Aula 06 - Forjamento

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Forjamento 
Aula 06 
Prof. Everaldo B. CarvalhoProf. Everaldo B. Carvalho
Processos de Conformação Mecânica
Forjamento 
Aula 06 
Prof. Everaldo B. CarvalhoProf. Everaldo B. Carvalho
Processos de Conformação Mecânica
Forjamento
Processo de conformação mecânica
material através do martelamentomaterial através do martelamento
uma pressão (prensagem)
Geralmente realizado a quente
função da temperatura de fusão
Os equipamentos utilizados
são os martelos de forja ou
por impacto) e as prensas
baixa velocidade)
mecânica de compressão direta do
martelamento ou aplicação gradativa demartelamento ou aplicação gradativa de
quente (T forjamento varia em
fusão do material)
utilizados para se executar este processo
ou martelos de queda (deformação
prensas (deformação por compressão a
- Mais antigo processo de conformação
origens no trabalho dos ferreiros
Forjamento
origens no trabalho dos ferreiros
- A introdução de máquinas ocorreu
Revolução Industrial
- Possibilidade de obtenção de
conciliado com excelentes propriedadesconciliado com excelentes propriedades
grão)
- Perda mínima de material,
custo de fabricação
conformação de metais, tendo suas
ferreiros antes de Cristoferreiros antes de Cristo
ocorreu nas primeiras etapas da
de peças com diferentes formas
propriedades mecânicas (refino dopropriedades mecânicas (refino do
material, oferecendo assim um menor
O processo é aplicável a diversos
como:
- Aços-carbono, aços-liga, aços para ferramenta, aços inox- Aços-carbono, aços-liga, aços para ferramenta, aços inox
- Ligas de Al, Cu, Ni e Ti
As principais formas iniciais
fundido e o metal laminado
O metal laminado é mais indicado
estrutura mais homogênea
diversos metais e ligas metálicas
liga, aços para ferramenta, aços inoxliga, aços para ferramenta, aços inox
iniciais para o forjamento são o metal
indicado que o fundido por possuir
Forjamento
Diversas operações podem ser
de forjamento. Alguns exemplos
- Furação
- Dobramento
- Corte
- Rebaixamento
- Fendilhamento
- Expansão- Expansão
- Esmagamento
- Estiramento
ser efetuadas utilizando o processo
exemplos são:
Operação de esmagamento
Conformação de um flange
Dobramento com auxilio de um
cilindro ou de uma matriz aberta
Dobramento de uma biela
Corte a quente
Estiramento de uma barra
Fedilhamento ExpansãoExpansão Corte
Resistência ideal ( r ): Reação
Forças atuantes na deformação
interna do material que se opõe
a ação de uma força de
compressão
A resistência ( r ) depende:
- Temperatura
- Velocidade de deformação- Velocidade de deformação
- Condição na qual ocorre o
escorregamento (corpo livre
com dilatação lateral ou corpo
vinculado no qual há restrição
das paredes de um molde)
Força (P)
Forças atuantes na deformação
Força (P)
Forjamento livre
Forjamento por deformação vinculadaForjamento por deformação vinculada
Trabalho necessário para
forjamento também irá depender
Forças atuantes na deformação
forjamento também irá depender
do meio de forjamento utilizado
material (Rd), onde Rd= rd / η
para se executar a operação de
depender da deformação requerida,
Forças atuantes na deformação
depender da deformação requerida,
utilizado e da resistência real do
η (rendimento)
O termo forjamento abrange
Processos de forjamento
1- Prensagem (deformação ocorre
2- Forjamento simples ou livre
3- Forjamento em matriz (deformação
emprego de matrizes fechadas)
4- Recalcagem (usado principalmente4- Recalcagem (usado principalmente
barras cilíndricas com uso de
os seguintes processos:
Processos de forjamento
ocorre de forma gradual)
livre
(deformação vinculada mediante o
fechadas)
principalmente no forjamento deprincipalmente no forjamento de
de prensas recalcadoras)
1- Prensagem
- Caracteriza-se pela aplicação
velocidadevelocidade
- Máxima compressão ocorre
- A prensagem atinge camadas
resultante é mais regular quandoresultante é mais regular quando
através do martelamento
- Uso de prensas de grande
toneladas) com acionamento hidraúlico
aplicação de força de compressão a baixa
pouco antes da retirada da prensa
camadas mais profundas e a deformação
quando comparado com a obtidaquando comparado com a obtida
grande capacidade (acima de 50.000
hidraúlico ou mecânico
Vantagens:
- Pressão pode ser regulada
(controle da deformação)
- Custo de manutenção mais
baixo (baixa incidência de
choque)
