2 Forjamento

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2. FORJAMENTO 
 
 O termo “forjamento” pode ser definido como sendo: uma família de processos para 
deformação plástica generalizada de uma massa metálica com fluxo intermitente através da 
aplicação de forças compressivas, visando à modificação das propriedades mecânicas e da 
geometria dessa massa metálica para a obtenção de uma forma útil. 
 A produção industrial de forjados, conforme dados de 2006 do Sindicato Nacional 
da Indústria de Forjaria (Sindiforja), possui um faturamento anual aproximado de R$ 3,2 bilhões, 
obtidos a partir de uma produção anual de 574.858 toneladas de produtos forjados, das quais 
103.950 toneladas são destinadas à exportação. Essa cadeia produtiva é composta por diversos 
grupos de forjarias (pequenas, médias ou de grande porte), algumas mais especializadas do que 
outras, e que juntas empregam aproximadamente 24.000 pessoas no Brasil. Logo, a partir desses 
indicadores, é possível destacar a importância da indústria de forjados para a economia e a 
sociedade brasileira. 
 Nesse processo, basicamente, o material é conformado entre duas matrizes (ver Fig. 
2.1), sob a ação de um maquinário específico (martelos de queda ou prensas), visando adquirir a 
forma final desejada. As peças forjadas apresentam dimensões variadas, e podem ser obtidas a 
partir de materiais metálicos diversos, como: aços ao carbono, aços-liga, aços inoxidáveis, ligas 
de alumínio, cobre, titânio, etc. Na Fig. 2.1a), é apresentado um esquema básico do processo de 
forjamento em matriz aberta, identificando o sentido de aplicação da força e o tipo de 
deformação (forma de barril) que sofre o material. Esse tipo de deformação é devido à restrição 
causada pelo atrito entre peça e matriz, e o gradiente térmico envolvido, entre outros motivos. 
 
a) b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.1 – Esquema básico de forjamento em matriz. a) Aberta. b) Fechada. 
 
 Logo, é possível afirmar que muitos fatores influenciam no processo de forjamento, 
como: atrito, temperatura, tipo de material a ser deformado, dimensões das matrizes, condições e 
interação entre metal e matriz, mecanismo de deformação plástica, projeto do produto final e 
suas características, tipo de equipamento utilizado, etc. Sendo que todos estes fatores (ou 
variáveis) interagem durante o processo, dificultando a análise quantitativa de cada parâmetro 
 23
isoladamente. Na Fig. 2.2 são apresentadas algumas peças obtidas pelo processo de forjamento, 
onde se verifica a diversidade de formas, dimensões e acabamentos dos produtos forjados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.2 – Exemplos de peças forjadas. 
 
 Com relação aos defeitos oriundos de fabricação, os produtos forjados podem 
apresentar trincas de tração – formadas durante a expansão livre do material em decorrência de 
grandes deformações ou fragilidade a quente, as trincas de atrito – decorrentes da ineficiência 
da lubrificação, e as marcas da ferramenta – quando o material é comprimido contra a borda 
do punção. 
 Além desses, os forjados podem apresentar ainda: falha de preenchimento, 
empenamentos, distorções e desalinhamentos (resultantes de folgas no maquinário e dos 
processos de resfriamento e tratamentos térmicos sofrido pelo material), gotas frias e dobras 
(decorrentes de fluxos anormais, incrustações de rebarbas e/ou escolha equivocada da geratriz), 
inclusões de óxidos, queima e descarbonetação do material (decorrentes do aquecimento 
excessivo da matéria-prima antes e/ou durante o processo), etc. 
 As etapas típicas de fabricação num processo de forjamento (ex. Fig. 2.3) são: 1) 
corte, 2) aquecimento, 3) forjamento livre e/ou 4) forjamento em matriz fechada, 5) rebarbação, 
6) tratamento térmico (recozimento, normalização, etc.) e tratamentos superficiais posteriores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.3 – Etapas envolvidas num forjamento típico. 
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 Mas para evitar e/ou pelo menos minimizar os defeitos citados anteriormente, não 
basta apenas conhecer o ciclo do processo e os fatores que o influenciam mas, também, avaliar, 
definir e/ou modificar certos requisitos de projeto para um determinado produto forjado, 
unindo o conhecimento técnico à prática industrial. Na sequência, serão apresentadas 
algumas considerações que devem nortear o projeto de forjamento para um produto. 
 
2.1 PROJETO DE UM PRODUTO FORJADO 
 
 O projeto de fabricação de um produto por forjamento não é uma tarefa simples, 
já que requer simulações, testes e ajustes até se atingir uma condição satisfatória de produção e, 
para isso, o projeto deve contemplar as seguintes etapas principais: 
a) Análise crítica do desenho da peça a ser forjada; 
b) Definição da temperatura do processo (Temperatura homóloga “Th”); 
c) Escolha da geratriz (matéria-prima, formato e dimensões) e pré-formas (se for 
necessário); 
d) Projeto e fabricação das matrizes (material, maquinário, tipo de fixação, número e 
disposição das cavidades, número de etapas, previsão da força necessária, etc.); 
e) Definição do acabamento (rebarbação, tratamento térmico e superficial,etc.). 
 
