Apostila Conformação Mecânica

Prévia do material em texto

1 
 
 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
ME – 65 I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROF. DR. FÁBIO MARTINS 
 
 2 
 
 MATERIAIS PRODUTOS 
ENERGIA 
CONHECIMENTO 
TÉCNICA 
HABILIDADE 
ÉTICA 
RECURSOS MATERIAIS 
 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
Definição: Modificação da forma de um corpo para outra, pré-
definida, com geometria e dimensões controladas, pela aplicação 
de esforço mecânico. 
 
 Na fabricação mecânica, aproximadamente 80% de todos os 
produtos são submetidos à conformação em um ou mais estágios 
do processo de fabricação. 
SELEÇÃO DO 
PROCESSO DE 
FABRICAÇÃO 
(CUSTO/BENEFÍCIO) 
 3 
 
 
 
 
 
 4 
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO 
 
Grande quantidade de processos: critérios de classificação 
 
 Quanto ao tipo de esforço predominante: 
– Compressão direta (forjamento e laminação) 
– Compressão indireta (trefilação, extrusão, 
embutimento) 
– Tração (estiramento de chapas) 
– Flexão ou dobramento (dobramento e calandragem) 
– Cisalhamento (corte de chapas) 
 
 Quanto à temperatura de trabalho 
– Trabalho mecânico a frio (cold working) 
– Trabalho mecânico aquecido (warm working) 
– Trabalho mecânico a quente (hot working) 
 Trabalho isotérmico (Isothermal forming) 
 
Trabalho Mecânico a Frio (Cold Working) 
 Temperatura ambiente ou levemente aquecido 
 Encruamento 
 Precisão dimensional 
 Qualidade superficial e dimensional 
 Empregado para produtos acabados 
 Equipamentos e ferramentas mais robustos 
 Maiores potências 
 5 
Trabalho mecânico a morno (warm working) 
 Aquecimento abaixo da temperatura de recristalização, 
mas superior a 0,3.Tf 
 Deformação plástica facilitada com o aumento da 
temperatura 
 Menor necessidade de potência, comparado ao trabalho a 
frio 
 Geometrias mais complexas 
 Necessidade de recozimento minimizada ou eliminada 
 Reúne características dos trabalhos mecânicos a frio e a 
quente 
 
Trabalho mecânico a quente (Hot working) 
 Aquecimento acima da temperatura de recristalização e 
abaixo de Tf ( TR  T  0,7 Tf) 
 Sem encruamento 
 Aplicado a produtos semi-acabados (grandes 
deformações) 
 Menor qualidade superficial e dimensional 
 Oxidação 
 Menor necessidade de potência 
 Aplicável a materiais frágeis 
 
 
 
 6 
Trabalho isotérmico (Isothermal working) 
 Trabalho a quente, com peça e ferramenta com 
temperaturas próximas 
 Minimiza a transferência de calor entre peça e ferramenta 
 Vida da ferramenta menor 
 Aplicado a materiais que apresentem dureza a quente 
(aços rápidos, ligas de titânio e certas ligas de níquel) 
 Algumas vezes realizado a vácuo 
 
 
Classificação dos processos de conformação em função da 
temperatura de trabalho 
 
Outros Critérios de Classificação 
 Quanto à forma do produto final 
– Chapas, perfis: Laminação, Estampagem 
– Tubos e fios: Trefilação, extrusão 
 Quanto ao tamanho da região deformada 
– Deformação localizada: Laminação, Trefilação e 
Extrusão 
– Deformação generalizada: estampagem profunda e 
forjamento 
 7 
 Quanto ao tipo de fluxo de deformação 
– Fluxo contínuo ou quasi-estacionário (movimento 
constante): Laminação, Trefilação e Extrusão a quente 
– Fluxo intermitente: Estampagem e Forjamento 
 
ATRITO E LUBRIFICAÇÃO 
 Uma das forças predominantes 
 Desgaste da ferramenta ou matriz 
 Defeitos de forma ou dimensão 
 Dificulta o fluxo do metal 
 Aumenta a exigência de potência para a conformação 
 Fat =  . N 
 Força normal atinge grandes intensidades 
 Material aquecido e no regime plástico: altos valores de 
coeficiente de atrito 
Tipo ou Classificação Temperatura de trabalho Coeficiente de atrito 
Trabalho a frio  0,3 Tf 0,1 
Trabalho morno 0,3 Tf – 0,5 Tf 0,2 
Trabalho a quente 0,5 Tf – 0,75 Tf 0,4 – 0,5 
 
Lubrificantes 
Trabalho a frio: óleos minerais, emulsões a base de água, sabões 
Trabalho a quente: óleos minerais, grafite e vidro fundido 
 
 8 
METALURGIA DA CONFORMAÇÃO
1
 
 
CONCEITOS INICIAIS 
METAIS: Estrutura cristalina – arranjo tridimensional e 
periódico 
Menor arranjo possível: célula unitária 
Maioria dos metais: CCC, CFC e HC 
 
CCC: Nb, Ta, Cr, Mo, V, Fe -  (até 912 ºC) 
 
CFC: Al, Cu, Au, Pb, Ag, Ni, Fe -  (acima de 912 ºC) 
 
 
 
 
1
 Bibliografia adicional: Callister Jr., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma introdução. Rio 
de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. 5a Edição, 2002, 589 p. 
 
 9 
HC: Mg, Co, Cd, Be, Zn 
 
 
Alotropia: existência de mais de um tipo de estrutura 
cristalina diferente, em um mesmo material. 
 
ESTRUTURA CRISTALINA DAS LIGAS 
METÁLICAS 
 
Metais puros: apenas um elemento na estrutura cristalina 
Ligas: outros elementos adicionados ao elemento básico. 
Propriedades diferentes 
 
Solução sólida: 
- Intersticial 
- Substitucional 
- Diferença de raio atômico  15% 
- Limitação de solubilidade: fases 
intermetálicas (Fe3C) 
 
 10 
Solução sólida substitucional total: Cu – Ni 
Solução sólida intersticial parcial: Fe – C 
Solução sólida Substitucional Parcial: Ag – Cu 
Fases (ou compostos) intermetálicos: Mg2Si, Mg2Pb, Fe3C 
 
DEFEITOS CRISTALINOS 
Estrutura cristalina sem defeitos: Perfeita (e inexistente!) 
Defeitos na estrutura tem grande influência nas 
propriedades dos materiais, principalmente as que se 
referem à deformação plástica 
São classificados em defeitos de ponto, de linha e de 
planos 
Defeitos de ponto: vacância (lacuna), intersticial, 
impurezas (substitucionais) e deslocamento. 
Defeitos de linha: discordância de linha ou de cunha 
 
Defeitos de plano (de superfície): contornos de grão, etc. 
Defeitos tridimensionais: poros, inclusões, etc. 
 11 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS 
Solicitações mecânicas acima do limite de escoamento do 
material: deformação permanente 
Dois mecanismos: 
- Escorregamento 
- Maclação 
 
Deformação por escorregamento 
 Esforços de cisalhamento (tração ou compressão) 
 Deslizamento de blocos cristalinos, uns sobre os 
outros 
 
 
 
 12 
 Cálculos demonstram que a energia necessária 
seria mais alta do que ocorre na realidade 
 Mecanismo mais real: Escorregamento por 
movimento de discordâncias (PRINCIPAL) 
 
Deformação por maclação (maclagem) 
 Inclinação de parte do reticulado cristalino a partir 
de um plano, formando configurações especulares 
 
 
Maclação é mais comum em CCC e HC: cargas de choque 
e temperaturas decrescentes 
CFC: temperaturas criogênicas e altas velocidades de 
deformação 
 13 
Deformação plástica: movimentação de discordâncias 
(mecanismo mais comum) 
 Multiplicação de discordâncias durante a 
deformação 
 Acúmulo de discordâncias: aumento da resistência 
 Presença de impurezas e/ou elementos de liga: 
idem 
 
 14 
DEFORMAÇÃO EM ESTRUTURAS 
POLICRISTALINAS 
 Resposta a esforços mecânicos mais complexa e 
com maior dificuldade de previsão do que para 
monocristais 
 
Fatores de maior influência: 
- Contornos de grão 
- Poligonização 
- Soluções sólidas 
- Segundas fases 
 
Contornos de grão 
 Região de transição entre grãos: estrutura 
deformada, maior energia, maiores espaços 
interatômicos 
 Movimento de discordâncias é dificultado: grãos 
apresentam diferentes orientações cristalinas 
 15 
 
 Quanto maior for a quantidade de contornos de 
grão, ou quantomenor o tamanho do grão, maior a 
resistência do material à deformação 
 
 
 
 16 
Poligonização 
Formação de subgrãos no interior de um grão pelo 
movimento e acúmulo de discordâncias, gerando 
obstáculos para a posterior movimentação das mesmas. 
 
