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Forjamento

Matriz fechada

O forjamento por matriz fechada é realizado por prensas hidrálicas e mecânicas, sendo que a parte superior da matriz se movimenta, de forma a comprimir o material contra a parte inferior da matriz que se mantém estática. Na figura 4.5 a seguir, pode-se observar uma matriz fechada, bem como o esquema de seus componentes. Figura 4.5: a) Matrizes para o forjamento em matriz fechada com rebarba de uma flange e b) representação esquemática dos principais elementos constitutivos de uma matriz.

Fonte: RODRIGUES – TECNOLOGIA MECÂNICA VOL II

A força durante o processo de forjamento aumenta durante todo o processo, cuja a evolução é mostrada na figura 5.6, pelo método da energia uniforme considera-se uma força média durante todo o processo, a área abaixo da curva de evolução da força de forjamento é a energia de forjamento.

Capítulo 4 – Métodos de cálculo_Método da energia Uniforme

Professor: José Eduardo Salgueiro Lima

Curso: Engenharia Mecânica Disciplina: Processos de

Conformação Data:22/09/15

RA:

Turma: 15 EMNA

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Figura 4.6: Evolução da força de forjamento com o deslocamento da matriz para uma operação de forjamento em matriz fechada.

Fonte: RODRIGUES – TECNOLOGIA MECÂNICA VOL II Método da energia uniforme aplicado ao forjamento em matrizes fechadas

O método da energia uniforme exige que a geometria final da peça forjada seja

aproximada por intermédio de uma forma elementar (cilindro, esfera, prisma, etc...) equivalente. O procedimento de cálculo intrínseco ao método da energia uniforme não permite contabilizar os gradientes de extensão e tensão que existem no interior da peça forjada na medida em que apenas se utilizam os valores médios calculados com base na deformação da geometria elementar equivalente à geometria final da peça. Este fato, conjugado com a utilização de estados de tensão e deformação uniaxiais e com o recurso a coeficientes corretivos de natureza empírica, contribuem para que o método da energia uniforme tenha características aproximadas e uma aplicabilidade que deverá estar limitada à fase de anteprojeto de peças forjadas.

A metodologia de cálculo baseada na aplicação do método da energia uniforme é análoga à ao forjamento em matriz aberta e consiste nos seguintes procedimentos:

1) Determinação da geometria equivalente (forma elementar cilíndrica). O cálculo da altura média hm da geometria elementar equivalente, a partir do volume V e da área total projetada Ap da peça forjada (que inclui a rebarba) é efetuado através de,

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2) Determinação dos valores médios de extensão e de velocidade de deformação na peça forjada

O valor médio da deformação no interior da peça forjada calcula-se através do quociente entre a altura inicial h0 e a altura média final hm da geometria elementar equivalente,

A velocidade de deformação média durante a operação de forjamento é calculada por:

Onde v é a velocidade da ferramenta superior. 3) Determinação da tensão efetiva da peça forjada

O método da energia uniforme considera que o estado de tensão no interior das

peças forjadas é uniforme e que pode ser reduzido a um estado de tensão uniaxial equivalente. A tensão efetiva no interior da peça forjada é calculada com base nos valores

médios da deformação e/ou da velocidade de deformação e na lei de comportamento do material (Por exemplo Hollomon).

4) Determinação da pressão média aplicada na ferramenta.

A pressão média p aplicada pela matriz na fase final da operação de forjamento em

matriz fechada pode ser calculada corrigindo o valor da tensão efetiva interior da peça forjada por intermédio de um coeficiente Qp que leva em consideração a complexidade da peça.

A tabela 2, a seguir apresenta valores recomendados para o coeficiente de correção de pressão Qp.

Tabela 2: Coeficientes de correção utilizados no cálculo da pressão e da energia para

operações de forjamento em matriz fechada

Forma geométrica Qp Qe

Forma simples, pouca confinada lateralmente. 1,5 – 2,5 1,2 – 1,5 Forma simples, confinada lateralmente e com uma pequena

formação de rebarba.

3 – 5 2 -2,5

Forma simples, confinada lateralmente e com uma

apreciável formação de rebarba.

5 – 8 3

Forma complexa, envolvendo nervuras elevadas e almas

finas, com apreciável formação de rebarba.

8 – 12 4

5) Determinação da força máxima de forjamento O valor máximo da força de forjamento é calculado através de:

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6) Determinação da energia de forjamento. A análise da figura 4.6 permite concluir que a energia necessária ao forjamento, corresponde à área delimitada pela curva que traduz a evolução da força com o deslocamento da matriz. Tendo por base o conceito de trabalho por unidade de volume introduzido anteriormente, pode-se determinar a energia total necessária ao forjamento da peça através de:

Qe designa o coeficiente de correção de energia (ver tabela 2), é o valor médio da deformação no interior da peça forjada no instante final do forjamento. representa o valor médio da tensão associada ao trabalho plástico (ou ideal) por

unidade de volume. V é o volume da peça Exercício resolvido

1) Considere a operação de forjamento a quente (1000ºC) em matriz fechada que se

encontra representada na figura.

A pré-forma utilizada na fabricação da flange é num cilindro de Aço AISI 1045 com 25 mm de diâmetro e 35 mm de altura.

a) Determine a força que é necessária para forjar a flange numa prensa hidráulica com uma velocidade de atuação constante v = 10 mm/s considerando que a área projetada da peça pode ser aproximada por intermédio de um círculo com 60 mm de diâmetro. Utilize o método da energia uniforme e admita Qf= 3

b) Determine a potência que é exigida à prensa no instante final da operação.

c) Determine o tempo que é necessário para forjar uma peça.

Informações adicionais:

Comportamento mecânico do Aço AISI 1045 (1000ºC): 070,0.270 MPa