Aula Forjamento

Prévia do material em texto

PFA II - CONFORMAÇÃO
AULA 04 – FORJAMENTO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
1
Prof. Silvio Romeu Sell
VIRABREQUIMESPADAS
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
2
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FERREIRO?
o Uma das profissões mais antigas do
mundo;
o Hoje em dia, o martelo e a bigorna
foram substituídos por máquinas e
matrizes que permitem a produção
constante de milhares de peças;
o Esse processo de conformação
mecânica é tão antigo quanto o uso
de metais, é o FORJAMENTO
PFA II - CONFORMAÇÃO
Fabricação artesanal de 
espadas por martelamento
(forjamento)
Vídeo:: Schmieden 
Speerpitze
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
3
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
o O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo
suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos a.C.
o A substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da
Revolução Industrial;
o Atualmente existe um variado maquinário de forjamento, capaz de
produzir peças das mais variadas formas e tamanhos, desde
alfinetes, pregos, parafusos até rotores de turbinas e asas de avião;
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
4
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
o Forjamento é o nome dado às operações de conformação mecânica
efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil entre
duas ferramentas, de tal modo que tende a assumir o contorno ou
perfil da cavidade na ferramenta de trabalho.
PFA II - CONFORMAÇÃO
Esforço de compressão: Sucessivos
golpes ou Prensagem gradual para
obtenção da peça.
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
5
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
PFA II - CONFORMAÇÃO
FORJADOS
COMPRESSÃO DIRETA
TRABALHO A QUENTE
TRABALHO A FRIO 
(Peças Pequenas)
PROCESSOS DESCONTÍNUOS
PROCESSOS NÃO ESTACIONÁRIOS
PROCESSOS SECUNDÁRIOS
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
6
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
PFA II - CONFORMAÇÃO
Forma desejada
Martelamento ou aplicação gradativa de pressão
Quente? Morno? Frio?
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
7
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
8
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
o Comparadas com as peças fundidas, as peças forjadas podem
receber dimensões menores devido a sua maior resistência
mecânica.
o Nas peças forjadas as fibras são orientadas, os grãos se apresentam
com uma estrutura mais fina, as porosidades inexistem, desta forma
estas peças apresentam uma resistência mecânica superior às
peças fundidas ou mesmo usinadas.
o A maioria das operações de forja são realizadas a quente. entretanto
certos metais podem ser forjados a frio.
o Usam-se duas classes básicas de equipamentos para a operação de
forja: o martelo de forjar que aplica golpes de impacto rápidos sobre
a superfície do metal; e as prensas de forjar que submetem o metal a
uma força compressiva aplicada relativamente de uma forma lenta.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
9
Prof. Silvio Romeu Sell
1. Introdução
o O que é FORJAMENTO?
o Tolerâncias/Processos
o Forjamento a quente –2,50 mm a 1,25 mm
o Forjamento a Frio – 0,1 mm
o Fundição - 1,5 mm
o Fundição de Precisão – 0,03 mm
o Sinterizado – 0,1 mm – 0,01 mm
o Usinado – 0,01 mm – 0,0005 mm
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
10
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Classes de FORJAMENTO
o Forjamento Livre
o Forjamento em Matriz
PFA II - CONFORMAÇÃO
MANUAL
MAQUINA
Matriz Aberta
Com REBARBA
Sem REBARBA
Matriz Fechada
Vídeo: Open Die Forging Simulation
Vídeo: Drop Forge Simulation Software in Action
Different forging configurations (a) free, (b) open die, and (c) closed die.
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
11
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Classes de FORJAMENTO
o Forjamento Rotativo
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
12
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Livre
o Segundo a DIN 8583 Forjamento livre é conformar por pressão com
ferramentas que se movimentam umas contra as outras e que não
contêm a forma da peça ou somente a contêm em parte.
o A moldagem livre é apropriada para a confecção de peças de tamanhos
diversos, que devem receber formas simples e lisas com superfícies
planas ou uniformemente redondas.
o Para o forjamento de peças pesadas de um tamanho da ordem de 100
toneladas a moldagem livre é a única possibilidade de fabricação.