 
 
Soluções sólidas 
Soluções sólidas, intersticiais ou substitucionais, 
provocam o tensionamento da estrutura cristalina pela 
distorção da mesma, dificultando o movimento das 
discordâncias. 
 
 17 
Segundas fases 
A precipitação de fases na matriz metálica pode 
apresentar influência sobre a resposta do material à 
solicitações mecânicas. O tipo de precipitado, 
quantidade, forma e tamanho das partículas tem papel 
preponderante. Exemplo clássico: envelhecimento e 
super-envelhecimento. 
 
ENCRUAMENTO 
 Elevação da resistência do material à deformação 
plástica 
 Influenciado por diversos fatores: 
- Tipo de estrutura cristalina 
 
 
 18 
- Composição química 
- Grau de pureza 
- Orientação cristalina dos grãos 
- Temperatura 
- Forma e tamanho dos grãos 
- Condições superficiais dos grãos 
 O encruamento produz deformação da estrutura 
cristalina e modificação das propriedades do material 
 
 
 
- Os grãos se tornam mais alongados e orientados em 
um sentido 
- A movimentação de discordâncias se torna mais 
intensa durante o processo de encruamento, com 
acúmulo das mesmas em determinadas regiões, tais 
como contornos de grão e precipitados 
- A condutividade elétrica e a resistência à corrosão 
diminuem 
- Ocorre aumento no número de discordâncias: 
 Metal no estado recozido: 106 a 108 discordâncias 
/ mm2 
 Metal severamente encruado: 1012 discordâncias / 
mm2 
 19 
 
LIGA 
 
ESTADO 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO ALONGAMENTO 
(%) 
DUREZA 
BRINELL 
Kgf/mm2 MPa 
Aço doce 
(AISI 1010) 
Normal 33,6 336 38 120 
Trabalhado a frio, 
90% 
91,0 910 2 265 
INOX 301 Normal 77,0 770 60 165 
Severamente 
laminado a frio 
129,5 1295 9 380 
Alumínio 
puro 
Normal 9,1 91 40 23 
Severamente 
laminado a frio 
16,8 168 10 44 
Latão para 
cartuchos 
Normal 33,6 336 55 70 
Trabalhado a frio 77,0 770 14 155 
 
RECRISTALIZAÇÃO 
 Temperatura de recristalização (ou recozimento): 
 50%Tf 
 Eliminação do encruamento (e de seus efeitos) 
 Tratamento térmico de recozimento: 3 etapas 
- Recuperação 
- Recristalização 
- Crescimento de grão 
 20 
 
 
RECUPERAÇÃO 
 Propriedades mecânicas alteradas pelo 
encruamento retornam aos valores originais 
 Microestrutura não sofre alteração 
 Minimização ou eliminação parcial das 
discordâncias 
 Poligonização 
 
 
 21 
RECRISTALIZAÇÃO 
 Alteração intensa da microestrutura (nucleação de 
cristais que absorvem os grãos deformados) 
 Recuperação de todas as propriedades 
 
CRESCIMENTO DE GRÃO 
 Aumento do tamanho e diminuição do número de 
grãos do material 
 Fenômeno indesejável 
 Movimentação de átomos em direção às 
superfícies côncavas dos contornos de grão (maior 
estabilidade) 
 Grãos menores: maior convexidade 
 
 Proporcional à temperatura 
 A diminuição da temperatura diminui ou 
interrompe o processo, mas não o inverte 
 22 
FATORES DE INFLUÊNCIA SOBRE A RECRISTALIZAÇÃO 
 Percentual de deformação (ou encruamento) inicial 
 Temperatura e tempo à temperatura 
 Tamanho de grão inicial 
 Composição química 
 
 Quanto menor for o percentual de encruamento, maior 
deve ser a temperatura para ocorrer a recristalização 
 Tempos maiores exigem menores temperaturas para a 
recristalização, e vice-versa 
 Altos níveis de encruamento e pequenas temperaturas 
produzem estruturas refinadas 
 O grau de pureza do metal é inversamente 
proporcional à temperatura: quanto mais puro o metal, 
menor a temperatura necessária para a recristalização 
 Ligas do tipo solução sólida apresentam maiores 
temperaturas de recristalização 
 
 23 
TEXTURA E ANISOTROPIA 
 
Textura: orientação preferencial dos planos 
cristalográficos da estrutura policristalina na direção de 
máxima deformação 
 
 A ocorrência de textura em um metal produz 
diferentes níveis de propriedades mecânicas em função 
do sentido do esforço mecânico e orientação cristalina. 
Em outras palavras, 
um material texturizado apresenta comportamento 
anisotrópico. 
 
 A forma mais comum e utilizada para a 
determinação da textura de um metal é a técnica de 
difração de raios-X. 
 
 
 24 
Entre os fatores que afetam a ocorrência de textura 
em estruturas cristalinas de metais, pode-se citar: 
- Tipo de estrutura cristalina 
- Composição química do metal 
- Grau de deformação 
- Temperatura de trabalho 
- Existência de textura prévia 
- Processo de conformação: modo de 
escoamento, estado de tensões 
 
Um dos fatores mais importantes é o tipo de estrutura 
cristalina do metal, que determina o número e o tipo de 
sistemas de deslizamento disponíveis: pequenos números 
de planos de deslizamento favorecem a ocorrência de 
textura. 
 
 Estrutura HC: desenvolvimento de textura a partir 
de 20 a 30% de deformação 
 Estrutura CFC: somente a partir de 50% de 
deformação 
 Arames, fios e barras trefiladas ou laminadas: 
textura simétrica ao eixo longitudinal do produto 
 25 
Tipo mais simples: textura de fibra 
- Fibramento cristalográfico: reorientação dos 
grãos durante a deformação 
- Fibramento mecânico: alinhamento de 
inclusões, cavidades e constituintes de 
segunda fase 
 
 
 A ocorrência de textura evidencia variações no 
módulo de elasticidade, limite de escoamento, elongação 
e outras propriedades relacionadas à deformação 
plástica. 
 
 26 
 Um material isotrópico (não texturizado) apresenta 
deformabilidade igual em todas as direções. 
 A deformabilidade do material é determinada, via de 
regra, em ensaios de tração onde se ensaia o material em 
diferentes direções referentes à direção de alinhamento 
da estrutura cristalina. 
 
 
 
Índice (ou coeficiente) de anisotropia plástica (R): razão 
entre e deformação na largura (w) e na espessura (t) 
t
wR



 
 27 







0
ln
w
w
w
 







0
ln
t
t
t
 
onde: 
t0 - espessura inicial do corpo de prova 
t - espessura final de ensaio 
w0 - largura inicial do corpo de prova 
w - espessura final de ensaio 
 
Índice (ou coeficiente) de anisotropia médio: resistência 
ao afinamento durante a estampagem 
4
2 000 90450 RRRR


 
Um valor de índice de anisotropia médio maior do 
que 1 indica que a deformabilidade da chapa na direção 
da espessura é menor do que na largura, o que é 
vantajoso para operações de embutimento (chapa 
reforçada por textura). No caso contrário, diz-se que a 
chapa está amolecida por textura. Metais do tipo CCC, 
como o aço, atingem valores até 2,0. Metais HC, como o 
titânio, atingem valores da ordem de 5 a 6. 
 28 
Índice (ou coeficiente) de anisotropia planar: 
probabilidade de formação de orelhas durante o 
embutimento profundo 
2
2 000 45900 RRRR


 
 
 
 Um material isotrópico apresentaria R0 = R45 = R90 = 
1. Quando esta relação se apresenta diferente de 1, tem-
se a anisotropia normal. Quando estes valores diferem 
entre si poderão ocorrer problemas de orelhamento no 
embutimento profundo. 
 
 29 
 Módulo de Elasticidade (Gpa) 
Metal [100] [110] [111] 
Alumínio 63,772,6 76,1 
Cobre 66,7 130,3 191,1 
Ferro 125,0 210,5 272,7 
Tungstênio 384,6 384,6 384,6 
Fonte: Callister, Jr., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. LTC 
Editora, Rio de Janeiro, 2002, `p. 36. 
 
 
 30 
 A ocorrência de textura no metal pode ser utilizada a 
favor do projeto e fabricação de equipamentos. Um 
exemplo seria a utilização de chapas finas de ferro-silício 
na fabricação de transformadores de energia, onde a 
orientação da estrutura cristalina minimiza as perdas de 
energia. No embutimento profundo, a maior resistência 
da chapa na direção da espessura diminui o risco de 
afinamento das paredes. Por outro lado, pode causar o 
surgimento de orelhas nas chapas embutidas. 
 
