Forjamento O que é: Forjamento é o nome dado às operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil entre duas ferramentas, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da cavidade na ferramenta de trabalho.

Esforço de compressão: Sucessivos golpes ou Prensagem gradual para obtenção da peça

Ferramentas: Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes. 

Usos: A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio.

HistóricoHistórico

O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos AC.

A substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revolução Industrial.

Atualmente existe um variado maquinário de forjamento, capaz de produzir peças das mais variadas formas e tamanhos , desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até rotores de turbinas e asas de avião

HistóricoHistórico

ClassificaçãoClassificação

O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operações:

Forjamento em matriz aberta ou Forjamento livre

Forjamento em matriz fechada

Forjamento em Matriz AbertaForjamento em Matriz Aberta

O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam

Forjamento em Matriz AbertaForjamento em Matriz Aberta

É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (ex.: eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número;

também, para pré-conformar peças que serão submetidas posteriormente a operações de forjamento mais complexas.

Sem atrito Com atrito

Forjamento em Matriz AbertaForjamento em Matriz Aberta

Grain flow lines in upsetting Grain flow lines in upsetting a solid steel cylinder at a solid steel cylinder at elevated temperatures. Note elevated temperatures. Note the highly inhomogeneous the highly inhomogeneous deformation and barreling. deformation and barreling. The different shape of the The different shape of the bottom section of the bottom section of the specimen (as compared with specimen (as compared with the top) results from the hot the top) results from the hot specimen resting on the specimen resting on the lower, cool die before lower, cool die before deformation proceeded. The deformation proceeded. The bottom surface was chilled; bottom surface was chilled; thus it exhibits greater thus it exhibits greater strength and hence deforms strength and hence deforms less than the top surface. less than the top surface. SourceSource: J. A. Schey et al., IIT : J. A. Schey et al., IIT Research Institute. Research Institute.

Forjamento em Matriz AbertaForjamento em Matriz Aberta

VantagensVantagens

Matrizes simples e barato; grande faixa de Matrizes simples e barato; grande faixa de tamanhos; boa resistência mecânicatamanhos; boa resistência mecânica

LimitaçõesLimitações

Somente formatos simples; dificil obter Somente formatos simples; dificil obter tolerâncias estreitas; usinagem requerida; tolerâncias estreitas; usinagem requerida; baixa taxa de produção; pobre baixa taxa de produção; pobre aproveitamento do material; maior habilidade aproveitamento do material; maior habilidade requeridarequerida

Forjamento em Matriz AbertaForjamento em Matriz Aberta

Forjamento em Matriz FechadaForjamento em Matriz Fechada

O material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à peça.

A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semifechada, permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.

Forjamento em Matriz FechadaForjamento em Matriz Fechada

As cavidades das matrizes são formadas para As cavidades das matrizes são formadas para controlar o fluxo de metalcontrolar o fluxo de metal

A matriz superior é fixada no martelo ou prensa e a A matriz superior é fixada no martelo ou prensa e a matriz inferior na bigorna ou mesamatriz inferior na bigorna ou mesa

O metal flui e preenche completamente a cavidade O metal flui e preenche completamente a cavidade formada entre as duas matrizesformada entre as duas matrizes

CaracterísticasCaracterísticas

Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da peça; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário.

Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita de metal em torno da peça forjada.

CaracterísticasCaracterísticas

O metal em excesso flui para fora da cavidade da O metal em excesso flui para fora da cavidade da matriz e se aloja na zona oca chamada “bacia”. matriz e se aloja na zona oca chamada “bacia”. – Este excesso de metal é chamado de rebarbaEste excesso de metal é chamado de rebarba

CaracterísticasCaracterísticas

Forjamento em Matriz FechadaForjamento em Matriz Fechada

As funções da rebarba, portanto, são duas:

Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de metal na cavidade das matrizes; e

Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do sistema de modo que a pressão cresça até valores elevados, assegurando que o metal preencherá todos os recessos da cavidade. A figura abaixo é uma curva típica da variação da pressão ou carga de forjamento em função do avanço das matrizes.