 Vale ressaltar que estas etapas não seguem uma sequência rígida e invariável, já 
que uma nova definição – realizada numa dessas etapas, pode refletir sobre as demais, 
modificando todo o processo. Como exemplo é possível citar a definição do maquinário a ser 
utilizado, que dependerá da disponibilidade de força e do próprio equipamento, bem como, do 
número de etapas, do tipo de peça, do material a forjar, etc. Por isso, é fundamental conciliar o 
conhecimento científico à prática industrial, visando antever possíveis consequências das 
decisões tomadas ao longo do projeto e/ou processo produtivo. 
 
2.1.1 Desenho da peça forjada 
 
 Com relação ao desenho de uma peça forjada, deve-se realizar uma análise crítica 
apontando: variações de geometrias e volumes, posição da linha de rebarba (ou partição), direção 
das linhas de fluxo do material, inclinação das faces, existência de raios pequenos e/ou cantos 
vivos, e previsão de sobre-metal, conforme ilustrado na Fig. 2.4. 
 
 25
 a) b) 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4 – a) Desenho de uma peça forjada. b) Linhas de fluxo e partição. 
 
 As linhas de fluxo do material devem ser definidas em conformidade aos esforços 
que atuarão sobre a peça depois de pronta. Esse fluxo, de preferência, deve permitir que a peça 
alcance as melhores condições de resistência mecânica. Sendo que, o direcionamento do material 
dentro da matriz, pode apresentar três modos principais de escoamento: recalque (upsetting), 
alargamento (spreading) e ascensão (rising), conforme ilustrado na Fig. 2.5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.5 – Classificação do forjamento em matriz conforme o fluxo de material. 
 
 No recalque a altura da peça é reduzida com escasso alargamento. O alargamento, 
por sua vez, apresenta fluxo de material fluindo predominantemente em direção perpendicular ao 
movimento das matrizes. Já na ascensão o fluxo de material se dá predominantemente no sentido 
contrário às matrizes e perpendicular à linha da rebarba. 
 Essa classificação pode ser obtida analiticamente comparando as deformações 
verdadeiras nas três direções básicas de uma geometria de envoltura, também representada na 
Fig. 2.5, e que se assemelha à forma geométrica básica da geratriz (ou blank). Logo, e 
considerando uma geratriz cilíndrica, o processo pode ser definido através das relações 
apresentadas na equação (2.1), onde “φhe” é a deformação verdadeira na altura da geometria 
de envoltura e “φde” é a deformação verdadeira
no diâmetro dessa geometria. 
 26
alargamento 
 
 deeh  recalquedehe   ascensãodehe   
 
 A linha de rebarba (ou partição) deve ser dimensionada e executada na região mais 
favorável para a confecção das matrizes superior e inferior e, em geral, naquela que apresentar 
maior perímetro com relação à área da seção média da peça. A escolha da linha de rebarba 
contribuiu para reduzir tempo e os custos com a usinagem, já que utilizando matrizes mais 
simples (com baixa complexidade de detalhes) o processo de fabricação se torna otimizado. 
 As faces da peça devem ter um ângulo que permita sua fácil retirada junto à 
cavidade da matriz, colaborando também com a lubrificação de toda sua superfície. Em geral, 
utilizam-se ângulos situados entre 3° e 9°, cuja escolha dependerá do tipo de maquinário, posição 
junto à seção da peça, e da altura das arestas que delimitam o perfil da peça. 
 Além disso, algumas peças obtidas por forjamento necessitam de usinagem posterior, 
neste caso deve-se prever uma quantidade adequada de sobre-metal, em geral, a menor possível, 
mas sem comprometer a usinagem. Outros fatores que justificam a adoção do sobre-metal são: o 
empenamento e os desalinhamentos que as peças podem apresentar quando forjadas a quente, ou 
até mesmo a frio, decorrente da contração do material e das folgas excessivas existentes no 
ferramental, conforme representado na Fig. 2.6. 
 
 
 
 
 
Fig. 2.6 – Desalinhamentos em peças forjadas. a) Peça axissimétrica ou simetria radial. 
b) Peça com simetria longitudinal ou planar. 
 