 31 
LAMINAÇÃO 
Processo de fabricação por conformação plástica direta que 
consiste na passagem de um corpo sólido entre dois cilindros, 
de modo que sua espessura sofre diminuição, enquanto que a 
largura e o comprimento do corpo sofrem aumento 
proporcional. 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
• Aplicado geralmente a metais 
• Primeiro relato: século XIV (Leonardo da Vinci) 
• Laminação moderna: Inglaterra, 1783 
• Potência elevada: rodas d’água, motores a vapor, 
motores elétricos 
 
 
 
 32 
• Movimentação da peça: Atrito 
• Volume constante 
• A quente e a frio 
• Compressão direta 
• Produtos planos e não-planos 
 
 
 
 
 
 33 
LAMINAÇÃO A QUENTE 
• Lingotes fundidos 
• Placas e tarugos 
• Temperatura superior à temperatura de recristalização do material 
• Operações iniciais (Desbaste) 
• Grandes deformações 
• Grandes dimensões 
• geometrias complexas 
• Recuperação da estrutura 
• Ausência de encruamento 
• Baixa precisão dimensional 
• Baixo acabamento superficial 
• Casca de óxidos (carepa) 
• Produtos semi-acabados 
 
LAMINAÇÃO A FRIO 
 
• Matéria-prima: chapas e barras laminadas a quente 
• Aplicado a peças semi-acabadas 
• Pequenas deformações 
• Operações de acabamento 
• Temperatura abaixo da temperatura de recristalização do material 
• Melhor acabamento superficial 
• Superfícies regulares 
 34 
• Melhor precisão dimensional e geométrica 
• Encruamento 
• Maior resistência mecânica 
• Tratamentos térmicos intermediários 
 
TERMINOLOGIA 
• Bloco: Seção quadrada, 36 pol2 (23.225 mm2), produto 
de primeira redução 
• Tarugo: Seção retangular, resultado de passagem 
posterior 
• Placa: Seção retangular, área maior do que 16 pol2, 
largura pelo menos 3 vezes maior do que a espessura. 
• Chapa: Seção retangular, espessura maior do que 1/4 de 
pol. 
• Folha, chapa fina ou tira laminada: Espessura menor do 
que 1/4 de pol. Tiras, em geral, tem largura inferior a 24 
polegadas 
 
 35 
LAMINADORES 
• Alta potência 
• Arranjados em linha: trem de laminação 
 
 
 
• Classificados em função do número e arranjo dos 
cilindros 
 
 36 
 
• Mais simples e comum 
• Movimento em um único sentido 
 
 
• Mesma configuração básica 
• Movimento em dois sentidos 
 
 
 37 
 
• Cilindros superior e inferior movidos por motores 
• Cilindro central movido por atrito 
 
 
• Diminuição do diâmetro dos cilindros condutores 
representa diminuição substancial da potência requerida 
• Necessários cilindros de encosto 
 38 
 
• Cada um dos rolos de trabalho é apoiado por dois 
cilindros de encosto 
 
 
• Laminador Mandrilador 
• Tubos com diâmetro interno entre 57 e 426 mm, com 
espessura entre 3 e 30 mm 
 39 
 
Laminador de tubos com costura: 
Tubos com diâmetro interno entre 10 e 114 mm e espessura 
de parede entre 2 e 5 mm 
 
CILINDROS DE LAMINAÇÃO 
• Considerados os principais componentes de um 
laminador 
• Superfície cilíndrica ou ranhurada 
• Laminação primária: resistência mecânica, maiores 
diâmetros 
• Laminação de acabamento: dureza superficial, diâmetros 
menores 
 
 
 
 
 
 40 
 
 
• Materiais: 
– Desbaste: aços carbono e aços ligados 
– Intermediária: Aços ligados e ferro fundido 
– Acabamento: ferros fundidos 
 
FORÇAS E RELAÇÕES GEOMÉTRICAS 
• Esforço preponderante: Compressão direta 
• Arco de contato 
• Ponto neutro (C): Pressão máxima, Atrito nulo 
• Ângulo de laminação (), ângulo de contato ou ângulo de ataque 
•  min: ângulo de mordida 
• tg    
•  variável. Para efeitos de cálculo: 
– laminação a frio, com lubrificação: = 0,05 - 0,10 
– laminação a quente:  = 0,2 a grimpamento 
 41 
• Força de atrito: no sentido de laminação até o ponto neutro e no 
sentido contrário a partir dele. 
• Carga de laminação: Força de compressão, também conhecida 
como força de separação 
• Pressão exercida: carga de laminação dividida pela área de contato. 
 
 
• Considerando-se volume constante: 
– b.h0.v0 = b.hf.vf = b.h.v 
b = largura da chapa 
– Observações experimentais indicam maiores variações em v. 
– Velocidade aumenta em contato com cilindros 
No ponto neutro a velocidade da chapa se iguala à velocidade tangencial 
dos cilindros 
 
 
 
 42 
• Arco de contato: 
• Lp = 𝑅(∆ℎ) 
h = h0 - hf 
• Pressão dos rolos: P = Pr/b.Lp 
Pr = Força de compressão 
b = largura da chapa 
Lp = arco de contato entre a peça e o cilindro 
 
 
• Valor máximo (C): Curva - superfície de contato 
• Área hachurada: força de laminação necessária para 
vencer a força de atrito 
• Área sob AB: força para a deformação 
 
 
 
 
 43 
DEFEITOS 
PRODUTOS SEMI-ACABADOS 
• Blocos losangulares 
• com colarinhos 
• com nervuras 
• torcidos 
• cambados 
• bojudos 
• Tarugos bojudos 
• TRINCAS 
 
• Tarugos com uma 
nervura lateral 
• com duas nervuras 
laterais 
• com colarinhos 
• com cantos incompletos 
• retangulares 
 
 
 
 
 44 
DEFEITOS 
PRODUTOS ACABADOS 
FORMA 
• Encurvamento 
• Arco transversal 
• Retorcimento 
• Cambamento 
• Laterais ou centro 
alongados 
• Espinhas de peixe 
• Ondulação a um quarto 
 
SUPERFÍCIE 
• Cascas 
• Carepas 
• Costuras 
• Orifícios 
• Marcas de cilindros 
• Linhas de distensão 
• Casca de laranja 
• Ferrugem 
 
 
 
 
 45 
FORJAMENTO 
DEFINIÇÃO 
Processo de conformação plástica direta no qual se 
obtém a forma desejada por impacto ou aplicação 
gradual de pressão. 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
 Grande importância industrial 
 Variados setores industriais (automobilístico, 
aeroespacial, etc.) 
 A mais antiga forma de transformação de metais 
(5.000 A.C.) 
 Maioria das operações: a quente 
 Forjamento a frio (tenacidade; encruamento) 
 Latão, alumínio, aços-carbono, aços-liga, aços 
ferramenta, inoxidáveis, titânio e cobre. 
 
 46 
 
CLASSIFICAÇÃO 
 Forjamento livre 
 Forjamento em matriz 
 
FORJAMENTO LIVRE 
 Ferramentas planas ou de formato simples 
 Escoamento perpendicular à aplicação da força 
 Peças de grandes dimensões ou pré-conformação 
 Produção em pequena escala 
 
 47 
 
FORJAMENTO EM MATRIZ (FORJAMENTO EM MATRIZ 
FECHADA) 
 Utiliza moldes (matrizes) usinados para conferir forma 
desejada à peça 
 Matriz bi-partida 
 Geometrias mais complexas 
 Boa tolerância dimensional 
 
 48 
 
 Custo elevado da matriz (altas taxas de produção) 
 Forjamento em etapas: matrizes usinadas em um 
mesmo bloco 
 Calhas para rebarba 
 49 
 
 
 Rebarba atua como válvula de segurança: controla a 
pressão no interior da matriz 
 
 
 50 
ETAPAS DO PROCESSO 
 Corte 
Aquecimento 
 Forjamento livre 
 Forjamento em matriz 
 Rebarbação 
 Tratamento térmico 
 
MÁQUINAS PARA FORJAMENTO 
Classificadas de acordo com o princípio de operação: 
 -Martelos 
 -Prensas 
 
Martelos de forjamento 
 Carga fornecida pelo impacto de massa cadente 
 Gravidade ou gravidade + aceleração adicional 
 Conversão de energia cinética em mecânica 
 
 
 51 
Martelo de queda livre 
 Base com colunas, fixada ao piso 
 Sistema de elevação da massa cadente até a altura 
desejada 
 Mecanismo de elevação operado por pedais 
(operador tem as mãos livres) 
 Elevação por ar comprimido ou rolos de atrito e 
prancha 
 60 a 150 pancadas/minuto 
 
 
 Trabalho do martelo: 
T = Q.H 
 
 52 
T = trabalho 
Q = peso da massa 
H = altura de elevação da massa 
Martelo de dupla ação (martelo mecânico) 
 Peso da massa + força adicional 
 Ar comprimido ou vapor 
 Carga pode chegar a até 20 vezes o peso da massa 
cadente (regulável) 
 
