Forjamento: Processo de Deformação Plástica

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4. Forjamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.1. Introdução 
 
O forjamento antecedeu no tempo a todos os processos de transformação por deformação plástica, 
sendo certamente conhecido desde 1500 A.C. 
Trata-se de um processo de deformação plástica de um metal, geralmente a quente, com o auxílio de 
ferramentas agindo por choque ou por pressão, de maneira a se obter uma peça de formato 
determinado. 
O forjamento, assim como qualquer outro processo de trabalho mecânico, está associado com uma 
variação na macroestrutura do metal, o que conduz a um rearranjo das fibras e altera o tamanho do 
grão. 
A figura abaixo mostra o fibramento de um metal de um flange produzido por usinagem (a) e 
forjamento (b). 
O fibramento no caso (b) é muito mais favorável, promovendo uma maior resistência à flexão no caso 
do flange ter de suportar alta pressão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os forjados constituem-se como primeira opção, onde se demande combinações do tipo: elevada 
resistência mecânica com boa ductilidade e tenacidade. Por outro lado às peças forjadas, temperadas 
e revenidas, normalmente empregadas em componentes sujeitos a altas tensões e deformações, não 
podem ser superadas em desempenho, confiabilidade, resistência à fadiga e a cargas súbitas. 
 
O forjamento basicamente divide-se em dois tipos: 
 Forjamento com matrizes abertas ou planas. Neste caso, o metal deforma-se entre as matrizes 
abertas, podendo fluir para os lados sobre a superfície da matriz. 
 Forjamento com matrizes fechadas ou estampos. Neste caso, o metal é obrigado a deformar-se de 
maneira a ocupar o contorno do molde formado por um par de matrizes. 
 
Os metais normalmente usados para o forjamento são o aço, ligas de cobre, o alumínio e o magnésio. 
 
 
 
 
4.2 Pré-aquecimento 
 
 
 A B 
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Cada metal ou liga possui um determinado campo de temperatura dentro do qual o forjamento pode 
ser feito da melhor maneira. Deve ser uma temperatura que associe boa plasticidade e mínima 
resistência à deformação. 
Antes de proceder-se à deformação, o tarugo deve ser uniformemente aquecido, sem que haja um 
superaquecimento ou queima do metal. 
Abaixo, damos os intervalos de temperatura de forjamento dos aços e das ligas não ferrosas. 
 
 Material Temperatura.máxima Temperatura mínima 
Aço carbono 1200-1000 800-850 
Aço liga 1150-1100 825-900 
Bronze (Cu+Sn) 850 700 
Latão (Cu+Zn) 750 600 
Ligas de AL 490-470 300-350 
Ligas de Mg 430-370 350-400 
 
4.3. O forjamento em matrizes abertas 
 
 Os forjados são feitos por este processo quando: 
 O forjado é muito grande para ser feito em matrizes fechadas. 
 A quantidade é muito pequena para compensar a usinagem de matrizes fechadas. 
 O formato da peça é muito simples. 
O tamanho dos forjados que podem ser produzidos em matrizes abertas só é limitado pela 
capacidade dos equipamentos de aquecimento, forjamento e manuseio. Contudo, cerca de 80% dos 
forjados em matrizes abertas, pesam entre 15 e 500 Kgf. 
Com operadores habilidosos e com a ajuda de várias ferramentas auxiliares, pode-se produzir 
formatos relativamente complexos em matrizes abertas. Entretanto, como estas operações levariam 
muito tempo, elas se tornariam muito caras. Portanto, forjados complexos só são obtidos em matrizes 
abertas em circunstâncias especiais. 
A maioria dos forjados em matrizes abertas tem os seguintes formatos: seções redondas, quadradas, 
retangulares, hexagonais e octogonais, forjadas a partir de um tarugo. 
 