 Devem-se evitar grandes variações de geometrias e volumes das peças, já que isto, 
resulta em maior número de etapas para o processo (devido a maior dificuldade de 
movimentação do material dentro das matrizes), desperdício de material junto à rebarba, pontos 
favoráveis à concentração de tensões e nucleação de trincas (principalmente na zona de 
intersecção das seções) e maior força de forjamento. 
 Portanto, a caracterização da complexidade de forma da peça é um fator importante 
no projeto de um produto forjado. Na Fig. 2.7 é apresentada uma classificação a partir da 
complexidade de forma, que aumenta conforme indicado pela seta. As classes I (forma 
compacta) e II (forma de disco) apresentam simplicidade geométrica, e podem ser fabricadas 
 (2.1) 
 27
numa única operação. A classe III (forma muito alongada) é composta por peças mais 
complexas, que na grande maioria das vezes necessitam operações intermediárias e pré-formas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.7 – Classificação quanto a complexidade de forma para o forjamento. 
 
 
 
 III 
 
 II 
 
 I 
 28
2.1.2 Definição da temperatura do processo 
 
 O processo de forjamento pode ser realizado a quente, a frio, a morno ou 
isotérmico, conforme a temperatura homóloga “Th” do processo, apresentando características 
distintas, já avaliadas e descritas no capítulo anterior. 
 Durante o processo de forjamento a quente ou a morno se faz necessário o 
aquecimento uniforme da matéria-prima em todo volume da peça ou numa parte específica 
desta. Para isso, são utilizados fornos com câmaras simples ou, até mesmo, fornos com controle 
específico de atmosfera e temperatura, além de dispositivos mais sofisticados conforme a 
qualidade requerida, e visando evitar perdas excessivas por oxidação. 
 Outra tecnologia de aquecimento utilizada pelas forjarias é o aquecimento por 
indução, onde a matéria-prima é aquecida através de bobinas elétricas que criam um campo 
indutivo ao redor da toda a peça ou em parte desta, causando seu aquecimento. Através desse 
método é possível obter uniformidade de aquecimento, além de redução de custos e tempo de 
processo, já que essa técnica pode ser realizada durante o transporte e/ou entre as etapas de corte 
e forjamento propriamente dito. 
 
2.1.3 Escolha das geratrizes e pré-forma 
 
 A escolha adequada da geratriz (tamanho inicial da matéria-prima = blank) 
contribui para melhorar o fluxo de material, reduzindo possíveis defeitos (ex.: falha de 
preenchimento, irregularidade do fluxo, etc), além de evitar o desgaste excessivo da matriz e 
reduzir a força necessária ao forjamento. Esta escolha está condicionada a complexidade da peça, 
sua forma geométrica básica, disponibilidade comercial e custo. Nesse sentido, a escolha da 
geometria básica da geratriz pode ser orientada através das seguintes regras práticas que são: 
 1°) Analisar a geometria da peça, fazendo uma comparação desta com as 
geometrias básicas encontradas para produtos perfilados, trefilados e/ou laminados, como: 
círculo, polígono, quadrado, retângulo, etc.; 
 2°) Escolher aquela geometria básica que melhor se assemelha ao perfil da peça. 
Porém, deve-se dar preferência à geometria circular, já que essa possibilita condições de atrito e 
tensões menores no início da deformação, além de disponibilidade comercial em diferentes 
bitolas (diâmetros), o que facilita sua adequação ao processo. Posteriormente, podem ser 
utilizadas geometrias poligonais (hexaédricas), quadradas, retangulares e aquelas confeccionadas 
através de chapas. Para peças de dimensões maiores são utilizados ainda lingotes ou tarugos; 
 29
 3°) O volume da geratriz “VG”, já tendo sido definida a geometria básica, deve ser 
no mínimo igual ao volume da peça ”VP” mais o volume da rebarba “VR” e mais o volume 
decorrente das perdas por oxidação “VPer”, quando o processo é efetuado a quente – que na 
média consiste em 5% do volume da peça com rebarba. Sendo assim, o volume da geratriz pode 
ser obtido através da equação (2.2), onde “pmédio” é o perímetro médio entre a extremidade da 
rebarba e a face externa da peça, “b” é a largura da rebarba e “s” é a espessura da rebarba. 
 