 Trabalho do martelo: 
T = (Q + F).H 
F = força exercida pelo sistema 
 53 
Martelo de contragolpe 
 Duas massas colidindo no meio do percurso, com 
mesma energia 
 Energia do impacto não é dissipada no piso: maior 
eficiência de absorção de energia pela peça 
 Menores vibrações: tolerâncias mais precisas 
 Maiores despesas com manutenção e alinhamento 
 Impossibilidade de manipulação da peça durante o 
forjamento 
 
 
 
 54 
 
HERF (high-energy-rate forging machine) 
 Energia para deformação obtida pela alta 
velocidade de impacto ao invés de aumento de massa 
 
PRENSAS PARA FORJAMENTO 
 Mecânicas ou hidráulicas 
 Menos utilizadas (custo maior) 
 Aplicação de carga lenta e progressiva 
 Vida útil das matrizes mais longa 
 Maior tempo de contato entre peça e matriz: 
maiores perdas de calor 
 Taxas de produção similares aos martelos: força 
maior, velocidade menor 
 
Prensas mecânicas 
 Maioria: manivela excêntrica: curso limitado 
(pratos de fricção e parafusos) 
 Carga máxima: próxima ao final do curso 
 Carga: 300 a 12.000 toneladas 
 55 
 
 
Prensas hidráulicas 
 Verticais ou horizontais 
 Limitação: carga 
 Velocidade de conformação baixa 
-Tempo de contato entre matriz e peça mais 
longo 
- Fator de deterioração da matriz 
 Boas tolerâncias 
 500 a 18.000 toneladas 
 56 
 
MARTELOS PRENSAS 
Impacto Compressão a baixas 
velocidades 
Tempo de aplicação de carga: 
curto 
Tempo de aplicação de carga: 
longo 
Golpes sucessivos Contato constante entre 
peça e matriz 
Carga máxima: contato inicial 
entre peça e ferramenta 
Carga máxima: final da 
conformação 
Limitação: carga Limitação: curso (mecânicas) 
carga (hidráulicas) 
 
 57 
Máquina Velocidade de deformação 
(m/s) 
Martelo de queda livre 3,6 – 4,8 
Martelo de dupla ação 3,0 – 9,0 
HERF 6,0 – 24,0 
Prensa mecânica 0,06 – 1,5 
Prensa hidráulica 0,06 – 0,30 
 
MATRIZES DE FORJAMENTO 
 Blocos de metal usinados 
 Tolerâncias precisas 
 Alto custo: produção em escala elevada 
 Altas tensões de compressão: até 2.000 Mpa 
 Altos gradientes de temperatura 
 Choque mecânico 
 Alta dureza 
 Alta tenacidade 
 Resistência à fadiga e ao desgaste 
 Resistência mecânica a quente 
 Aços Cr-Ni e Cr-Ni-Mo: não ferrosos (alta tenacidade) 
 Aços ligados ao tungstênio: aços (resistência mecânica a quente 
 Metal duro 
 
 
 58 
FORJAMENTO LIVRE 
 Mais simples 
 Operações iniciais 
 Produção em pequena escala 
 Aquecimento generalizado ou localizado 
 Recalque, estiramento e alargamento 
 
Recalque 
 
Estiramento e alargamento 
 
 Furação, dobramento, fendilhamento e expansão, 
corte e rebaixamento 
 
Fendilhamento 
 
Expansão 
 59 
FORJAMENTO EM MATRIZ 
(Forjamento em matriz fechada) 
 Geometrias mais complexas 
 Produção em larga escala 
 Forjamento em etapas 
 Fatores: 
-Tensão de escoamento do material 
-Atrito entre peça e matriz 
-Condições para escoamento no interior da 
matriz 
 Projeto 
-Peso e volume do material 
-Etapas de forjamento 
-Dimensões da rebarba 
-Requisitos de carga e energia 
 
 
 
 60 
INTERVALO DE TEMPERATURAS PARA O FORJAMENTO 
 Inserção do material a quente 
 Perdas de calor 
 Principal extrator de calor: matriz 
 Variação de temperatura durante o forjamento: 
intervalo de temperatura (característico e específico 
para cada material) 
 
MATERIAL FAIXA DE TEMPERATURAS (ºC) 
Ligas de alumínio 320 – 520 
Ligas de cobre (latões) 650 – 850 
Aços de baixo teor de C 900 – 1150 
Aços de médio teor de C 850 – 1100 
Aços de alto teor de C 800 – 1050 
Aços-liga com Mn ou Ni 850 – 1100 
Aços-liga com Cr ou Cr-Ni 870 – 1100 
Aços-liga com Cr-Mo 850 – 1050 
Aço inoxidável (18-8) 750 – 1100 
 Plasticidade ao início e final do processo 
 Estrutura grosseira e crescimento de grãos 
 Refino por forjamento 
 
 61 
TRATAMENTOS TÉRMICOS 
 Prática comum pós-forjamento 
 Remoção ou minimização de tensões internas 
 Homogeinização de propriedades e estrutura 
 Melhoria de usinabilidade 
 Recozimento e normalização 
 
VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO 
 Influência sobre resistência à conformação 
Deformação (%) Rd (Kgf/mm2) 
Martelo Prensa 
0 a 10 10 – 15 4 – 6 
10 a 20 25 – 20 6 – 12 
20 a 40 20 – 30 12 – 22 
40 a 60 30 – 36 22 – 28 
Acima de 60 36 – 50 28 – 38 
Obs.: deformação a quente (1000 a 1200 ºC), aço 
 
 62 
DEFEITOS EM FORJADOS 
Técnica mais utilizada: metalografia (macro e micro) 
 Trincas 
- Superficiais 
- Na rebarba 
- Internas 
 Falta de redução 
 Incrustração de óxidos 
 Descarbonetação e queima 
 Gotas frias 
 
 
 63 
EXTRUSÃO 
DEFINIÇÃO 
Processo de conformação plástica no qual o material sofre 
redução em sua área de seção transversal pela aplicação de 
pressões elevadas e escoamento através do orifício de uma 
matriz. 
 
 
 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
 Primeiros experimentos: final do século XIX 
 Conformação indireta (reação da matriz à 
pressão do pistão) 
 64 
 Em geral, a quente 
– Redução dos esforços 
– Evitar encruamento 
 Aplicado a materiais de difícil conformação 
(inoxidáveis e ligas de níquel) 
 Metais e não-metais (ex.: polímeros) 
– Esforços de compressão minimizam 
trincamentos 
 Extrusão a frio 
– Menos utilizado 
– Maiores esforços 
– Alto nível de encruamento 
– Maior precisão dimensional e geométrica 
 Metais submetidos à extrusão: 
– Alumínio 
– Cobre 
– Metais não ferrosos 
 Metais ferrosos: aplicação restrita: 
– Temperaturas mais elevadas 
– Maiores esforços 
 Matéria prima: lingotes (fundidos) ou tarugos 
(laminados) 
 Formas variadas 
 65 
 
 
 
 Boa homogeneidade estrutural e dimensional 
 Baixo índice de oxidação superficial 
 Custo inicial elevado 
 Limitação de comprimento do produto 
 Baixas velocidades de trabalho 
 
 66 
EXTRUSÃO DIRETA 
 
 
EXTRUSÃO INDIRETA 
 Êmbolo vazado 
 Minimização de atrito 
 Menos utilizado 
 Processo mais antigo 
 Material e êmbolo movimentam-se em sentido 
contrário 
 
 67 
 
 
 
EXTRUSÃO HIDROSTÁTICA 
 
 
 68 
 
 
 Pressão constante 
 Sem atrito com as paredes do container 
 Menores esforços 
 Lubrificação otimizada 
 Bom acabamento superficial 
 Tolerâncias precisas 
 Limitações para a temperatura e pressão de 
operação 
 
 
 69EXTRUSÃO DE TUBOS 
 
EXTRUSÃO DE TUBOS SOLDADOS 
 
 
 
 
 70 
MÁQUINAS DE EXTRUSÃO 
 Quase sem exceção: prensas 
– Cilindro/pistão 
– Bomba hidráulica ou sistema acumulador 
 Prensas horizontais (mais comuns) 
– Material tem maior contato com a região 
inferior do container: maior resfriamento 
– Deformação assimétrica 
 Prensas verticais 
– Grandes espaços verticais livres 
– Resfriamento uniforme 
– Tubos de paredes finas 
 Pistão sujeito a grandes esforços e elevadas 
temperaturas 
– Aço-liga resistente ao calor 
 Container (recipiente) 
– Sujeito a altas temperaturas e atrito 
– Aço-liga resistente ao calor 
 
 71 
 
 
FERRAMENTAS DE EXTRUSÃO 
 Matrizes ou fieiras 
 Capacidade de resistência a altas temperaturas, 
oxidação e atrito 
 Aços ligados ou metal duro 
 Faces planas ou cônicas 
 
 72 
Face plana (a): metal escoa e forma seu próprio 
ângulo de entrada 
Face cônica (b): aumento de homogeneidade de 
extrusão e diminuição da pressão, com aumento do 
atrito nas paredes da fieira. Devem ser utilizadas 
com boa lubrificação (mais comum: vidro fundido). 
 