Desvantagens:
- Custo de aquisição mais alto
-Ação da deformação ocorre
de maneira mais lenta
2- Forjamento livre
O esforço de deformação é
(martelamento), com emprego(martelamento), com emprego
simples
Máxima compressão ocorre quando
deformação ocorre principalmente
Operação preliminar na qual procura
blocos, tarugos, etc. e que irãoblocos, tarugos, etc. e que irão
forjamento em matriz ou outro processo
formato final da peça
Usado para grandes peças ou
pequeno, inviabilizando a confecção
Forjamento livre
aplicado mediante golpes repetidos
de matrizes abertas ou ferramentasde matrizes abertas ou ferramentas
quando o martelo toca o metal e a
principalmente nas camadas superficiais
procura-se esboçar formas a partir de
irão ser submetidas posteriormente airão ser submetidas posteriormente a
processo de fabricação para obtenção do
quando o número a ser produzido é
confecção de matrizes caras
Principais tipos de martelos
1. Martelo de queda livre
gravitacional em energia cinéticagravitacional em energia cinética
- A elevação do martelo
pneumático, hidraúlico ou mecânico
- A massa máxima do martelo- A massa máxima do martelo
são limitações do equipamento
martelos de forjamento:
livre (transforma energia potencial
cinética para realização do trabalho)cinética para realização do trabalho)
pode ser efetuada por sistema
mecânico
martelo e a altura máxima de elevaçãomartelo e a altura máxima de elevação
equipamento
Martelo de forja com
capacidade de até
10.000 toneladas
2. Martelo de dupla-ação
- A energia de deformação
cadente + sistema de acionamentocadente + sistema de acionamento
- É possivel variar a intensidade
controle do sistema de acionamento
- A força exercida pelo pistão
da massa cadenteda massa cadente
- São preferidos aos martelos
forjamento em matriz
é fornecida pelo peso da massa
acionamento pneumático ou hidraúlicoacionamento pneumático ou hidraúlico
intensidade de cada golpe através do
acionamento
pistão pode chegar a 20 vezes o peso
martelos de queda livre quando se trata de
Martelo de duplaMartelo de dupla-ação
3. Martelo de contra-golpe
- Caracteriza-se por duas massas
percurso com a mesma velocidade,percurso com a mesma velocidade,
é acionada por um sistema pistão
- Cabos efetuam o acoplamento
inferior
Dependendo de seu tamanho
forjamento pode aplicar de 60
massas que se chocam no meio do
velocidade, sendo que a massa superiorvelocidade, sendo que a massa superior
pistão-cilindro
acoplamento entre as massas superior e
tamanho e capacidade um martelo de
60 a 150 pancadas por minuto
Martelo de contraMartelo de contra-golpe
Martelo de contra-golpe
Vantagens em relação aos tipos anteriores:
- Maior rendimento (trabalho efetuado pelas duas massas)
- Menor vibração é transmitida ao solo e a própria peça
- Maior velocidade de acionamento
Desvantagens em relação aos tipos anteriores:
- Maior desalinhamento entre as partes da matriz- Maior desalinhamento entre as partes da matriz
- Impossibilidade de manipular a peça durante o movimento
- Maiores despesas de manutenção
- Necessidade da força de forjamento estar localizada no meio da matriz
Vantagens em relação aos tipos anteriores:
Maior rendimento(trabalho efetuado pelas duas massas)
Menor vibração é transmitida ao solo e a própria peça
Maior velocidade de acionamento
Desvantagens em relação aos tipos anteriores:
Maior desalinhamento entre as partes da matrizMaior desalinhamento entre as partes da matriz
Impossibilidade de manipular a peça durante o movimento
Maiores despesas de manutenção
Necessidade da força de forjamento estar localizada no meio da matriz
Forjamento é realizado a alta
conformam a peça de acordo
3- Forjamento em matriz fechada
conformam a peça de acordo
(tolerâncias dimensionais mais estreitas)
Geralmente o preparo grosseiro
através do forjamento livre
O preenchimento da matriz ocorreO preenchimento da matriz ocorre
submetido a temperaturas superiores
É necessário um grande volume
das matrizes de elevado custo
alta pressão em matrizes fechadas, que
com uma forma definida e precisa
Forjamento em matriz fechada
com uma forma definida e precisa
estreitas)
grosseiro da peça (esboçamento) é efetuado
ocorre através da fluência do materialocorre através da fluência do material
superiores a temperatura de recristalização
de produção para viabilizar a fabricação
Em função da forma inicial da
Forjamento a partir da barra