95,0
)..(
95,0
médioPRP
PerRPG
psbVVVVVVV  
 
 Em muitos casos a geometria da peça é tão complexa que mesmo adotando geratrizes 
semelhantes ocorrem defeitos que comprometem a qualidade do produto. Sendo assim, para 
suavizar a deformação do material entre as matrizes são confeccionadas as “pré-formas”. 
 A pré-forma pode ser definida como aquela geometria e/ou volume de material que 
antecede a etapa final de forjamento. Para um processo com apenas uma etapa a própria geratriz 
pode ser considerada a pré-forma deste processo. O dimensionamento da pré-forma proporciona 
um fluxo uniforme de material na matriz, evitando choques excessivos entre o material que está 
sendo deformado e a matriz, possibilitando maior vida útil da ferramenta e melhor acabamento 
superficial do forjado. Outro fator que favorece a utilização de pré-formas é minimizar a força 
necessária à deformação, possibilitando a utilização de maquinário com menor capacidade. 
 Para o dimensionamento analítico da pré-forma utiliza-se o chamado “Método de 
Drabing” (ou “Método das Áreas Projetadas”), conforme Metals Handbook, 1988, sendo 
ilustrado na Fig. 2.8 e descrito a seguir: 
 1°) Desenhar a peça em duas vistas: uma delas deve ser o plano da rebarba e a outra 
perpendicular a este plano, em escala reduzida ou tamanho natural, planificando-a se necessário; 
 2°) Estimar a rebarba (largura e espessura, conforme a direção característica do fluxo 
do material dentro da matriz) e desenhá-la junto às duas vistas; 
 3°) Traçar planos perpendiculares ao plano da rebarba, interseccionando a peça, pelo 
menos, em suas descontinuidades (quanto mais planos melhor); 
 4°) Calcular a área da seção “Aseção” correspondente à intersecção de cada plano 
com as vistas da peça, lançando num gráfico de valores
das áreas; 
 5°) A partir dos valores das áreas, e com a forma geométrica básica escolhida, deve-
se definir a grandeza de referência (ver Tab. 2.1), lançando os valores num gráfico da pré-forma; 
 (2.2) 
 30
 6°) A partir do gráfico da pré-forma, dimensiona-se a geratriz pelo maior valor 
obtido da grandeza de referência. Logicamente, deve-se considerar a disponibilidade comercial 
dessa grandeza, ou seja, sua bitola. Posteriormente, a pré-forma pode ser dimensionada através 
do gráfico da pré-forma, porém, neste caso, devem ser previstas operações que antecedem o 
forjamento propriamente dito, ou ainda, a confecção de matrizes progressivas. Vale destacar que 
a pré-forma ainda deve ter seu contorno suavizado, eliminando vértices acentuados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.8 – Ilustração do Método de Drabing (ou Método das Áreas Projetadas). 
 
 Tab. 2.1 – Grandezas de referência conforme a geometria básica. 
Geometrias básicas Área da seção “Aseção” Grandezas de referência 
Circular 
 
 2iseção RA  

seção
i
A
R  
Poligonal hexaédrica 
 
 25981,2 Hexseção LA  






Hex
seção
i
seção
Hex L
A
H
A
L
3
2
5981,2
 
Quadrada 
 
 2iseção LA  seçãoi AL  
Retangular ou em 
chapa 
 
 iiseção LEA  
i
seção
i
seção
i E
A
L
A
E 
3
 
(Ri = Raio da seção; Li = Largura da seção; LHex = Lado do hexágono; Hi = Altura da seção; Ei = Espessura da seção) 
 31
 Na rebarbação, conforme Fig. 2.9, é realizado o corte por cisalhamento do excesso 
de material da peça forjada, etapa que também pode estar inserida junto à cavidade final da peça 
ou ser realizada em outra operação, através de um maquinário de menor capacidade. 
Posteriormente, a peça é encaminhada para o acabamento – execução de tratamento térmico, 
alívio de tensões ou tratamento superficial, conforme as especificações técnicas de fornecimento. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.9 – Exemplo do processo de rebarbação. 
 
 
2.1.4 Projeto e fabricação das matrizes 
 
 As matrizes são partes do ferramental que entram em contato direto com o material 
da peça, sendo constituídas de duas metades: a matriz inferior que é fixada junto à bigorna (ou 
mesa), e a matriz superior que fica presa junto ao cursor (martelo ou êmbolo). As matrizes são 
submetidas a elevadas tensões de compressão (radial e axial), solicitações térmicas e choques 
mecânicos que podem deformá-las, comprometendo as dimensões e tolerâncias da peça. Por isso, 
essas condições devem ser previstas no projeto e na fabricação desses dispositivos. 
 Para Grüning, 1973, os materiais destinados às matrizes apresentam uma série de 
requisitos, dentre eles destacam-se: tenacidade, resistência mecânica e ao desgaste, dureza a 
quente, usinabilidade e temperabilidade, limite de escoamento e alongamento elevado, tamanho 
de grão pequeno e considerável indeformabilidade. 
 Os aços comumente utilizados para as matrizes, tanto de forjamento a quente 
quanto extrusão ou fundição sob pressão, são designados pela ABNT, SAE e AISI com a letra 
“H” (ex.: H11, H12, H13 e H15), que consistem em aços ao cromo-molibdênio, possuindo baixo 
nível de carbono (entre 0,45 e 0,40%), baixo manganês (entre 0,25 e 0,30%), silício (entre 0,50 e 
1,0%), cromo (aprox. 5,0%), molibdênio (entre 1,5 e 5,0%), e eventualmente vanádio (entre 0,4 a 
1,0%) e tungstênio (aprox. de 1,5%). Para forjamento a frio podem ainda ser utilizados aços da 
classe “O”, “D” ou “W”. 
 O forjamento em matriz livre (aberta) é aquele empregado visando obter 
quantidade pequena de peças e/ou para peças com dimensões elevadas. O fluxo de material se dá 
 32
livremente, sem restrição ao movimento, pois suas matrizes apresentam superfícies simples com 
baixa complexidade de forma e/ou detalhes sendo, em geral, planas. Este processo possui baixa 
precisão dimensional, sendo muito utilizado na preparação das geratrizes visando à obtenção de 
pré-formas para posterior forjamento em matriz fechada. 
 No forjamento em matriz fechada, o ferramental possui formas mais complexas, se 
comparadas às matrizes do forjamento livre, retratando a geometria final da peça. É um processo 
com maior qualidade dimensional, já que o fluxo de material dentro da matriz tem seu 
movimento restringido e direcionado conforme o deslocamento do ferramental. As cavidades 
são fabricadas através de processos tradicionais de usinagem (ex.: corte, furação, torneamento e 
fresamento) e/ou por processos mais elaborados (ex.: eletroerosão) devido à complexidade 
geométrica de algumas peças. Na Fig. 2.10 é ilustrada uma matriz inferior progressiva para 
forjamento, com cavidades destinadas a diferentes funções, visando otimizar o processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.10 – Ilustração de uma matriz inferior progressiva. 
 