MECÂNICA DA EXTRUSÃO 
Metal sob pressão: fluxo pela matriz, adotando a 
forma de saída da mesma. 
Altos níveis de atrito entre material e container 
 
 
 
 73 
Condição (a): Extrusão homogênea 
 Atrito baixo: boas condições de lubrificação; 
extrusão hidrostática 
 Deformação homogênea 
 
Condição (b): Aumento do atrito entre peça e 
paredes do container 
 Distorção do modelo reticulado 
 Zona neutra nos cantos do container 
 Centro do tarugo: elongação 
 Bordas do tarugo: cisalhamento 
 Cisalhamento requer gasto adicional de 
energia: trabalho redundante 
Condição (c): Alto nível de atrito 
 Escoamento concentrado no centro 
 Plano de cisalhamento interno 
 Superfície do tarugo resfriada por container 
frio 
 Fina camada externa do tarugo permanece 
aderida ao container 
 74 
O atrito entre tarugo e container eleva o consumo 
de energia durante o processo e o desgaste nas 
paredes do container. Em condições de atrito 
elevado, a superfície oxidada do tarugo pode ser 
arrastada para o interior do produto extrudado, 
provocando defeitos. O uso de lubrificação pode 
minimizar este problema. Outro modo de contornar 
este problema é a utilização de um disco na 
extremidade do pistão com diâmetro menor do que o 
do container, de modo a extrudar o material interno 
ao tarugo, livre de oxidação superficial. No interior 
de container forma-se uma casca oca de metal não 
extrudado e aderida às paredes do recipiente, que 
deve ser removida. A porção final do tarugo também 
não sofre extrusão, sendo retirada ao final do 
processo. A remoção se dá pelo afastamento do 
container e do pistão. Um disco raspador é acionado 
para a remoção do material do interior do container. 
 
Força de extrusão 
A força requerida para o processo depende da 
resistência do material, da relação de extrusão, da 
fricção na câmara e na matriz, e outras variáveis 
como a temperatura e a velocidade de extrusão. 
A força pode ser estimada pela fórmula: 
 75 
 
 
(Força Ideal) 
onde: 
F = Força de Extrusão 
Ao = área de seção transversal do tarugo antes da 
extrusão 
Af = área de seção transversal do tarugo após a 
extrusão 
K = constante de extrusão 
 
 
 
A força máxima de atrito entre o tarugo e o 
container é obtida por: 
 
Fa = U.l0..K 
Onde: 
U = perímetro interno do container 
l0 = comprimento inicial do tarugo 
 = coeficiente de atrito 
K = Constante de extrusão 
 
 76 
 Sendo o atrito uma força a ser superada durante 
o processo, a força máxima de extrusão é calculada 
por: 
 
Fmax = F + Fa 
 
 
 
FATORES DE INFLUÊNCIA NO PROCESSO DE 
EXTRUSÃO 
 Homogeneidade de composição e estrutura da 
matéria prima 
 Temperatura de operação 
– Baixa: minimização de consumo de 
energia, desgaste de máquina, ferramentas e 
container e de oxidação e/ou corrosão do 
material 
 77 
– Alta (maioria dos casos): superior a 
temperatura de recristalização (limite inferior) e 
50 ºC abaixo de Tf (limite superior). Na prática, 
o limite superior é fixado a temperaturas mais 
baixas, para evitar fragilidade a quente (fusão de 
microconstituintes de menor ponto de fusão) 
 Pressão de trabalho 
– Consumo de energia, robustez e custo do 
equipamento, desgaste. 
– Fator de maior influência: intensidade de 
redução. Reduções acima de 90% acentuam 
aumento de pressão. 
 Velocidade de trabalho. 
– Produtividade 
– Minimização das perdas de calor 
É fácil de notar que estas condições são, não 
raro, contraditórias entre si. Em condições reais, 
deve-se buscar um ponto de equilíbrio entre estes 
fatores, de modo a se obter a melhor condição 
possível de operação. Via de regra, esta é uma das 
atribuições do engenheiro ou tecnólogo. 
 
 
 78 
DEFEITOS 
 Os materiais metálicos mais comumente 
extrudados são o alumínio e suas ligas e o cobre e 
suas ligas. Outros metais não-ferrosos também 
podem ser extrudados, mas tem aplicação mais 
restrita. Tubos e barras de aço podem também ser 
produzidos por extrusão, mas apresentam 
dificuldades operacionais, relacionadas, 
principalmente, à temperatura de operação. 
 Os defeitos típicos do processo de extrusão são 
os seguintes: 
 Vazios internos na parte final do extrudado, 
decorrentes do modo de escoamento. Velocidades 
de extrusão muito elevadas podem acentuar o 
problema. 
 Trincas de extrusão, perpendiculares ao 
sentido de extrusão, decorrentes de defeitos na 
matéria-prima, associadas à temperaturas de 
operação muito elevadas e/ou velocidades muito 
altas. 
 79 
 Escamas superficiais, ocasionadas pela 
aderência de partículas de materiais duros na 
superfície das ferramentas, devido a desgaste ou 
quebra de camadas superficiais do container. 
Temperaturas de operação muito elevadas ou 
desalinhamento do pistão podem também 
colaborar na ocorrência deste defeito. 
 Riscos de extrusão, causados por 
irregularidades superficiais na ferramenta ou por 
resíduos de óxidos metálicos retidos na sua 
superfície. 
 Inclusões de partículas de materiais estranhos, 
arrastadas longitudinalmente, dando ao produto a 
aparência de manchas provocadas por raspagens. 
 Bolhas superficiais provenientes de gases 
retidos na fundição do lingote ou no tratamento 
térmico para aquecimento da matéria-prima. 
 Marcas transversais, provocadas pela parada e 
retomada do movimento da prensa. 
 80 
 Manchas e perda de cores, decorrentes da 
oxidação e contaminação superficial com 
substâncias estranhas ou provenientes do 
lubrificante. 
 
Além destes defeitos, pode-se ainda mencionar 
granulações grosseiras ou segregações na 
superfície do produto, provocadas pela falta de 
homogeneidade estrutural, ou pela não 
uniformidade de temperatura através da seção 
transversal da peça durante a extrusão. 
Os defeitos em produtos extrudados podem ser 
classificados de acordo com a causa principal: 
 Defeitos relacionados à geometria do lingote 
 Defeitos decorrentes do estado superficial do 
lingote 
 Defeitos relacionados à lubrificação 
 Defeitos decorrentes do metal (trincas, sulcos, 
etc.) 
 Defeitos decorrentes do desgaste da ferramenta 
 
 81 
A falta de coesão interna em forma de “V”, 
defeito também conhecido como chevron, pode 
ocorrer na conformação através de um canal cônico, 
como é comum na extrusão e na trefilação, 
dependendode uma série de fatores como taxa de 
redução de seção, ângulo do cone da ferramenta, 
atrito e características do metal. Pode ser 
minimizado pelo tratamento térmico de recozimento 
do tarugo a ser extrudado ou pelo arredondamento 
do canto formado pela parte cônica com a cilíndrica 
da ferramenta. 
 
 82 
 
 
 83 
TREFILAÇÃO 
 
DEFINIÇÃO 
Processo de conformação plástica indireta para a 
fabricação de produtos pela passagem do material através 
de uma ferramenta que provoca a diminuição do seu 
diâmetro. 
 
 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
• Pequenas reduções de seção por passada 
• Matéria-prima: 
– arames 
– barras 
– tubos 
 84 
• Lubrificação 
– Evitar engripamento 
– Resistência a altas temperaturas 
– Limpeza de resíduos provenientes do 
recozimento 
– Emulsões de óleo em água 
– Óleos lubrificantes 
– Pastas ou graxas 
– Sabões 
• A frio 
– Atrito gera calor (10 m/s – aço, 20 m/s – cobre) 
– Encruamento 
– Boa precisão geométrica e dimensional 
– Tratamentos térmicos intermediários (grandes 
taxas de redução) 
• Produtos 
– Barras: produto maciço com diâmetros superiores 
a 5,0 mm 
–Arames ou fios: produto maciço com diâmetros 
inferiores a 5,0 mm 
– Tubos: produtos ocos 
 
 85 
MÁQUINAS DE TREFILAÇÃO 
Três critérios de classificação 
• Modo de esforço 
• Sistema de lubrificação 
• Diâmetro dos produtos 
 
Classificação quanto ao modo de exercer o esforço 
 Sem deslizamento 
 Com deslizamento 
 
 
 