cada vezcada vez
Forjamento a partir de tarugos
pesadas
Forjamento de elementos estampadosForjamento de elementos estampados
peças
peça pode ser classificado em:
barra: Trabalha-se uma extremidade de
tarugos: Usado para peças grandes e
estampados: Usado para pequenasestampados: Usado para pequenas
Matrizes 
Rebarbas formadas são eliminadas posteriormenteRebarbas formadas são eliminadas posteriormente
Matrizes 
Matrizes 
A contração do metal, o projeto
forjada devem ser considerados
Projeto de matrizes 
forjada devem ser considerados
projeto da matriz
Demais considerações:
Sobremetal para usinagem deve
Ângulos de saída deve ser previstoÂngulos de saída deve ser previsto
Respeitar a concordância dos
Tolerâncias longitudinais devem
de uma meia matriz em relação
projeto e o desenho da peça a ser
considerados durante a concepção do
Projeto de matrizes 
considerados durante a concepção do
deve ser previsto
previsto (retirada da peça)previsto (retirada da peça)
dos cantos (evitar cantos vivos)
devem ser previstas (deslocamento
relação a outra)
Excentricidades podem
vir a ocorrer em função
do desgaste das
cavidades do molde ou
por incorreta instalação
do equipamento
As matrizes são submetidas
Material das matrizes 
As matrizes são submetidas
(podendo chegar a 2000 Mpa),
choques mecânicos
Características requeridas:
- Alta dureza- Alta dureza
- Elevada tenacidade
- Elevada resistência a fadiga
- Alta resist. mecânica a quente
submetidas a altas tensões compressivas
Material das matrizes 
submetidas a altas tensões compressivas
Mpa), altas solicitações térmicas e
fadiga
quente e alta resistência ao desgaste
Os materiais mais utilizados são
Material das matrizes 
-Matriz com alta tenacidade para
leves como o Al: Aços Cr–Ni e
- Matriz com elevada resistência
Aços ligados ao W
- Matriz com maior dureza e
duro com carboneto de W + Co
É possível o uso de tratamento
dureza superficial as matrizes
são aços-liga e metal duro
Material das matrizes 
para conformação de metais não ferrosos
e Cr-Ni-Mo
resistência a quente para conformação do aço:
maior resistência a compressão: Metal
Co fabricadas por metalurgia do pó
térmico com o intuito de conferir maior
4- Recalcagem
Processo de conformação aProcesso de conformação a
ou outro produto de secção
tem uma parte de sua
reconformada através da
extremidade (s) com uso de
a quente em que uma barra, tuboa quente em que uma barra, tubo
secção uniforme, geralmente circular,
secção transversal alongada ou
da aplicação de pressão na (s)
de uma ferramenta de recalcar
Alargamento da extremidade
Flange
Orifício profundo
Forjamento rotativo
Demais processos de forjamento
Forjamento rotativo
Processo de redução da área
tubos ou fios, mediante
repetidos, com o emprego de
opostasopostas
Demais processos de forjamento
área da secção transversal de barras,
a aplicação de golpes radiais
de um ou mais pares de matrizes
Matrizes cônicas
são abertas e
fechadas
Matriz
fuso
golpeadas
roletes
Usado para tubos
(bucha gira e o
tubo é introduzido)
gira no
e são
golpeadas pelos
Tratamentos térmicos de forjados
As peças forjadas são submetidas
posteriores com as seguintesposteriores com as seguintes
- Remoção de tensões internas
- Esfriamento do forjado
- Homogeneização da estrutura
- Melhoria da usinabilidade- Melhoria da usinabilidade
- Melhoria das propriedades
Os principais T.T empregados
normalização
Tratamentos térmicos de forjados
submetidas a tratamentos térmicos
seguintes finalidades:seguintes finalidades:
internas introduzidas no forjamento
estrutura (refino do grão)
mecânicas
empregados são o recozimento e a
Temperatura e velocidade de forjamento
Intervalo de temperatura de
a temperatura inicial e final dea temperatura inicial e final de
O aço é aquecido a temperaturas
seja conferido plasticidade ao
Temperaturas finais abaixo da
aço que é de 700 a 900°C,
material devido o feômeno de
O encruamento pode ser eliminado
fissuras não
Temperatura e velocidade de forjamento
de forjamento: É a diferença entre
de forjamentode forjamento
temperaturas entre 1100 a 1280°C para que
ao material
da temperatura recomendada para o
C, podem causar fissuramento no
de encruamento
eliminado pelo recozimento mas as
Perdas de temperatura
Na conformação a quente ocorre
ao esfriamento da peça emao esfriamento da peça em
ferramenta fria
Aços com maior teor de C podem
mais baixas que os de menor