 O forjamento em matriz fechada, por muitos autores, pode ainda ser classificado em 
“forjamento convencional” – para obtenção de peças com dimensões e tolerâncias gerais de 
forjamento, ou “forjamento de precisão” – com tolerâncias menores que se assemelham às 
dimensões finais da peça, e que muitas vezes não apresentam rebarba e nem a necessidade de 
usinagem posterior. 
 Outro fator a ser levado em consideração durante o projeto das matrizes é contração 
térmica do material após o processo de forjamento. Nesse caso, deve-se executar a confecção 
das matrizes e de suas cavidades com a tolerância máxima da peça, e ainda deve-se prever sobre-
metal para posterior usinagem, se necessário. Como referência para um fator de correção (Fc) 
dimensional devido a contração, é possível adotar valores, conforme o material, a partir de 
tabelas similares à Tab. 2.2, ou também obtidos através da equação (2.3). Sendo, T = 
temperatura do forjado – temperatura da matriz, [em oC], e  = coeficiente de dilatação térmica 
(ex.: 16 ].[10.11  Coaço ) 
).(1 açoTFc  (2.3) 
 33
Tab. 2.2 – Fator de correção dimensional para matrizes de forjamento a quente. 
Material Fator de correção (Fc) 
Aço 1,01 
Bronze 1,008 
Latão 1,009 
Cobre 1,008 
Ligas leves 1,009 
 
 Além disso, considerações a respeito da variação de geometrias e volumes, existência 
de raios e ângulos de extração, que já foram citados com relação ao desenho da peça, devem ser 
novamente verificados. Principalmente, com relação ao centro de aplicação da força, que deve 
ser dimensionado de tal maneira que coincida com o centro da máquina, evitando assim 
momentos fletores indesejáveis, e que podem comprometer a vida útil do ferramental. 
 Então, na fabricação das matrizes devem ser previstos afunilamentos que permitam a 
remoção das peças acabadas, e em contrapartida deve-se evitar ângulos agudos, almas finas, 
frisos ou arestas muito altas devido a sua difícil confecção, além de prejudicar a remoção da peça 
e comprometer a vida útil da matriz. 
 Grüning, 1973, destaca que a distância entre as cavidades e a borda das matrizes 
deve ser definida conforme suas respectivas profundidades “hc”, adotando como referência os 
valores da Tab. 2.3. 
 
Tab. 2.3 – Dimensões mínimas das matrizes de forjamento. 
 
Profundidade 
da cavidade 
“hc” [mm] 
Espessura mínima 
de parede entre 
aresta exterior e a 
cavidade “a” [mm] 
Espessura 
mínima de 
parede entre 
duas cavidades 
“a1” [mm] 
Altura 
mínima 
da matriz 
“H” 
[mm] 
6 12 10 100 
10 32 25 125 
25 40 32 160 
40 56 40 200 
63 80 56 250 
100 110 80 315 
125 130 100 355 
 160 160 110 400 
 
 Outro detalhe a ser considerado durante a fabricação das matrizes é a calha (ou 
bacia) da rebarba, já que esta afeta nas condições de tensão junto ao canal da rebarba
e da 
própria cavidade da matriz, além de garantir espaço adequado para o escoamento do material 
destinado ao preenchimento completo da cavidade da matriz. 
 34
 Nesse sentido, faz-se o dimensionamento da chamada “rebarba de forjamento”, 
que consiste no excesso de material em formato de tira, que escoa para fora da matriz (junto a 
calha da rebarba) em torno do perímetro da peça. Rebarbas muito estreitas exigem maior 
capacidade do maquinário, pois há aumento da resistência ao escoamento do metal no interior da 
matriz, logo seu adequado dimensionamento é um dos fatores que influenciam no processo. 
 Na Fig. 2.11 são ilustrados diferentes tipos de calhas para rebarba, e é apresentado o 
gráfico da força necessária durante o forjamento, onde se verifica a influência da rebarba. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.11 – a) Tipos de calhas de rebarba. b) Força típica de forjamento em matriz. 
 
