Processo de Forjamento

Histrico

A conformao foi o primeiro mtodo para a obteno de formas teis.

Fabricao artesanal de espadas por martelamento (forjamento).

Histrico

Observava-se que as lminas de espadas exaustivamente deformadas ficavam mais fortes que as pouco deformadas.

Hoje sabemos que este resultado alcanado devido ao refino de gro e ao prprio direcionamento estrutural , alm da reduo das impurezas e caldeamento de porosidades mais eficiente.

ForjamentoForjamentoOperao de conformao mecnica para dar forma aos metais atravs de martelamento ou esforo de compresso (prensagem), tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo.

Comparao:

Produtos obtidos por conformao

Atualmente cerca de 80% dos produtos manufaturados sofrem uma ou mais operaes de conformao para a obteno de peas com formas teis, tais como tubos, barras, chapas finas alm de peas com seu formato final.

Exemplo de produto:

Facas produzidas por forjamento.

Aplicao:

Produtos acabados ou semi acabados com alta resistncia mecnica destinados a sofrer grandes esforos e solicitaes em sua utilizao.

Vantagens do forjamento

Melhoria da microestruturaMelhoria da microestrutura

Resistncia maiorResistncia maior

Melhor acabamento superficial que a fundiMelhor acabamento superficial que a fundio.o.

Melhor distribuiMelhor distribuio das fibraso das fibras

Porque forjar?Porque forjar?

Rosca produzida por forjamento.

Rosca usinada.

ProjetoProjeto

Engloba a definio de todas as atividades, etapas, dimenses, sequncia de operaes, materiais e tratamentos relacionados com a fabricao de umadada pea.

O projeto se baseia nas informaes iniciais do quese deseja produzir.

InformaInformaes para o projeto:es para o projeto:

Desenho da pea: Material Quantidade: Tratamento trmico:

DaDa resultamresultam::

Tipo de forjamento (equipamento) ;

Nmero de matrizes e suas dimenses (ferramentaria) ;

Tratamento trmico das matrizes ;

Massa, forma e dimenses iniciais do material a ser forjado ;

Equipamentos auxiliares ;

Fornos e temperaturas de aquecimento e reaquecimento das diversas etapas;

etc

Projeto:

O projeto deve prever:

sobremetal para usinagem; ngulos de sada para as superfcies que forem

paralela a direo de forjamento; raios de concordncia para os cantos

Projeto:

ForjamentoForjamento simples simples -- operaoperaeses bbsicassicas:: Corte da Matria Prima: serra, disco abrasivo, cisalhamento, chama, etc...

Aquecimento: feito em fornos a leo, gs, eltricos, etc, a uma temperatura adequada para facilitar a deformao; Conformao: pode ser feita em mais de uma operao -algumas preparatrias - usando-se forjamento aberto ou em matrizes fechadas; Rebarbamento: remoo do material que normalmente fica em excesso na pea; Acabamento: limpeza e tratamento.

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz aberta

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz aberta

Campo de aplicao:- Gerao de peas para o forjamento de matriz- pea nica ou sries pequenas- eixo de turbinas, laminadores, reservatrios

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz fechada

Os processos de forjamento em sentido restrito so:. Recalque em matriz. Forjamento em matriz fechada sem rebarba. Forjamento em matriz fechada com rebarba

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz fechada

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz fechada

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz fechada

Matriz fechada

A rebarba tem duas funes:

"vlvula de segurana" para o excesso de metal na cavidade da matriz, garantindo quantidade de metal suficiente para encher toda a cavidade da matriz.

De maior importncia que a rebarba regula o escape do metal, portanto uma rebarba muito fina aumenta muito a resistncia de escoamento do sistema de maneira que a presso sobe para valores bem altos, assegurando que o metal preencha todos os espaos da cavidade da matriz.

TiposTipos de de forjamentoforjamento: : matriz fechada

Matriz aberta x matriz fechada

Matriz de forjamento:

No forjamento em matriz fechada so empregados aos para trabalho a quente, aos altamente ligados, como o ao H13, uma vez que durante o processo de forjamento, o ferramental submetido a vrios tipos de solicitaes:1. solicitao mecnica,Ex.: solicitaes de amortecimento em martelo de forja.2. solicitao trmica3. Oxidao4. Desgaste atravs do atrito entre pea e ferramenta.