4.3.1 Principais operações de forjamento com matrizes abertas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Operações principais do forjamento com matriz aberta: 
1 - achatamento; 2 - recalcamento; 3 - alongamento; 4 - puncionado; 
5 - dobragem; 6 - corte; 7 - solda; 
 
 
 
 
 
4.4. O forjamento com matrizes fechadas 
 
 
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No forjamento em matrizes fechadas, o fluxo do metal é contido pelas paredes das matrizes, que 
formam uma cavidade com o formato da peça. Este tipo de forjamento é economicamente empregado 
para produção de peças em grande quantidade com peso de até 350 Kgf. 
As matrizes são feitas geralmente em aços liga e tem um custo relativamente elevado, principalmente 
devido ao trabalho de usinagem das cavidades. 
A peça obtida, exige pouco trabalho de usinagem para obtenção do produto acabado. 
Como o fluxo do metal que está sendo deformado é restringido pelas cavidades das matrizes, a 
pressão será distribuída em toda massa do metal e não somente na superfície, fazendo com que o 
alinhamento das fibras seja mais propício aumentando, portanto, as propriedades do forjado. 
Durante o forjamento de uma peça em matrizes fechadas, temos geralmente duas operações: o 
forjamento e a rebarbação. 
Peças simples podem ser forjadas de uma só vez em matrizes com uma única cavidade e depois 
rebarbadas. 
 
Na cavidade da matriz inferior coloca-se o produto inicial, previamente aquecido e, através da pressão 
exercida pela matriz superior, o metal irá preencher toda a cavidade do estampo, com o excesso de 
metal (rebarba) sendo comprimido em uma cavidade especial. As rebarbas representam 15 a 20% do 
peso do forjamento e constituem a garantia de não faltar metal para o preenchimento de toda matriz e 
obtenção de uma peça sã. As cavidades do estampo devem ter paredes inclinadas formando ângulos 
de 5 graus a 8 graus, de maneira a facilitar a extração da peça. Deve-se também evitar cantos vivos, 
que podem causar acúmulo de tensões e, conseqüentemente, trincas. 
No projeto da matriz não se deve esquecer que a peça ao ser formada esta acima da temperatura de 
recristalização do metal e, portanto, o metal irá se contrair até atingir a temperatura ambiente. Assim, 
a matriz deve ser construída maior para que a peça, ao se resfriar, fique nas dimensões projetadas. 
Depois da obtenção da peça na matriz fechada, o forjado é levado a uma prensa para o corte da 
rebarba em uma matriz especial, após o que pode ser usinado para obtenção das dimensões finais. 
Peças mais complicadas são forjadas em várias matrizes ou em uma matriz com várias cavidades, 
onde a peça é obtida por etapas progressivas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5. Máquinas para forjamento 
 
Inicialmente o forjamento era executado pelo homem com o malho e a bigorna. Com a entrada da era 
industrial apareceram os primeiros martelos forjadores mecânicos. Posteriormente, devido a 
crescente necessidade de produtos mais precisos, e da produção em grande série, surgiram as 
prensas, que deformam os metais sem choque, somente por pressão. 
Atualmente, dos equipamentos utilizados em forjarias, podemos distinguir os seguintes: marteletes, 
martelos, prensas mecânicas e prensas hidráulicas. 
 
4.5.1 Forjamento em marteletes 
 
 
 
matriz fechada corte da rebarba 
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São usados para peças de tamanho pequeno e caracterizam-se pelo peso das massas que dão o 
golpe sobre a peça que está sendo forjada (até 1t). 
Os marteletes são postos em movimento por um comando elétrico. 
 
 Martelete de mola 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na figura acima, temos um esquema simplificado de um martelete de mola. Ao acionarmos o mesmo, 
é posto em movimento um virabrequim que aciona a biela 1 que está ligada articuladamente com a 
mola 2 que pode girar no ponto de apoio 3. Na outra extremidade da mola está ligada a massa 4 que 
pode deslizar através de guias. Ao girar o girabrequim, ocorre a elevação e descida da massa e o 
estampo 5 dá golpes sobre a peça que se encontra sobre o bigorna 6. 
O número de marteladas por minuto varia de 120 a 300, sendo o peso da massa de golpe de 30 a 250 
Kgf. 
Este tipo de máquina, pela sua rapidez, é utilizada para forjamento de peças delgadas, que se esfriam 
com rapidez, tais como as lâminas de facas. Martelete pneumático 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A figura acima mostra um martelete pneumático de dupla ação. Este martelete consta de dois 
cilindros: O de trabalho 1 e o de compressão 2. Pelo cilindro de trabalho corre o êmbolo - massa 3 
 