 Grüning, 1973, apresenta as possíveis dimensões para a rebarba a partir da Tab. 
2.4, considerando os principais modos de escoamento do material. Sendo que quanto maior a 
largura “b” e menor a espessura “s” da rebarba maior será a resistência à deformação do 
material, bem como, grandes relações de “b/s” necessitam maiores esforços de conformação. 
 
Tab. 2.4 – Valores orientativos para o dimensionamento da rebarba. 
Relação de rebarba “b/s” Área projetada da peça no 
plano da rebarba (sem incluir a 
rebarba) “Ap” [mm2] 
Espessura da 
rebarba “s” [mm] Recalque Alargamento Ascensão 
até 1800 0,6 8 10 13 
de 1800 até 4500 1,0 7 8 10 
de 4500 até 11200 1,6 5 5,5 7 
de 11200 até 28000 2,5 4 4,5 5,5 
de 28000 até 71000 4 3 3,5 4 
de 71000 até 180000 6,3 2 2,5 3 
de 180000 até 450000 10 1 2 2,5 
 
 Visando garantir a melhor produtividade, aliado a menor tolerância e desgaste das 
matrizes, a indústria do forjamento tem testado diversas técnicas metalúrgicas para o aumento 
da longevidade superficial do ferramental de forjamento. Os métodos mais comumente 
utilizado são a têmpera e revenimento, nitretação, deposição física de vapor (PVD) e deposição 
química de vapor (CVD). 
a) b) 
 35
2.1.5 Escolha do maquinário 
 
 No forjamento são utilizadas duas classes de maquinário: os martelos de queda – 
que realizam golpes sucessivos sobre a superfície do metal onde a energia de deformação resulta 
da queda de uma massa cadente, cuja energia cinética é transformada em energia de deformação, 
e as prensas – que podem ser hidráulicas ou mecânicas, e submetem o material a uma força 
compressiva gradual. Na Fig. 2.12, são exemplificados alguns equipamentos utilizados no 
processo de forjamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.12 – Exemplos de maquinários utilizados no forjamento. a) Martelo de queda. b) Prensa 
excêntrica. c) Prensa de parafuso tipo fricção com disco duplo. 
 
 A força máxima obtida por um martelo de queda se dá no instante em que a 
massa cadente toca o material, posteriormente, há diminuição desta força conforme a energia 
cinética é absorvida pela deformação do material. A movimentação dos martelos se dá em altas 
velocidades – apresentando elevada taxa de deformação, e sua potência pode ser fornecida por 
sistemas de gravidade, a vapor ou por ar comprimido. Os componentes produzidos através do 
martelo de forjamento apresentam, em geral, grandes dimensões, produção de múltiplas partes 
numa única peça de trabalho (perfil progressivo). Os principais defeitos encontrados em peças 
forjadas por martelos são os desalinhamentos entre a parte superior e a inferior da matriz, cuja 
impressão se verifica na peça, e a produção de trincas internas no material, devido à elevada 
energia do processo. 
 As prensas – que apresentam uma aplicação de carga crescente, favorecendo a vida 
útil das matrizes se comparadas àquelas utilizadas no martelamento, podendo ser classificadas 
em: prensas hidráulicas e mecânicas (por fricção ou excêntricas). A força máxima nas prensas 
é obtida no instante que há o preenchimento total da matriz considerando, inclusive, a rebarba. 
 36
 As prensas hidráulicas são adequadas para a fabricação de grandes peças, aplicando 
uma pressão uniforme aliada à velocidade de deformação constante. Porém, e considerando um 
forjamento convencional, a força das prensas hidráulicas se torna restrita devido à baixa taxa de 
deformação, isso se reflete no longo tempo associado à deformação e ao elevado tempo de 
contato do material aquecido com as matrizes mais frias. 
 As prensas de fricção utilizam um sistema composto por embreagem, engrenagens e 
acionamento elétrico, que são empregados para acelerar um volante montado num sem-fim, que 
converte energia cinética angular em movimento linear. Nas prensas de fricção por discos 
duplos, o acionamento se efetua quando um desses discos (que giram continuamente) pressiona o 
volante. 
 As prensas mecânicas excêntricas são ainda encontradas no processo de forjamento 
a quente de diversas ligas metálicas, e para a obtenção de peças de pequeno a médio porte. 
Porém, devido a questões de segurança na operação – já que seu curso não pode ser freiado e/ou 
revertido imediatamente, tem sua aplicabilidade desaconselhável segundo as normas vigentes, o 
que vem ocasionando sua substituição e readequação do processo produtivo. 
 A precisão dimensional de um produto forjado está diretamente relacionada à 
rigidez do maquinário utilizado em sua fabricação. Por isso, o dimensionamento de um 
equipamento para forjamento deve contemplar uma força superior àquela requerida às etapas do 
sistema, visando produzir peças de elevada precisão dimensional e isentas de falhas ou com 
número reduzido de defeitos [Dieter, 1981]. As metodologias para previsão da força e número de 
etapas de forjamento serão apresentadas em tópico específico. 
 Nas Fig. 2.13 a 2.16 são apresentados mais exemplos de maquinários utilizados no 
processo de forjamento. Vale ressaltar que existem ainda outros métodos mais elaborados de 
forjamento, como: forjamento rotativo (orbital e radial), que utilizam ferramental específico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.13 – Ferramental utilizado no forjamento. a) Diversos maquinários. b) Matrizes. 
 37
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.14 – Prensa de fricção e diagrama de funcionamento. 
 