o O forjamento livre pode ser realizado com o auxílio da força muscular,
quando então é denominado forjamento livre manual, ou com o auxílio
,das prensas ou máquinas de forjar, neste caso recebe a denominação
de forjamento livre a máquina.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
13
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Livre
o É usado geralmente para fabricar peças de grandes dimensões, com
forma relativamente simples (ex.: eixos de navios e de turbinas,
ganchos, correntes, âncoras, alavancas, eixos excêntricos, ferramentas
agrícolas, etc.) e em pequeno número;
o Também, para pré-conformar peças que serão submetidas
posteriormente a operações de forjamento mais complexas.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
14
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Livre Manual
PFA II - CONFORMAÇÃO
Martelos de forjamento a)Cinzel; b)assentador; c)aplanador 
d)acanalador; e)puncionador; f)estampa superior e inferior 
Alicates a)Alicate de bico chato; b)Alicate 
de bico angular; c)Alicate de bico redondo. 
Acessórios da bigorna
a)Cinzel para cortar; b)cone 
para arredondar; c)bigorneta
para trabalhos de forja 
pequenos .Estes acessórios são 
montados os furos da bigorna 
Bigorna a)Mesa; 
b)bigorna quadrada; 
c)bigorna redonda; 
d)bloco de recalcar; 
e)base 
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
15
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
PFA II - CONFORMAÇÃO
a) furação a quente; b)corte; 
c)estrangulamento 
a) esmagamento; b)conformação de uma 
flange; c) e d) dobramento
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
16
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
PFA II - CONFORMAÇÃO
Vídeo: Forging
Vídeo: Forging, Ring Rolling, Open-Die Forging, 
Hammer Forging-Kihlsteel
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
17
Prof. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
18
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
PFA II - CONFORMAÇÃO
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
Linhas de fluxo de grãos irregulares em
um cilindro de aço sólido forjado a
quente;
Note-se a deformação altamente não
homogênea e forma de barril
A forma diferente da secção inferior da
amostra (em comparação com o início) é
resultado da superfície quente
descansando sobre a matriz fria antes
da deformação menor procedeu .
Assim, apresenta uma maior força e,
portanto, se deforma menos do que a
superfície de topo
Fonte: . J. A. Schey et al , Instituto de
Pesquisa IIT .
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
19
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
PFA II - CONFORMAÇÃO
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
Exemplos do “fibramento” formado pela ação da conformação mecânica.
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
20
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
PFA II - CONFORMAÇÃO
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
Forjado
Fundido
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
21
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz AbertaPFA II - CONFORMAÇÃO
Vídeo: How It's Made -
Steel Forgings
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
22
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Livre Matriz Aberta
o Vantagens
o Matrizes simples e de menor custo;
o Grande faixa dimensional;
o Boa resistência mecânica.
o Limitações
o Peças com formatos mais simples;
o Difícil obtenção de tolerâncias estreitas;
o Usinagem requerida (peça);
o Baixa taxa de produção;
o Pobre aproveitamento do material (usinagem);
o Maior habilidade requerida
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
23
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o O material é deformado entre duas metades de matrizes, que fornecem
a forma desejada a peça;
o A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada,
obtendo-se peças com tolerâncias estreitas;
o É necessário um grande volume de produção de peças para justificar as
matrizes de elevado custo;
o Importante, neste processo, utilizar material em quantidade suficiente de
modo que a cavidade da matriz seja completamente preenchida;
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
24
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o Devido a dificuldade em se determinar a quantidade exata costuma-se
trabalhar um “ligeiro excesso”;
o Ao final do processo, o excesso de material flui da cavidade da matriz
para a chamada “bacia de rebarba”, sendo removida na ultima
operação.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
25
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o O material é conformado entre duas metades de matriz que possuem,
gravadas em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja
fornecer à peça.
o Deformação sob alta pressão
o Peças com tolerâncias mais apartadas
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
26
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o As cavidades das matrizes são formadas para controlar o fluxo de metal
o A matriz superior é fixada no martelo ou prensa e a matriz inferior na
bigorna ou mesa
o O metal flui e preenche completamente a cavidade formada entre as
duas matrizes
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
27
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade
totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na
quantidade fornecida de material:
o Quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e
falha no volume da peça;
o Excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com
probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
28
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de
material, é mais comum empregar um pequeno excesso.
o As matrizes são providas de uma zona oca especial para recolher o
material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal.
o O material excedente forma uma faixa estreita de metal em torno da
peça forjada
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
29
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
30
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o O metal em excesso flui para fora da cavidade da matriz e se aloja na
zona oca chamada “bacia”.