 
40 
com o estampo 4 preso a ele. O êmbolo do cilindro de compressão 5 que é posto em movimento pelo 
mecanismo de virabrequim e biela 6, comprime o ar que é bombeado alternadamente para os orifícios 
superior e inferior do cilindro de trabalho, provocando assim o movimento do êmbolo e o conseqüente 
martelamento. A admissão e o escapamento de ar no cilindro de trabalho efetua-se por meio das 
válvulas 8 que são comandadas por alavancas ou pedais. 
As válvulas permitem realizar golpes individuais ou trabalhar automaticamente e parar a massa na 
posição superior. 
O peso das peças de golpe varia de 50 a 1000 Kgf dando até 190 golpes por minuto. 
Este martelete é usado para forjamento de peças de até 20 Kgf. 
 
 Martelete de fricção 
 
Abaixo, o esquema de um martelete de fricção com prancha, usado inclusive para forjamento com 
matriz fechada. Esta máquina de alto rendimento funciona da seguinte maneira: Os roletes de aço 1 
são postos em movimento pelo comando elétrico no sentido indicado para elevar a prancha de 
madeira 2 e a massa a ela presa, até uma posição superior onde é travada pelo freio 3, ao mesmo 
tempo em que os roletes deixam livre a prancha. Ao apertar o pedal 4, o freio solta a prancha e se dá 
o golpe. O peso da peça de golpe alcança 3t e a altura de elevação é geralmente de até 2m. 
O problema deste martelete é a manutenção constante devido ao desgaste da prancha de madeira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5.2 Forjamento em martelo - pilão 
 
Os forjados de peso médio são obtidos em martelos - pilões de ação simples ou dupla, a vapor. 
Na figura a seguir está esquematizado um martelo pilão a vapor, de dupla ação, com dois apoios. 
Na parte superior da armação 1 está preso o cilindro de trabalho 2 pelo qual corre o êmbolo com o 
braço 3. O extremo inferior do braço está ligado à massa 4, com a matriz intercambiável 5, que 
martela o metal que se acha sobre a matriz inferior 6. Esta vai colocada sobre a bigorna 7 que é uma 
peça moldada maciça. Por meio da alavanca 8 é manejado o mecanismo de distribuição, que pode 
também ser manobrado automaticamente. 
Nos martelos - pilões a vapor com um único apoio, o peso das peças de golpe (êmbolo, braço, massa 
e matriz) tem que ser inferior a 2 toneladas. Os martelos de peso maior (até 5t) possuem uma 
armação de dois apoios e guias para a massa, o que exclui a possibilidade do desvio do braço 
durante o trabalho. 
Os martelos - pilões são de fácil manejo, podem dar golpes com forças diferentes, manter suspensa a 
massa e dar golpes seguidos. 
Estes martelos são utilizados para os mais diversos trabalhos de forja, partindo de tarugos de até 1 
tonelada. 
 
 
 
 
 
 41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5.3 Forjamento em prensas mecânicas 
 
A estampagem a quente em matrizes fechadas pode ser realizada em martelos e marteletes mas, 
preferencialmente, é feita em prensas. As vibrações que se produzem no funcionamento dos martelos 
mecânicos e a violência dos choques não permitem adaptar aos mesmos matrizes progressivas para 
efetuar diversas operações numa única vez. 
Outra vantagem das prensas é que elas permitem uma regulagem mais fácil e por conseguinte, 
produzem um trabalho mais preciso. 
Finalmente, uma única pancada de uma prensa produz tanto trabalho quanto várias pancadas de 
martelos - pilões, eliminando a necessidade de reaquecimento da peça. 
 