 
 a) b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.15 – Prensas para produtos de conformação. a) Hidráulica. b) Excêntrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.16 – Ferramental utilizado para forjamento em matriz livre (aberta). 
 38
2.2 ESTIMATIVA DA FORÇA E TRABALHO NO FORJAMENTO 
 
 Com relação a estimativa de força e trabalho (= energia) requeridas ao processo de 
forjamento é importante destacar que as principais metodologias analíticas e/ou técnicas gráficas 
– utilizadas para obter estas grandezas, apresentam inúmeras hipóteses simplificadoras, (ex.: 
considerações a respeito de atrito e temperatura constante, material isotrópico e incompressível, 
etc.), que são necessárias para viabilizar os cálculos. Assim, o valor verdadeira destas grandezas 
se torna algo impossível de se obter, sendo apenas possível obter estimativas tão próximas 
quanto ao número de variáveis de influência consideradas (ex.: atrito, velocidade de 
deformação, maquinário, material, temperatura, modo de escoamento, etc.). 
 Nesse sentido, é apresentado na Fig. 2.17 um gráfico que retrata o comportamento da 
força envolvida em diferentes maquinários – martelos de queda e prensas. Onde, para os 
martelos tem-se ciclos de carga que, devido ao encruamento do material a cada pancada e o
deslocamento (curso) da massa cadente, apresentam um nível de força cada vez maior, enquanto 
que nas prensas temos um comportamento contínuo e crescente da força ao longo do processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.17 – Comparativo entre a força de forjamento por martelo de queda e prensa. 
 
 Visando obter uma estimativa de força e energia mais condizente ao processo de 
forjamento, diversas metodologias foram desenvolvidas ao longo das décadas, destacando: 
a) Método da Teoria da Semelhança: Baseia-se em conhecimentos práticos de processos 
já existentes, visando o desenvolvimento de peças semelhantes. Logo, apresentada pouco 
embasamento teórico, sendo ainda muito encontrado em forjarias de pequeno a médio 
 39
porte, ou até mesmo aquelas de grande porte, através da adoção das técnicas de “tentativa 
e erro” ou “empirismo”, visando o projeto e fabricação de componentes forjados; 
b) Método das Grandezas Equivalentes: Possui maior embasamento teórico-científico, 
além de considerar algumas variáveis atuantes no processo, porém devido a sua 
formulação simples – em decorrências das hipóteses simplificadoras consideradas, muitas 
vezes há comprometimento da exatidão dos resultados, apresentando valores distorcidos 
que devem ser verificados através de ensaios e testes práticos. 
c) Métodos Numérico-Computacionais: Desenvolvidos nas últimas décadas visando a 
discretização e a solução das equações que regem o fenômeno físico da deformação, 
neste caso, o forjamento. Em geral, os problemas de engenharia apresentam um nível de 
complexidade considerável devido as variações das grandezas envolvidas. Por isso, são 
utilizados softwares específicos, cuja resposta convergirá com o processo real se os dados 
de entrada (parâmetros) tiverem sido corretamente definidos. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.18 – Simulação de forjamento via software. a) Análise da deformação efetiva. b) Análise 
do fluxo de material. Fonte: [www.simufact-americas.com]. 
 
 Na seqüencia, é apresentado com maior destaque o Método das Grandezas 
Equivalentes, através de equações e formulações analíticas simples, embora existam técnicas 
gráficas resultantes da aplicação de diagramas amplamente difundidos na indústria de forjados. 
Tais métodos possuem respostas rápidas, e exigem poucos recursos em hardwares, softwares e 
em treinamento de pessoal (ex.: Método de Lange, Método de Makelt, Método dos Blocos, etc.). 
 