Trefilação sem deslizamento 
 86 
 
 
Trefilação com deslizamento 
• Classificação quanto ao tipo de lubrificação 
– Imersão (Trefilação por via úmida) 
– Aspersão (Trefilação por via seca) 
• Classificação quanto ao diâmetro dos produtos 
– Barras (Ø > 5,0 mm) 
– fios grossos (2,0 < Ø < 5,0 mm) 
– fios médios (0,5 < Ø < 2,0 mm) 
– fios finos (0,15 < Ø < 0,5 mm) 
– fios capilares (Ø < 0,15 mm) 
 
 87 
 
 
 
 88 
 
 
 
 
 
 89 
FERRAMENTAS DE TREFILAÇÃO 
•Metal duro: Ø > 2,0 mm 
• Diamante: Ø  2,0 mm 
 
 
•Atrito: 
–Desgaste 
–Defeitos 
 
 
 90 
 
Geometrias diversas 
 
 
TREFILAÇÃO DE PRODUTOS MACIÇOS 
 Fios 
 Arames 
 Vergalhões (não podem ser bobinados) 
 91 
Arames de aço: material revestido com cobre ou cal (neutraliza resíduos de 
ácidos decapantes e melhora a aderência do lubrificante) 
 
TREFILAÇÃO DE TUBOS 
Operações de acabamento (tubos produzidos por outros processos de 
conformação): melhores tolerâncias dimensionais 
 
 
 Ausência de dispositivos internos pode gerar enrugamento e 
diminuição do diâmetro interno. 
 Plugue fixo: cilíndricos ou cônicos 
 Plugue flutuante: maiores reduções; lubrificação deficiente 
 
 
 Mandril passante: melhor lubrificação 
- Remoção: retificação. 
- Aumento do diâmetro interno 
- Alteração de tolerâncias dimensionais 
 
 92 
EQUIPAMENTOS AUXILIARES 
- Afiadoras de ponta 
- Soldagem a topo 
- Linhas de decapagem 
- Fornos de recozimento (contínuo ou estático) 
- Linhas de revestimento superficial 
 
DEFEITOS 
Relacionados à fieira: 
- Anéis de trefilação 
- Marcas de trefilação 
- Trincas 
- Rugosidade excessiva 
- Riscos 
 
Relacionados à matéria-prima 
- Achatamento da seção 
- Dobras longitudinais 
- Defeitos nas extremidades 
- Vazios 
- Riscos longitudinais 
- fissuras 
 
 93 
ESTAMPAGEM 
DEFINIÇÃO 
Processo de conformação plástica de chapas finas para a 
produção de perfis variados pela aplicação de esforço 
mecânico. 
 
Diversas operações: 
 Dobramento 
 Estiramento 
 Corte 
 Estampagem profunda (embutimento) 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
Indústrias: 
- Automobilística 
- Aeroespacial 
- Naval 
- Informática, etc. 
 
 94 
Primeiros produtos estampados: Mesopotâmia e Egito 
(4.000 A.C.)  Copos de ouro e prata embutidos com 
martelos de pedra. 
900 A.C.: Martelos de ferro com cabos. 
Aplicação industrial em produção seriada: Século XVIII 
(chapas finas de aço). 
Século XIX: Utilização de prensas, ferramentas de corte e 
embutimento profundo. 
Produto mais processado por estampagem: Chapas finas 
de aço. 
Principais produtos: autopeças, eletrodomésticos, 
talheres e embalagens. 
Aproximadamente 15% da produção siderúrgica do Brasil 
é destinada à estampagem, depois de processados por 
laminação. 
Determinação das propriedades mecânicas das chapas: 
Ensaio de tração, Ensaio Erichsen e Ensaio sob pressão 
hidráulica (Bulge-teste) 
 
 95 
 
 
 96 
 
 
 
 
 
 97 
CLASSIFICAÇÃO 
Pela forma do produto: 
 Peças simplesmente curvas 
 Peças flangeadas 
 Seções curvas 
 Peças com embutimento profundo 
 Peças com embutimento raso 
 
 
 
 98 
 
 
Pelo processo de obtenção da peça 
 Por estiramento 
 Por dobramento 
 Por estampagem profunda, etc. 
 
Dois grandes grupos: 
 Estampagem profunda, ou embutimento 
 Conformação em geral 
 99 
Na maioria das vezes, a frio. 
– Encruamento 
– Boa tolerância geométrica 
– Boa tolerância dimensional 
– Resistência mecânica 
• À quente: 
– Peças de maior espessura 
– Materiais frágeis 
 
Matéria-prima: laminados delgados de aço, ligas de 
alumínio, cobre, etc., à partir do estado recozido. 
 
MÁQUINAS PARA ESTAMPAGEM 
 Grande maioria: prensas (simples, duplo ou triplo 
efeito) 
- Mecânicas (podem ser substituídas, em alguns casos, 
por martelos de queda livre) 
 Corte, dobramento e estampagem rasa 
 Ação rápida (golpes de curta duração) 
- Hidráulicas 
 Estampagem profunda 
 Ação mais lenta 
 Melhor controle de deslocamento, pressão e 
velocidade de operação 
 100 
 Prensas de simples efeito: cursor único, geralmente na 
vertical. 
 Prensas de duplo efeito: dois cursores: fixação e 
conformação da peça. 
 Prensas de triplo efeito: 3 mecanismos de aplicação de 
pressão, dois sobre a peça e um abaixo da mesma. 
 
FERRAMENTAS PARA ESTAMPAGEM 
 Ferramentas básicas: punção (convexo) e matriz 
(côncava)  ESTAMPOS 
 Geralmente o punção é a parte móvel. 
 Fixação da peça: evitar enrugamento 
- Anel de fixação 
- Molas ou cilindros pneumáticos 
 Materiais: escolhidos em função da severidade da 
operação e do volume de produção 
-Madeira 
- Kirksite (liga de zinco) 
- Resinas epoxi 
-Aços ferramenta 
-Metal duro 
 101 
CORTE 
 Produção em larga escala (custo do estampo) 
 Forma da peça definida pela seção transversal do 
estampo 
 Tira metálica inserida no estampo, entre a matriz e 
o punção 
 Punção desce e insere o metal na matriz  
cisalhamento 
 
 
 
 Folga: parâmetro de grande importância 
 Folgas excessivas ou insuficientes: superfícies de 
corte irregulares, aumento da energia necessária para 
o corte e diminuição da vida útil do estampo. 
 
 102 
 
 
 Borda externa do punção e interna da matriz: 
cantos vivos e bem definidos 
 Recuperação: retificação, têmpera e afiação 
 
 103 
DOBRAMENTO (REPUXO) 
 Pode produzir peças prontas (calhas ou tambores) 
ou ser uma etapa de um processo de fabricação mais 
complexo. 
 
 
 
 Superfície externa: tensões de tração 
 Superfície interna: tensões de compressão 
 Interior da chapa: linha neutra 
 
 104 
 
 Limite para o dobramento: tipo e propriedades do 
material (trincamento) 
 Efeito da recuperação elástica: dobramento além 
do desejado, para compensação. 
 
ESTIRAMENTO 
 Tracionamento sobreum bloco, conformando a 
chapa de acordo com o perfil desejado. 
 Peças com grandes raios de curvatura, e até com 
curvaturas duplas. 
 Recuperação elástica quase inexistente (gradiente 
de tensões quase uniforme) 
 Não utiliza punções. Matriz móvel e garras para 
tracionamento. 
 105 
ESTAMPAGEM PROFUNDA (EMBUTIMENTO) 
 Produção de cavidades e chapas cortadas (blanks) 
 Matriz e punção 
 Realizado em etapas (estampo progressivo) 
 Chapa presa por dispositivo de fixação 
 Peças apresentam simetria geométrica 
 Simetria dos estados de tensão 
 Solicitações mecânicas variáveis em diferentes 
regiões da peça. 
 
 106 
 Borda: sujeita à compressão, atrito e tração. 
 
 
 
 Regiões de dobramento: tração (longitudinal), 
compressão (normal) e atrito. 
 
 
 
 107 
 Laterais: idem. Compressão e atrito dependentes 
da folga entre punção e matriz. 
 
 
 Fundo: compressão e tração radial. 
 
Diferentes esforços sobre as diversas regiões da peça: 
espessuras variáveis. A região do fundo da peça 
normalmente não apresenta variação de espessura. 
A região de dobramento, adjacente ao fundo, apresenta 
diminuição de espessura. A partir daí, em direção à borda 
da peça, espessura tende a aumentar, igualando-se à 
espessura da chapa original, e em seguida, superando-a. 
 108 
A maior espessura é encontrada na borda externa da 
peça. 
Estampagem: 
- Uma ou mais etapas 
- Formas simples ou complexas 
- Re-estampagem: conformação de cavidade no 
interior de outra, já estampada. 
- Re-estampagem reversa: re-estampagem em 
sentido contrário. 
 
 
 109 
FATORES DE INFLUÊNCIA NA ESTAMPAGEM 
 
 Metalúrgicos 
- Estrutura e composição química da matéria-prima 
- Histórico do material (processos anteriormente 
aplicados à peça, tipo de solicitações, tratamentos, 
térmicos, etc.) 
 