 Prensa excêntrica ou tipo manivela 
 
Instalações modernas de forjamento em matriz fechada são equipadas com prensas tipo manivela de 
500 a 18.000 t, com velocidades de recalcamento entre 0,5 a 0,8 m/s. Praticamente não há carga de 
impacto não sendo, portanto, necessárias fundações pesadas para sua instalação. A deformação 
penetra mais profundamente, o que melhora a qualidade do forjado. 
Considerando que a deformação é executada com um simples golpe do cabeçote, que as posições 
extremas do cabeçote são precisamente localizadas e que o número de cursos por minuto pode ser 
tão alto quanto o do martelo, teremos para a prensa uma maior capacidade produtiva e uma maior 
precisão do forjado (tolerância entre 0,2 e 0,5 mm). 
Além disso, os ângulos de saída da matriz podem ser reduzidos a 2 ou 3 graus, considerando-se a 
possibilidade da aplicação de extratores nas matrizes. 
Prensas tipo manivela permitem ampla mecanização e mesmo automatização. 
A seguir apresentamos o esquema básico de uma prensa excêntrica: 
 
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O motor elétrico 1 transmite o movimento à polia 2 montada no 
eixo 3, a cuja extremidade está presa a engrenagem 4 que faz 
girar a engrenagem maior 5. Esta engrenagem pode girar louca 
na árvore de manivelas 6 sempre que a embreagem de 
comando pneumático 7 estiver desacoplada 
Quando esta estiver atuando, a engrenagem transmitirá 
movimento à árvore de manivelas que, através da biela 8, faz 
com que a massa desloque-se para cima e para baixo. Para 
parar a prensa desacopla-se a embreagem e aciona-se o freio 
10. 
 
 
 
 
 
 Prensa de fricção 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para fabricação em grande escala, de pequenas peças, é muito usada a prensa de fricção como a do 
esquema acima. Ela é constituída pela bancada 1 onde, na parte superior, é montado o eixo 2 com as 
rodas de fricção 3 e 4, feitas de ferro fundido. Através da alavanca 5 pode-se deslocar o eixo de modo 
que as rodas possam tocar alternadamente o volante 6 coberto com couro. 
Conforme a roda giratória que for acoplada ao volante 6, este girará em um sentido e fará com que o 
parafuso 7 desça ou suba através da porca 8, levando consigo a matriz acoplada em 9. 
Essas prensas tem capacidade entre 80 e 400 t. 
 
4.5.4 Forjamento em prensas hidráulicas 
 
São empregadas prensas hidráulicas para forjamento pesados em lingotes com peso entre 1 e 250 t. 
Diferentemente dos martelos - pilões as prensas deformam o metal sem dar golpes, aplicando uma 
carga estática. As prensas hidráulicas usadas para forjamento com matriz aberta, podem produzir 
uma pressão entre 500 e 15000 t e as usadas para matriz fechada até 50000 t. 
 
 
 43 
A figura abaixo dá o esquema de uma prensa hidráulica. A armadura da prensa é constituída por 
quatro colunas 1, que estão presas na base metálica 2 e no travessão superior 3. Neste travessão, 
estão montados o cilindro de trabalho 4 e o cilindro de elevação 5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As colunas da prensas servem de guias para o travessão móvel 6 aonde é presa a matriz superior 7. 
A matriz inferior 8 é presa na base metálica. O travessão móvel está unido com o pistão 9 do cilindro 
de trabalho e preso por meio das varetas 10 ao balancim 11 do cilindro de elevação. Para o 
funcionamento da prensa, a pressão da água não deve ser menor que 200 atm. Esta alta pressão é 
originada pelo sistema bomba - acumulador. 
A água utilizada chega ao depósito de admissão 13 e deste é enviada através da bomba 14 ao 
acumulador 15, do qual, através do distribuidor 16 chega no cilindro de trabalho ou no de elevação. O 
acumulador serve para acumular a água à alta pressão durante os intervalos de trabalho, mantendo a 
pressão constante no sistema. 
 
