite aumentar a produção por peso. Consequentemente, o impacto ambiental também torna-se menor devido à redução do consumo de combustível, ruído e emissão de gases. Não há dúvidas de que a chave para essas melhorias está na evolução dos materiais. Mas a tecnologia de usinagem também precisa evoluir para acompanhar a evolução destes materiais cada vez mais fortes, mais leves e mais resistentes ao calor. A Soma No.2 Aero-Engine Works tem a missão de continuar desenvolvendo novos produtos com base em alta tecnologia de usinagem.

Ryoji Takahashi, gerente geral do Departamento de Engenharia de Produção, diz que “existe um modelo de negócios específico para o desenvolvimento de motores aeroespaciais comerciais, segmento onde a IHI tem aumentado suas vendas gradativamente. Trata-se de um programa de desenvolvimento com parceria internacional. O desenvolvimento de motores aeroespaciais comerciais exige investimentos extremamente elevados de tempo e recursos financeiros. Portanto, este tipo de parceria tem se tornado uma tendência, já que propõe o desenvolvimento através da colaboração internacional, estabelecendo uma parceria entre as principais empresas do segmento. Para dispersar os riscos, cada parceiro assume os custos de desenvolvimento proporcionalmente ao investimento. Além disso, os parceiros estabelecem uma relação estratégica de longo prazo. Cada empresa encarrega-se da fabricação, desenvolvimento técnico, suporte técnico, serviços pós-venda (reposição de peças e manutenção de motores) das peças que desenvolve. A força da IHI está no seu know-how em produção integrada da maioria das peças de motores aeroespaciais. Além disso, nas negociações com os parceiros, a IHI continua expandindo ativamente a sua responsabilidade sobre peças como eixos, peças de compressores, peças de ventiladores, etc. A IHI desafia a concorrência mundial, aprimorando-se na fabricação de peças que estão sob sua responsabilidade e agregando-as como itens de sua expertise. Para alcançar a sua meta de se tornar 'a fábrica número 1 do mundo', a IHI está sempre em busca do desenvolvimento das melhores tecnologias de fabricação, de usinagem e de gerenciamento da qualidade, aperfeiçoando ainda mais a sua capacidade de fabricação em nível global. Estamos muito entusiasmados com a possibilidade de instalar os motores desenvolvidos pela IHI em aeronaves comerciais. Estes motores contêm peças fabricadas no Japão. Este é o sonho em comum de quem trabalha no desenvolvimento e fabricação de aeronaves no Japão."

A Soma No.2 Aero-Engine Works continuará persistindo na melhoria contínua das suas tecnologias para se tornar a "fábrica número 1 do mundo".

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