3- Conformação - Forjamento - 2 AREA

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Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
Cursos de Graduação em Design de Produto, 
em Engenharia de Produção e em Engenharia 
de Controle e Automação 
Conformação Mecânica dos Metais: 
Forjamento 
 Processos Discretos de Produção Prof. Cíntia Mazzaferro 
Processo de conformação mecânica no qual o metal é 
submetido a forças de compressão em matrizes, 
deformando-se plasticamente e preenchendo suas 
cavidades. 
É o mais antigo processo de conformação de metais 
(1500aC - tribos Hindus trabalhavam ouro, prata e ferro; 
grandemente utilizado na Idade Média para fabricação 
de armas e armaduras). Seu desenvolvimento ocorreu 
nas primeiras etapas da Revolução Industrial. 
Atualmente, possibilidade de produção de peças de 
diferentes formas e tamanhos. 
 
Forjamento 
Equipamentos 
• Martelos: aplicam golpes de impacto rápidos sobre a 
superfície do metal (forjamento por impacto). A 
pressão máxima acontece quando o martelo toca o 
metal, decrescendo rapidamente de intensidade à 
medida que a energia do golpe é absorvida na 
deformação do material. O resultado é que o 
martelamento produz deformação principalmente nas 
camadas superficiais da peça, o que dá uma 
deformação irregular nas fibras do material. 
Martelos 
Os martelos de forja deformam o material por meio da queda de 
uma massa que cai livremente ou é impulsionada de certa altura. 
Equipamentos 
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•Prensas: submetem o metal a uma força progressiva 
relativamente lenta (forjamento por pressão). O metal 
fica sujeito à ação da força de compressão em baixa 
velocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco 
antes de ser retirada da ferramenta, de modo que as 
camadas mais profundas da estrutura do material são 
atingidas no processo de conformação. A deformação 
resultante é, então, mais regular do que a produzida pela 
ação dinâmica do martelamento. 
 As prensas são mais econômicas do que martelos, e com 
a utilização destes equipamentos obtém-se maior 
precisão dimensional. 
Equipamentos 
Prensas: mecânicas ou hidráulicas. As prensas mecânicas, de curso 
limitado, são acionadas por eixos excêntricos, enquanto que as 
prensas hidráulicas podem ter um grande curso e são acionadas por 
pistões hidráulicos. 
Equipamentos 
Prensas 
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Fluxo de material durante o forjamento 
Temperaturas empregadas no forjamento 
• Quente: T > 0,5Tfusão do metal 
• Morno: 0,3Tfusão < T < 0,5Tfusão 
• Frio: sem aquecimento 
• Isotérmico: matriz e peça trabalham na 
mesma temperatura (menor empenamento, 
maior precisão do que à quente ou morno) 
Influência da temperatura na tensão e na deformação durante 
o forjamento de um aço carbono, usando taxas de deformação 
de 3 s-1 e de 30 s-1: quanto maior a temperatura, menor é a 
tensão para a deformação. De acordo com Xinbo et al. (2003). 
Influência da temperatura 
Cabeça de um parafuso forjada a frio em duas etapas, a 
partir de um aço trefilado com 6,5 mm de diâmetro. Como o 
material já se encontrava encruado, o grau de deformação 
envolvido na última etapa levou à fratura do material. De 
acordo com Bariani et al. (2011). 
Influência da temperatura 
Processos de forjamento 
Os processos de forjamento podem ser classificados em: 
Forjamento em Matriz Aberta (livre): material é 
conformado entre matrizes planas ou de formato 
simples, que normalmente não se tocam. Utilizado para 
a fabricação de componentes grandes e relativamente 
simples. 
Forjamento em Matriz Fechada: material conformado 
toma a forma de cavidades fechadas, obtendo-se maior 
precisão dimensional do que com matrizes abertas. 
Ex. forjamento em matriz aberta 
Forjamento em Matriz Fechada 
• Forjamento convencional: a quente ou a morno, 
utilizado para produzir peças com complexidades 
geométricas e tolerâncias dimensionais normais 
dentro do processo de fabricação. 
• Forjamento de precisão: a morno ou a frio, é utilizado 
para produzir peças near ou net-shape, com maior 
precisão dimensional do que a obtida por forjamento 
convencional. 
Produção de peças de maior complexidade e maior 
precisão dimensional 
Processos de forjamento: classificação 
Forjamento 
convencional 
Produção de chaves de 
boca 
Etapas de produção de uma biela 
Forjamento matriz fechada 
Forjamento 
de precisão 
Objetivo: produzir peças que não 
necessitem de operações secundárias de 
acabamento. 
Comparação entre o forjado 
normal e o de precisão 
Exemplos 
Forjamento matriz fechada 
As matrizes de forjamento são submetidas a altas 
tensões de compressão, altas solicitações térmicas e, 
ainda, a choque mecânicos. Devido a essas condições de 
trabalho, é necessário que essas matrizes apresentem 
alta dureza, elevada tenacidade, resistência à fadiga, alta 
resistência mecânica a quente e alta resistência ao 
desgaste. Por isso, elas são feitas, em sua maioria, de 
blocos de aços-liga forjados e tratadas termicamente. 
Matrizes de forjamento 
Uma peça forjada acabada 
geralmente não é conformada 
em um só golpe, porque tanto a 
direção quanto a extensão na 
qual o metal pode escoar são 
pequenas. Por isso, para a 
confecção de uma única peça 
são necessárias várias matrizes 
com cavidades correspondentes 
aos formatos intermediários que 
o produto vai adquirindo 
durante o processo de 
fabricação, ou uma matriz com várias cavidades internas. 
Forjamento matriz fechada 
Rebarba de forjamento 
Para garantir o preenchimento total da cavidade pelo 
metal em matrizes fechadas, no forjamento convencional, 
normalmente se utiliza uma quantidade um pouco maior 
de metal do que a necessária para a produção das peças. 
Na operação final de forjamento, o excesso de metal que 
escoa para fora da cavidade da peça (para um canal) é 
conhecido como rebarba de forjamento. 
Ela possui duas funções: 
• escape para o sobremetal 
• aumento da pressão de 
forjamento , que facilita o 
preenchimento da matriz 
Recalque 
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. 
Algumas operações de forjamento 
Encalcamento 
Variedade de estiramento em que se reduz 
a seção de uma porção intermediária da 
peça, por meio de uma ferramenta ou 
impressão adequada. 
Caldeamento 
Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas 
e aquecidas, postas em contato e submetidas à compressão. 
Algumas operações de forjamento 
Cunhagem 
Geralmente realizada a frio, empregando matriz fechada ou 
aberta, visa produzir uma impressão bem definida na 
superfície de uma peça, sendo usada para fabricar moedas, 
medalhas, talheres e outras peças pequenas, bem como para 
gravar detalhes de diversos tipos em peças maiores. 
Algumas operações de forjamento 
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Produção da pré-forma Produção do anel 
Ex. forjamento de anéis 
Simulação em forjamento 
Resultados da simulação da 
distribuição das tensões durante o 
forjamento após deslocamento 
vertical da matriz superior de 
(a) 8 mm e (b) 32 mm. 
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Simulação de forjamento visualizando o 
preenchimento final da matriz e a 
formação da rebarba: (a) considerando 
apenas a peça; (b) considerando 
interações entre a peça e a matriz. 
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Forjamento: Aplicações 
• Praticamente todos metais e ligas podem ser forjados. 
São muito utilizados os diversos tipos de aços, ligas de 
alumínio, de cobre, de magnésio, de níquel e titânio. 
• O material de partida normalmente é um fundido ou 
laminado (tarugo ou “blanck”) 
• Indústria de veículos: maior consumidor - cerca de 50% 
do total de forjados (destes, 80% são de precisão) 
• Indústria aeroespacial: cerca de 25% do total de 
forjados 
 