4.6. Relações entre os parâmetros que atuam na deformação por forjamento 
 
4.6.1. Cálculo da força de forjamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerando-se uma força de deformação P atuando sobre a superfície de um corpo metálico, comoo da figura acima, podemos dizer que, quando a mesma executar uma deformação elementar dh, 
neste corpo teremos a realização de um trabalho elementar dT, onde: dT = Pdh 
 
Sabemos que o corpo oporá uma resistência à sua deformação, que dependerá basicamente do 
material, da temperatura, da velocidade da deformação e das condições de vinculação desse corpo 
 
P
S0
So
S
SfSf
ho
ho
hf
hhf
dh
peça inicial
peça final
 
44 
ao molde (matriz aberta ou fechada). Chamaremos esta resistência de rd, onde: 
rd
P
S

, sendo S a 
área da superfície que está sendo deformada, ou seja, o produto das dimensões a x b (comprimento x 
largura). 
 
Assim teremos: dT = rd.S.dh 
 
Por outro lado sabemos que durante a deformação o volume do corpo permanecerá constante, pois 
não haverá alteração em sua densidade, alterando-se apenas, proporcionalmente, suas dimensões, 
assim: 
 
Vo = V = V1 = cte. (V = abh) 
 
Portanto, multiplicando e dividindo por h, teremos: 
dT rd V
dh
h
 . .
 
Para determinarmos o trabalho para a realização da deformação total, devemos integrar dT. 
Assim teremos: T =
h
hf
rd V
dh
h0
. .  rd V
ho
hf
. .ln
 
Por outro lado, se chamarmos a deformação total ho - hf = e, teremos T = P.e 
Portanto, igualando em T, teremos: 
P
rd V ho
hf
e

. .ln 
rd é uma resistência ideal à deformação. Na prática teremos uma resistência real Rd =
rd

, onde 

 é 
o rendimento. 
Assim a força necessária para a deformação do material será: 
P
Rd V ho
hf
e

. . ln 
 
Rd é tabelado por material. Como exemplo damos a seguir o valor de Rd para a deformação à quente 
de aço, em matrizes abertas. Nos casos de matrizes fechadas Rd, aumenta entre 30% a 60%, 
dependendo do formato da cavidade. 
 
Percentual de 
deformação 
Rd (Kgf/mm2) 
Martelo 
Rd (Kgf/mm2) 
Prensa 
0 a 10 10 a 15 4 a 6 
10 a 20 15 a 20 6 a 12 
20 a 40 20 a 30 12 a 22 
40 a 60 30 a 36 22 a 28 
Acima de 60 36 a 50 28 a 38 
 
4.6.1 Dimensionamento de um martelo para execução de determinada deformação. 
 
 Martelo em queda livre 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
So
Sf
ho
hf
e
Q
C
 
 45 
Se considerarmos um martelo de massa Q executando uma determinada deformação e em um certo 
corpo podemos dizer que: 
T
m v

.
.
2
2

 , onde: 
v = velocidade final da massa de peso Q 
m = Q/g, onde g é a aceleração da gravidade 

 = rendimento, pois parte da energia do choque é absorvida pela máquina. 
 
Por outro lado:
v g C 2. .
, onde C = curso livre do martelo (altura da queda de Q) 
Assim: v2 = 2gC, portanto podemos dizer que: 
T
Q g C
g

. . .
.
2
2

 
 T Q C. .
 Como: 
T P e .
, podemos igualar em T: 
P
Q C
e

. .
 
 
 Como : 
P
V Rd ho hf
e

. . ln
, igualando-se em P , finalmente, vem: 
Q
V Rd ho hf
C

. . ln
.
 
 
 
 
 Martelo de Dupla ação 
 
Em um martelo de dupla ação teremos: 
 
T Q C p A C . . . . . 
 
Onde: 
p = pressão de ar ou vapor no pistão do martelo (usualmente 
de 7 a 9 Kgf/cm2). 
A = área da cabeça do pistão. 
A
d

 . 2
4
 
C = curso livre do martelo (altura de queda) 
Q = peso da massa do martelo 
 
Com o mesmo raciocínio feito para o martelo de simples 
ação, podemos deduzir que: 
 
Q
V Rd ho hf p A C
C

. . ln . . .
.


 
 
 
 
 
So
Sf
ho
hf
e
Q
C
p A