 Mecânicos 
- Forma e dimensões projetadas 
- Forma e dimensões da peça a ser estampada 
- Tipo de prensa 
- Forma e dimensões do estampo (raios do punção e 
da matriz) 
- Condições de funcionamento do equipamento 
- Condições de lubrificação (determinada em função 
do nível e tipo de esforços atuantes. Sulfeto de 
molibdênio é um dos lubrificantes utilizados) 
 
 
 110 
Determinação dos esforços necessários à conformação e 
dos limites máximos admissíveis de deformação plástica 
(conformabilidade na estampagem ou estampabilidade): 
dificuldade proporcional à complexidade da forma 
desejada. 
Fator complicante: deformação dinâmica (esforços e 
solicitações variam durante a conformação) 
Índice de estampabilidade da chapa: deformação máxima 
sem ruptura (Ensaio Erichsen) 
 
DEFEITOS 
 Trincas 
 Ondulações e rugas 
 Casca de laranja e nervuras de distensão 
 Abaulamento e pregas 
 
 111 
Atrito em processos de conformação 
Visto que a conformação mecânica é quase sempre realizada 
colocando-se a peça em contato direto com uma ferramenta, é inevitável 
o atrito entre os dois corpos em contato, e as forças do atrito 
correspondentes representam um fator importante na grande maioria dos 
processos. 
Na maioria das situações físicas e de engenharia, os efeitos do 
atrito são descritos pelo coeficiente de atrito = F/P, onde P é a força 
normal e F a força de atrito na interface. Está bem estabelecido que o 
contato entre dois corpos sólidos é normalmente limitado a umas poucas 
saliências microscópicas (asperezas ou rugosidades); não obstante, 
costuma-se calcular as tensões assumindo que as forças estão distribuídas 
sobre toda a área aparente de contato, A. Assim, a pressão interfacial é p 
= P/A, a tensão de atrito (tensão cisalhante na interface) é i = F/A, e 
=i/p. 
Nos processos de conformação o material da peça se deforma e, 
ao fazê-lo, desliza sobre a superfície mais dura da ferramenta; tem -se 
assim o chamado atrito de deslizamento. Para valores relativamente 
moderados da pressão interfacial, pode-se supor que a tensão de atrito é 
proporcional a p (atrito coulombiano). Contudo, a tensão cisalhante 
interfacial não pode exceder a tensão de escoamento em cisalhamento do 
material da peça, e, pois neste ponto a peça para de deslizar sobre a 
superfície da ferramenta e passa a deformar-se por cisalhamento sub-
superficial; é o chamado atrito de aderência. É uma situação freqüente no 
trabalho a quente, onde a lubrificação é, em muitos casos, difícil. É 
possível também, e relativamente freqüente, as condições de atrito 
 112 
variarem entre a aderência total e o deslizamento, ao longo da interface, 
dependendo do valor local da pressão. 
Os principais efeitos práticos do atrito são: 
 Aumentar o esforço necessário à conformação; 
 Acentuar a tendência à ruptura a ao trincamento da peça (pois 
tende a tornar a deformação mais heterogênea); 
 Prejudicar o acabamento superficial do produto; 
 Ocasionar desgaste das matrizes e demais ferramentas. 
 
OBSERVAÇÕES: 
1. As rugosidades da superfície mais dura da ferramenta podem 
“arranhar” a superfície da peça, produzindo sulcos, que podem ser 
minimizados pelo bom acabamento das ferramentas, sobretudo das 
matrizes. 
2. Se a lubrificação é deficiente e o acabamento das ferramentas é 
precário, ou se o lubrificante falha sob alta pressão ocasionando um 
caldeamento local entre a ferramenta e a peça, pode ocorrer o 
arrancamento de metal da superfície da peça, que fica retido na 
superfície das ferramentas. As conseqüências podem ir desde a 
descamação e esfoliação da peça até o emperramento 
(engripamento) do fluxo de material. 
3. O mecanismo principal de desgaste das ferramentas é a abrasão por 
partículas duras de óxidos das peças; mas também contribuem a 
fadiga superficial resultante dos diversos ciclos de trabalho, e as 
tensões térmicas decorrentes do aquecimento e resfriamento 
alternados das ferramentas, especialmente no trabalho a quente. 
 113 
Eficiência (rendimento) de processo 
O trabalho total necessário para se produzir uma dada forma por 
deformação plástica pode ser dividido em três componentes: 
RAPT WWWW 
 
Onde: WP = trabalho de deformação plástica ideal (homogênea); 
 WA = trabalho para vencer as forças de atrito na interface 
metal-ferramenta; 
 WR = trabalho redundante, i.e., envolvido em processos de 
cisalhamento interno devido as deformações heterogêneas, que não 
contribuem para a mudança de forma da peça. 
A eficiência ou rendimento de um processo é obtido por: 
T
P
W
W
 
Valores típicos de  para processos de conformação são: extrusão 
direta 30 a 60%; trefilação 50 a 75%; laminação de chapa 75 a 95%; 
forjamento em matriz 25 a 40% . 
 
Lubrificação em conformação 
O uso de lubrificantes em conformação visa primariamente reduzir 
o atrito, introduzindo entre a ferramenta e a peça uma camada de fácil 
cisalhamento. Há na verdade muitos casos em que a disponibilidade ou 
não de um lubrificante adequado determina a viabilidade ou não da 
operação; por exemplo, a extrusão a quente dos aços não foi 
comercialmente possível até que fosse usado vidro fundido como 
 114 
lubrificante. (processo Ugne-Sejournet) e a extrusão a frio dos aços só é 
possível com um revestimento de fosfato como lubrificante. 
Na seleção de um lubrificante, a peça, as ferramentas e o 
lubrificante devem ser considerados como um sistema único. As funções 
do lubrificante podem ser diversas: 
 Reduzir a carga necessária para a deformação; 
 Aumentar a deformação possível antes da fratura 
(trabalhabilidade); 
 Controlar o acabamento superficial do produto; 
 Minimizara retenção (pickup) de metal nas ferramentas; 
 Minimizar o desgaste das ferramentas; 
 Isolar termicamente a peça das ferramentas; 
 Resfriar a peça e/ou as ferramentas. 
Os requisitos mais comuns para um bom lubrificante são: 
 Funcionar numa larga faixa de temperaturas, pressões e velocidades 
de deslizamento; 
 Ter boas características de molhabilidade e espalhamento nas 
superfícies; 
 Ser compatível com os materiais da peça e das ferramentas com 
relação ao ataque químico; 
 Ter boa estabilidade térmica e resistência ao ataque bacteriano e de 
contaminantes; 
 Produzir um resíduo inofensivo e facilmente removível, 
 Não manchar a peça em caso de tratamento térmico ou soldagem 
subseqüentes; 
 Ser não-tóxico, não-inflamável, e barato. 
 115 
Pode-se distinguir quatro tipos de lubrificação em processos de 
conformação: 
(i) LIMÍTROFE ou LIMITE (ingl."boundary lubrication") - as superfícies 
metálicas ficam separadas por um filme de lubrificante muito tênue, de 
apenas algumas moléculas de espessura, havendo um considerável 
contato metal-metal entre as asperezas (rugosidades) das duas 
superfícies. É o tipo mais comum de lubrificação em operações de 
conformação, em virtude das altas pressões e relativamente baixas 
velocidades envolvidas. Os lubrificantes mais usados são os de moléculas 
orgânicas de cadeia longa, polares, que se ligam às superfícies metálicas 
pela extremidade polar, ficando a cadeia aproximadamente perpendicular 
à superfície (p.ex. ácidos e óleos graxos, sabões e ceras), porém tendendo 
a decompor-se acima de 200-250 C. 
(ii) HIDRODINÂMICA - as superfícies ficam inteiramente separadas pelo 
filme de lubrificante, que se desenvolve devido ao movimento relativo 
delas; é pouco comum em conformação, podendo ser obtida em geral 
somente quando o lubrificante é pressurizado. O coeficiente de atrito 
correspondente é baixo, da ordem de 0,001 a 0,03. 
(iii) QUASE-HIDRODINÂMICA - as superfícies ficam separadas por um 
filme espesso e viscoso, tal como o vidro fundido (pastoso) na extrusão a 
quente do aço. 
(iv) QUASE-HIDROSTÁTICA - as superfícies ficam separadas por um filme 
contínuo formado por sólidos dúcteis e macios (Pb, Cu, teflon, nylon, 
polietileno, silicones) ou lamelares (MoS2, grafite, etc.). 
Em casos especiais empregam-se também: 
 116 
 Aditivos de extrema pressão: são substâncias contendo sólidos 
inorgânicos finamente dispersos (pigmentos ou agentes mecânicos 
de extrema pressão) ou então substâncias orgânicas contendo 
halogênios, enxofre ou fósforo, capazes de reagir localmente 
(agentes químicos de extrema pressão) com as superfícies quando o 
filme de lubrificante é rompido sob calor e alta pressão, formando 
um composto com propriedades lubrificantes. 
 Revestimentos conversivos: são substâncias aplicadas sobre as 
peças para formar uma base capaz de reter lubrificante, algumas 
tendo elas próprias características lubrificantes (ex.: cal, bórax, 
fosfatos, cromatos). 
A tabela I apresenta alguns lubrificantes típicos e os valores do 
coeficiente de atrito comumente encontrados em processos de 
conformação mecânica dos metais. 
 