Martelos e prensas

Usam-se duas classes bsicas de equipamentos para a operao de forja:o martelo: que aplica golpes de impacto rpidos sobre a superfcie do metal;

e as prensas: que submetem o metal a uma fora compressiva aplicada relativamente de uma forma lenta.

Desvantagens: Custo elevado do equipamento Maior troca trmica Tempo suficiente para produzir camada de xido que dificulta

solda e perda de calor

Prensa (Mecnicas ou Hidrulicas) Caractersticas:

Lenta Peas grandes Matrizes so mais baratas Melhor acabamento Distribuio de fluxo uniforme (def. Plstica)

Martelos :

de queda livre : acionados porcorreia ou tbua;

mecnicos;

pneumticos.

Prensas :

mecnicas;

hidrulicas.

alta taxa de deformaoalta energia, limitada pela energia cintica do martelo

capacidade de deformao controlada pelo curso e fora disponvel em determinadas posies

Martelos e prensas

Martelo

Caractersticas Energia dissipada perto da superfcie da pea Deformaes maiores perto da superfcie Normalmente o ngulo de sada maior Vrias pancadas para produzir a pea Devido ao impacto necessrio matrizes especiais de

elevado custo

Seleo da Matriz

Requisitos bsicos Resistncia ao impacto Resistncia abraso Resistncia fadiga trmica Resistncia ao desgaste Resistncia ao amolecimento pelo calor Resistncia altas presses

Afinal, qual o melhor?

Forjado

Fundido

Usinado

Sinterizado

Processos de fabricaProcessos de fabricao concorrenteso concorrentes

Fatores que determinam a opFatores que determinam a opo pelo o pelo forjamentoforjamento

Material Tamanho do lote Forma Reduo de peso Integridade do produto

Praticamente todos os materiais metlicos podem ser forjados, desde que a liga seja ajustada para obter a necessria conformabilidade. Aplicaes que demandam elevada resistncia mecnica, tenacidade, ductilidade e resistncia fluncia necessitam de aos, titnio ou alumnio de alta resistncia; em temperaturas elevadas usam-se aos INOX austenticos, titnio ou superligas.

Material:Material:

Para justificar a utilizao do ferramental/matrizes que so relativamente dispendiosas, o forjamento usado para taxas de produo altas.

TamanhoTamanho do do lotelote::

Alguns no tm limitaes quanto geometria final, contudo costumam necessitar de muito trabalho e mo-de-obra para alcanar a forma final, alm de proporcionarem menor resistncia mecnica. Algumas vezes, uma montagem de partes fabricadas por um processo menos intensivo em mo-de-obra pode ser mais barata.

Forma:Forma:

Em alguns segmentos a minimizao do peso essencial. O fato do forjamento produzir componentes com forma muito prxima forma final evita a presena de material onde no h solicitao. Alm disso, a resistncia mecnica especfica favorecida pelo forjamento.

ReduReduoo de peso:de peso:

Boas prticas de forjamento garantem componentes sem porosidade ou falhas internas.

IntegridadeIntegridade do do produtoproduto

Forjados x FundidosForjados x Fundidos

Mais resistentes

Possuem microestrutura mais refinada

Mais confiveis (menos defeitos)

Mais baratos para grandes lotes

Suas plantas de produo so mais adaptveis a diferentes produtos

Forjados x Montagens Soldadas

Mais resistentes

Mais baratos para grandes lotes

Inspeo simplificada em relao aos componentes soldados

Menor susceptibilidade a defeitos

Forjados x UsinadosForjados x Usinados

Maior flexibilidade quanto ao tamanho da pea, j que no existe limitao com respeito ao tamanho da placa ou barra disponvel

Gros orientados com respeito forma aumentando a resistncia no sentido de solicitao

Uso mais econmico e ambiental dos materiais

Menor nmero de operaes

Forjados x Forjados x SinterizadosSinterizados

Mais resistentes Ausncia de porosidade Maior flexibilidade no projeto Matria-prima mais barata e disponvel

Tolerncias/Processos Forjamento a quente 2,50 mm a 1,25 mm Forjamento a Frio 0,1 mm Fundio - 1,5 mm Fundio de Preciso 0,03 mm Sinterizado 0,1 mm 0,01 mm Usinado 0,01 mm 0,0005 mm

Referncias

Centro Brasileiro de Inovao em Conformao Mecnica - CBCM(Metal Forming Inovation Center - MFC)

Tecnologia Mecanica Processos de Fabricacao e tratamento Volume II - Vicente Chiaverini