Exemplos de Aplicações 
Cubos e bielas 
Divisória de titânio do avião F-22 
Peças em geral: 
uso automóveis, 
motocicletas 
Engrenagens aço Dobradiça Al carro 
esportivo 
Munhão aço 
microligado 
Forjamento: exemplos 
Biela fraturada aço 
microligado 
Virabrequim aço microligado 
Vantagens do forjamento 
•Forjados obtidos a partir de 
pré-formas simples 
•Pequena perda de material 
•Grande precisão dimensional 
(a frio) 
•Excelentes propriedades 
mecânicas 
•Excelente reprodutibilidade 
•Equipamentos caros 
•Obtenção de peças limitada a 
capacidades de máquinas 
disponíveis 
•Não há possibilidade de 
obtenção de peças com 
cavidades internas 
•Muitas vezes é necessário 
usinagem final 
Limitações do forjamento 
• Mechanical Metallurgy (SI Metric Edition). George E. Dieter. McGraw-Hill. 
2001. 
• ASM Handbook. 8a ed. Vol. 14 – Forming and Forging. 
• L. Xinbo, et al. Flow stress of carbon steel 08F in temperature range of warm-
forging. Journal of Materials Processing Technology, vol. 139, 2003, p. 543-
546. 
• Bariani, P.F. et al. Ductile fracture prediction in cold forging process chains. 
CIRP Annals - Manufacturing Technology, vol. 60 , 2011, p. 287-290. 
• J.L.M. Fernandes et al. Forming tubularhexahedral screws—Process 
development by means of a combined finite element-boundary element 
approach. Engineering Analysis with Boundary Elements, vol. 36, 2012, p. 
1082-1091. 
• L. Van Vlack. Princípios de ciências dos materiais. Editora Edgar Blücher. 1981. 
• W. Callister Jr. Fundamentals of materials science and engineering. 
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Forjamento 
• http://www.lihsingtw.com/products.html 
 
Bibliografia