Forjamento em Matriz FechadaForjamento em Matriz Fechada

O forjamento sem rebarba pode ser realizado se o O forjamento sem rebarba pode ser realizado se o metal é deformado numa cavidade que fornece metal é deformado numa cavidade que fornece confinamento totalconfinamento total

CaracterísticasCaracterísticas

Muitos produtos forjados são produzidos por uma Muitos produtos forjados são produzidos por uma série de cavidadessérie de cavidades– 1ª impressão é chamada de bordadura, encalcamento ou 1ª impressão é chamada de bordadura, encalcamento ou

dobramentodobramento

– Impressões Intermediárias são para ajustar o metal para Impressões Intermediárias são para ajustar o metal para próximo da sua forma finalpróximo da sua forma final

– A forma final é obtida na operação de forjamento finalA forma final é obtida na operação de forjamento final

– A remoção da rebarba é feita numa operação posterior de corte (Rebarbação).

BorBordadura

Encalcamento

Pré-formaForjado

Rebarbação

VantagensVantagens

Melhor aproveitamento do material; Melhor aproveitamento do material; Melhores propriedades; boa precisão Melhores propriedades; boa precisão dimensional ; Alta taxa de produção; boa dimensional ; Alta taxa de produção; boa reprodutibilidadereprodutibilidade

LimitaçõesLimitações

Alto custo do ferramental para pequenas Alto custo do ferramental para pequenas quantidades; Necessidade frequente de quantidades; Necessidade frequente de Usinagem Usinagem

Forjamento em matriz fechadaForjamento em matriz fechada

EquipamentosEquipamentos

Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais:

(a) Martelos de forja, que deformam o metal através de rápidos golpes de impacto na superfície do mesmo; (b) Prensas, que deformam o metal submetendo-o a uma compressão contínua com velocidade relativamente baixa.

Martelo de forjaMartelo de forja

Deformação por impacto e não-uniformeDeformação por impacto e não-uniforme O martelo mais simples é o de queda livre O martelo mais simples é o de queda livre

(gravidade)(gravidade) Martelos controlados por computador podem Martelos controlados por computador podem

fornecer golpes variáveisfornecer golpes variáveis Recomendado para peças menores e mais finasRecomendado para peças menores e mais finas

Lotes de até 3000 peçasLotes de até 3000 peças

Martelo de forja - característicasMartelo de forja - características

PrensaPrensa

Prensas - característicasPrensas - características

As prensas são usadas para peças As prensas são usadas para peças grandes ou espessasgrandes ou espessas

Ação de compressão lenta penetra Ação de compressão lenta penetra completamente o metalcompletamente o metal– Produz um fluxo de metal e uma deformação Produz um fluxo de metal e uma deformação

mais uniforme mais uniforme – Tempos de contato entre a matriz e peça Tempos de contato entre a matriz e peça

mais longosmais longos

As matrizes podem ser aquecidas As matrizes podem ser aquecidas (forjamento isotérmico)(forjamento isotérmico)

Podem ser mecânicas ou hidráulicasPodem ser mecânicas ou hidráulicas

Operações unitáriasOperações unitárias

O que são: São operações relativamente simples de conformação por forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, podendo ter as finalidades de:

- produzir peças acabadas de formato simples

- redistribuir a massa de uma peça bruta para facilitar a obtenção de uma peça de geometria complexa por posterior forjamento em matriz.

Recalque ou recalcamento

Compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e aumentar a sua secção transversal

Estiramento

Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura

Encalcamento (ingl. fullering)

Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada.

Rolamento

Operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça, mantendo-se a secção transversal redonda enquanto a peça é girada em torno do seu próprio eixo.

Alargamento

aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura.

Furação

Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de formato apropriado.