O pré-aquecimento da ferramentaO pré-aquecimento da ferramenta
resfriamento da peça forjada
O tempo de contato peça-ferramenta
outros fatores que influenciam
ocorre perda de temperatura devido
em contato com o ar e com aem contato com o ar e com a
podem ser aquecidos a temperaturas
teor de C
ferramenta reduz a velocidade deferramenta reduz a velocidade de
ferramenta e a superficie da peça são
influenciam no resfriamento da peça
Ganhos de temperatura
Durante a conformação ocorre
peça devido a energia de deformaçãopeça devido a energia de deformação
O aquecimento gerado pela energia
de compensar as grandes perdas
Para conformação a frio a energiaPara conformação a frio a energia
aumento sensível na temperatura
ocorre também um aquecimento da
deformaçãodeformação
energia de deformação não é capaz
perdas de temperatura
energia de deformação provoca umenergia de deformação provoca um
temperatura da peça
Defeitos de produtos forjados
Podem ser ocasionados por falha na MP ou na técnica de operação
Falta de redução
- Ocorre geralmente quando
rápidos e leves
- Pode ocasionar diferentes propriedades
função de haver estruturas distintas
- O forjamento em prensa pode
Defeitos de produtos forjados
Podem ser ocasionados por falha na MP ou na técnica de operação
quando são usados golpes de martelo
propriedades mecânicas na peça em
distintas a diferentes profundidades
pode eliminar este problema
Trincas superficiais
- Pode ocorrer em função
periferia da peça a umaperiferia da peça a uma
demasiadamente baixa
- Também pode ocorrer em
quente no material (uso de
ou temperaturas de trabalho criticas
função de um excessivo trabalho na
uma temperatura de trabalhouma temperatura de trabalho
em função de uma fragilidade a
atmosferas inadequadas no forno
criticas para o material forjado)
Trincas internas
- Ocorrem como consequência
grandes deformaçõesgrandes deformações
- Podem ser evitadas reduzindode forjamento ou fazendo uso de
Trincas nas rebarbasTrincas nas rebarbas
- Aparecem em peças forjadas em matriz na região da rebarba
- É função do grau de redução na rebarbas e da pureza do material
consequência de tensões de tração ao se efetuar
reduzindo-se o grau de deformação por etapa
de matrizes fechadas
Aparecem em peças forjadas em matriz na região da rebarba
É função do grau de redução na rebarbas e da pureza do material
Gota fria
- São descontinuidades que se
se dobram uma contra a outra semse dobram uma contra a outra sem
- Possíveis causas deste defeito
quente dentro da matriz durante
inadequada do material na matriz
sobre a peça como consequência
Incrustações de óxidos
- Originam-se nas camadas
aquecimento que podem ficar retidas
originam quando duas superfícies
sem ocorrer a soldagemsem ocorrer a soldagem
defeito são o fluxo anormal do material
durante o forjamento, a colocação
matriz e as incrustações das rebarbas
consequência de dobras acidentais
de óxido formadas durante o
retidas na peça
Descarbonetação
- A descarbonetação é a perda
superfície como consequênciasuperfície como consequência
- A profundidade da descarbonetação
forno, do tipo de material e
temperatura de aquecimento
Queima
- Ocorre quando o aquecimento
ao ponto de fusão, de modo
permanente no material (penetração
de alguns elementos de menor
perda de C que o aço sofre em uma
do aquecimentodo aquecimento
descarbonetação depende da atmosfera do
e do tempo de permanência na
aquecimento alcança temperaturas próximas
modo a ocasionar uma alteração
(penetração de gases oxidantes ou fusão
ponto de fusão)
Propriedades de produtos forjados
Forjados a quente e
caracteristicas mecânicas,caracteristicas mecânicas,
acabamentos superficiais
Maior será a diferença de
tenacidade) quanto maior
conformada
É marcante a diferença de
escoamento do material (longitudinal
direções de aplicação do esforço
normais)
Propriedades de produtos forjados
a frio apresentam diferentes
mecânicas, tolerâncias dimensionais emecânicas, tolerâncias dimensionais e
propriedades mecânicas (dureza,
for a secção tranversal da peça
propriedades entre as direções de
(longitudinal e tranversal) e as
esforço de conformação (direções
Bibliografia
Vicente Chiaverini, Tecnologia
Processos de FabricaçãoProcessos de Fabricação
Ettore Bresciani Filho, Conformação
Quinta edição
Tecnologia Mecânica Volume II –
e Tratamentoe Tratamento
Conformação Plastica dos Metais –