Representação esquemática da lubrificação (a) hidrodinâmica; (b) limítrofe 
com um agente polar; (c) limítrofe com um aditivo mecânico de extrema 
pressão (pigmento). 
 
TENSÕES RESIDUAIS EM PRODUTOS CONFORMADOS 
Tensões residuais são o sistema de tensões que pode existir em 
um corpo quando ele está livre de forças externas. São produzidas sempre 
que um corpo é submetido a deformação plástica não-uniforme, sendo 
portanto freqüentes em produtos conformados. 
 117 
Considere-se, por exemplo, uma chapa metálica grossa sendo 
laminada sob condições tais que só ocorre escoamento plástico próximo 
às superfícies da chapa. Os grãos da superfície da chapa são deformados e 
tendem a se alongar, enquanto que os grãos do centro permanecem 
inalterados. Mas dado que a chapa tem de permanecer como um todo 
contínuo, as regiões central e superficiais têm de se acomodar em termos 
de deformação: As fibras centrais tendem a restringir o alongamento das 
fibras superficiais, enquanto que estas procuram esticar as centrais. O 
resultado é um padrão de tensões residuais na chapa, consistindo de altas 
tensões compressivas na superfície e uma tensão residual trativa no 
centro da chapa. 
Em geral, o sinal da tensão residual produzida por deformação 
heterogênea é oposto ao sinal da deformação plástica que a produziu; no 
caso da chapa laminada as fibras que foram alongadas na direção 
longitudinal pela laminação são deixadas num estado de tensão residual 
compressiva quando a carga externa é removida. 
O sistema de tensões residuais existente em um corpo tem de 
estar em equilíbrio estático. Assim, a força total que atua em qualquer 
plano através do corpo e o momento total das forças em qualquer plano 
têm de ser nulos. Para o padrão de tensões longitudinais, a área sob a 
curva sujeita a tensões compressivas tem de ser numericamente igual à 
área sujeita a tensões trativas. Por outro lado, não se pode descartar a 
possibilidade de tensões residuais nas outras duas direções principais, ou 
seja, de se ter um estado triaxial de tensões residuais. 
As tensões residuais são elásticas, não podendo, portanto serem 
maiores do que o limite de escoamento do material. 
 118 
A eliminação ou a redução em intensidade das tensões residuais, 
conhecida como alívio de tensões, pode ser efetuada tanto por 
aquecimento como por deformação plástica a frio. O alívio de tensões por 
aquecimento ocorre primeiramente a partir da temperatura em que a 
limite de escoamento do material se torna inferior à tensão residual; a 
tensão residual em excesso deste limite é imediatamente eliminada por 
escoamento plástico. O restante vai diminuindo gradativamente através 
de mecanismos internos de relaxação dependentes do tempo. O 
resfriamento a partir da temperatura de tratamento deve ser 
suficientemente lento para não reintroduzir tensões residuais, devidas à 
contração térmica não-uniforme da peça. 
A deformação plástica a frio pode também reduzir 
substancialmente os gradientes de deformação responsáveis pelas 
tensões residuais. Por exemplo, produtos tais como chapas, placas e 
extrudados são freqüentemente tracionados bem acima do limite de 
escoamento a fim de aliviar gradientes de deformação por meio de 
deformação plástica. As tensões residuais em chapas, barras de seção 
circular e tubos trabalhados a frio podem também ser aliviadas através de 
flexão alternada, de modo a ultrapassar o limite de escoamento das fibras 
mais externas, nas chamadas desempenadeiras ou endireitadoras de 
rolos. 
 119 
 
(a) Deformação heterogênea na laminação de uma chapa; (b) esquema da 
distribuição resultante das tensões residuais longitudinais ao longo da 
espessura da chapa. 
 
 
Aplainamento pelo estiramento. A garra estacionária é ajustável ao 
comprimento da chapa a endireitar e a garra móvel está ligada ao pistão 
hidráulico que opera o aplainamento. 
 
 120 
 
Desempenadeira de rolos. Os rolos de entrada flexionam mais fortemente 
a chapa num e noutro sentido, enquanto os rolos de saída servem apenas 
para acabamento. 
 
 
Diferentes esquemas de máquinas desempenadeiras para barras e tubos, 
utilizando flexão alternada. 
 
 121 
 
MATERIAL DE 
TRABALHO 
REGIME 
DE 
TRABALHO 
FORJAMENTO EXTRUSÃO TREFILAÇÃO LAMINAÇÃO CONF. CHAPA 
Lubrificante  Lubrificante Lubrificante  Lubrificante  Lubrificante  
Sn, Pb, Zn, e SUAS 
LIGAS 
 OG – OM 0,05 OG ou SABÃO OG 0,05 
AG-OM ou 
OM-EM 
0,050,1 
OG-OM 
0,0
5 
LIGAS de Mg 
QUENTE OU 
MORNO 
GR e/ou MoS2 
0,1 
0,2 
NENHUM OM-AG-EM 0,2 OM-AG-EM 0,2 
GR em OM 
ou SABÃO 
SECO 
0,1 
0,2 
LIGAS de Al 
QUENTE GR ou MoS2 
0,1 
0,2 
NENHUM OM-AG-EM 0,2 
FRIO 
AG-OM ou 
SABÃO SECO 
0,1 
LANOLINA ou 
SABÃO em FF 
AG-OM-EM 
AG-OM 
0,1 
0,3 
1-5% AG em OM 
(1-3) 
0,03 
OG, 
LANOLINA 
AG-OM-OM 
0,0
5 
0,1 
LIGAS de Cu 
QUENTE GR 
0,1-
0,2 
NENHUM OU 
GR 
 OM – EM 0,2 
FRIO 
SABÃO SECO 
ou CERA ou 
SEBO 
 
SABÃO SECO 
ou CERA ou 
SEBO 
OG – SABÃO – 
EM – OM 
0,1 
0,03 
OM – EM 0,1 
OG- SABÃO-
EM ou OG-
SABÃO 
0,0
5 
0,1 
 122 
AÇOS 
QUENTE GR 
0,1-
0,2 
VD(100-300) 
GR 
 
NENHUM ou GR-
EM 
AD+ 
0,2+ 
GR 0,2 
FRIO 
EP-OM ou 
SABÃO em FF 
0,1 
0,05 
SABÃO em FF 
SABÃO SECO 
ou SABÃO em 
FF 
0,05 
 
0,03 
10% OG-EM 0,05 
EP-OM, EM 
ou SABÃO 
em 
POLÍMERO 
0,0
5 
 
0,1 
AÇOS INOX; Ni e 
SUAS LIGAS 
QUENTE GR 
0,1-
0,2 
VD(100-300) NENHUM AD++ GR 0,2 
FRIO 
PC-OM ou 
SABÃO em FF 
0,1 
0,05 
PC-OM ou 
SABÃO em FF 
SABÃO em FF 
ou PC-OM 
0,03 
0,05 
OG-PC-EM ou 
PC-OM 
0,1 
0,05 
PC-OM, 
SABÃO ou 
POLÍMERO 
0,1 
LIGAS de Ti 
QUENTE VD ou GR 0,2 VD(100-300) VD-GR 0,2 
FRIO 
SABÃO ou 
OM 
0,1 SABÃO em FF POLÍMERO 0,1 OM 0,1 
SABÃO ou 
POÍMERO 
0,1 
 
PC – PARAFINA CLORADA 
EM – EMULSÃO; Os ingredientes lubrificantes estão finamente dispersos em água. 
EP – Compostos para EXTREMA PRESSÃO (contendo S, Cl e P). 
 123 
AG – ÁCIDOS E ÁLCOOIS GRAXOS; p. ex. ácido oléico, ácido esteárico, álcool estearílico. 
OG – ÓLEOS GRAXOS; p. ex. óleo de coco natural ou sintético. 
VD – VIDRO (viscosidade na temperatura de trabalho em unidades de Poise). 
GR – GRAFITE, normalmente num fluido transportador à base de água. 
OM – ÓLEO MINERAL (viscosidade entre parênteses, em unidades de centipoise a 40 C). 
FF – revestimento conversivo de FOSFATO (ou similar), facilitando a retenção do Lubrificante. 
+ – Coeficiente de atritos são poucos definidos na extrusão, não sendo portanto fornecidos aqui. 
++ – O símbolo AD significa atrito aderente.