2.2.1 Método das Grandezas Equivalentes 
 
 Neste método as condições geometria e volume da geratriz e peça, entre outros 
parâmetros, são amplamente considerados. Sendo possível obter, além da estimativa de força e 
energia, a estimativa da taxa de deformação (velocidade de deformação) do processo, conforme a 
velocidade do maquinário utilizado. 
 40
 Para a estimativa da força e energia é fundamental prever a tensão de escoamento 
“ e ” do material em conformidade ao processo e ao estado de deformação pré-existente do 
mesmo. Nesse sentido, para os processos de conformação à quente, inclusive o forjamento, 
considera-se e = constante e independente da deformação plástica produzida. Porém, para 
processos de conformação a frio e a morno para metais e ligas utiliza-se a Equação de 
Hollomann – ver equação (2.4), visando definir a relação entre a tensão de escoamento e a 
deformação do material, já que o material apresenta encruamento parabólico ou potencial. 
 
n
oe   
 
 A equação proposta por Hollomann apresenta constantes relacionadas às 
propriedades dos materiais, que são: “σo” e “n”. Onde, “σo”consiste na tensão de escoamento 
do material conforme o nível de encruamento que este apresenta, ou também chamada de 
constante plástica de resistência. Observa-se que, se |φ|=1 tem-se σe = σo para qualquer valor 
atribuído à constante “n”. Assim, “σo” pode ser definida como a tensão de escoamento que 
qualquer metal ou liga apresenta quando submetido ao encruamento unitário, ou seja, quando há 
deformação do material em 100%, tanto em tração quanto em compressão. 
 O coeficiente de encruamento “n” representa a máxima deformação homogênea 
possível numa única etapa de tração ou compressão, sendo que qualquer deformação superior 
necessitará mais de uma etapa e/ou recozimentos intermediários, visando homogeneizar a 
microestrutura do encruamento por recristalização. Logo, este coeficiente serve de parâmetro 
(referência) para a definição das etapas do processo e ciclos de recozimento. 
 Os valores dos “σo” e “n", são obtidos através de ensaios de tração simples, plotando 
os resultados de tensão e deformação verdadeiras num gráfico log-log, ver Fig. 2.19, de onde é 
possível elaborar tabelas destes valores para os diversos materiais, conforme Tab. 2.5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.19 – Gráficos de tensão e deformação utilizados para obtenção das constantes “σo” e “n”. 
 (2.4) 
 41
Tab. 2.5 – Constantes “σo” e “n” conforme o tipo de material. 
Material “σo” [MPa] “n” 
SAE 1010/1020 800 0,2 
SAE 1035 902 0,2 
SAE 4340 640 0,15 
Aço inox - AISI 304 1400 0,44 
Cobre 530 0,44 
Latão 260 0,5 
Liga de alumínio (2024 T3) 780 0,17 
Liga de magnésio (AZ-31B) 450 0,16 
 
 É fundamental destacar que se “n” = 0 isto indica que o material apresenta um 
comportamento plástico ideal, enquanto que se “n” = 1, significa que o material possui 
comportamento elástico ideal. Em geral, os materiais apresentam valores de “n” entre 0,1 e 0,5, 
sendo possível ainda existir grande variação desta constante para um mesmo material, devido aos 
tratamentos térmicos envolvidos, que alteram suas propriedades à deformação. 
 A partir destas definições, e visando obter uma estimativa da força e energia deve-se 
utilizar as equações descritas na Tab. 2.6, em conformidade ao tipo de processo, onde: 
eq = Deformação equivalente, que considera as alturas médias ou áreas da peça, geratriz e/ou pré-forma; 
hmg = Altura média da geratriz ou pré-forma no plano da rebarba; 
hmp = Altura média das cavidades da matriz visando a obtenção da peça; 
Ap* = Área projetada no plano da rebarba considerando a rebarba; 
Ag = Área da geratriz ou pré-forma no plano da rebarba, s/ considerar a rebarba; 
V = Vg = Volume de material (geratriz ou pré-forma). 
 
Tab. 2.6 – Equações utilizadas no Método das Grandezas Equivalentes. 
Processo a frio ou morno Processo a quente 
Força 
).( )(máxemáxAF  
Força 
).( )(máxemáxAF  
Área máxima 
*ApAmáx  
Área máxima 
*ApAmáx  
Tensão de escoamento máx. 
n
eqomáxe  )( 
Tensão de escoamento máx. 
cteemáxe  0)(  
Trabalho (= energia) 
 
Trabalho (= energia) 
 
eqmáxeVgT  )..( )( 
Deformação equivalente 















Ag
Ap
h
h
eq
mp
mg
eq
*lnln  
Deformação equivalente 















Ag
Ap
h
h
eq
mp
mg
eq
*lnln 