o Este excesso de metal é chamado de rebarba
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
31
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
32
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
33
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
o As funções da rebarba, portanto, são duas:
o Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de metal na
cavidade das matrizes;
o Regular o escoamento do metal, aumentando a resistência ao
escoamento do sistema de modo que a pressão cresça até valores
elevados, assegurando que o metal preencherá todos os recessos
da cavidade.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
34
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
35
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
Vídeo: Forj-matriz-rebarba Vídeo: TGW.com - Mizuno Forging of the JPX-800 Pro Irons
Muitos produtos forjados são produzidos por uma série de cavidades
– 1ª impressão: bordadura, encalcamento ou dobramento
– Impressões Intermediárias: ajustar o metal para próximo da sua
forma final
– Forjamento final
– Rebarbação
36
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
37
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
Encalcamento
Forjado
Pré-forma
Rebarbação
1 pç / ciclo
1 Peça por Ciclo
Vídeo: How It's 
Made - Hammers
Vídeo: How Its Made 
- Garden Forks
Vídeo: Connecting Rod 
Forging By Anyang
Vídeo: Connecting Rod 
Pré Forma Rebarbado
EncalcamentoBordadura
Forjado
38
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
Encalcamento
Pré-forma
Forjado
Matriz progressiva
As operações de obtenção das formas intermediárias de uma peça
constituem a conformação intermediária, que se compõe normalmente em:
1. Distribuição de massas.
2. Dobramento.
3. Formação da seção transversal (esboçamento).
Vídeo: How It’s Made -
Combination
Wrenches - Forging
39
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
40
QForm 3D
Fase 1 – Preparação dos modelos de ferramentas e de peças sólidas em
seu sistema CAD (modelos IGES) e importação para o editor Qshape;
Fase 2 – Especificação de parâmetros de processos necessários:
temperatura inicial da peça, tempo de arrefecimento e espessura, etc.
Seleção de equipamento, material da peça de trabalho e o lubrificante na
base de dados;
Fase 3 – Início do cálculo de simulação (malha de elementos finitos);
Fase 4 – Visualização dos resultados da simulação (deformação, tensão,
temperatura, força de deformação, etc).
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
41
QForm 3D
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
PFA II - CONFORMAÇÃO
42
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Qform 3D
PFA II - CONFORMAÇÃO
43
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o QForm 3D
PFA II - CONFORMAÇÃO
Encalcamento
Pré-forma
Forjado
a - barra inicial; b - após distribuição de massa; c - dobrada; d - pré confeccionada, 
e - acabada
Etapas do forjamento de uma peça em matriz
44
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
Vantagens
Melhor aproveitamento do material;
Melhores propriedades mecânicas;
Boa precisão dimensional;
Alta taxa de produção;
Boa reprodutibilidade.
Limitações
Alto custo do ferramental para pequenas quantidades;
Necessidade frequente de Usinagem.
45
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃOa e b - laminado (10 e 20 passe); c - pré conformado em
matriz; d - acabado e e - após remoção de rebarba
Etapas de forjamento de virabrequim, a partir de tarugo de seção 
quadrada
Vídeo: Crankshaft 
forging
46
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Matriz Fechada
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
47
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Forjamento Rotativo
o A redução de área da seção transversal de barras e tubos por aplicação de
golpes radiais;
o Ou a peça ou a matriz possui movimento de rotação;
o A peça avança para o interior da matriz enquanto que esta realiza o
martelamento;
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
48
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o O processo convencional de forjamento é dividido em etapas:
o Corte do Material
o Aquecimento (para forjamento a quente);
o Pré-conformação mediante operações de forjamento livre, também
conhecida como conformação intermediária;
o Forjamento em matriz (em uma ou mais etapas);
o Rebarbação;
o Tratamento térmico (remoção de tensões, homogeneização da
estrutura, melhoria da usinabilidade e propriedades mecânicas);
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
49
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Todos os materiais conformáveis pode ser forjados;
o Os mais utilizados para produção de peças forjadas são os aços
(comuns e ligados, aços estruturais, aços para cementação, para
beneficiamento, inoxidáveis ferríticos e austeníticos, aços ferramenta),
ligas de alumínio, de magnésio, de cobre (especialmente os latões),de
níquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy,
Inconel, Udimet 700, etc. empregadas principalmente na industria aero
espacial) e de titânio;
o O material de partida geralmente é fundido ou mais comumente o
laminado por ter um microestrutura mais homogênea;
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
50
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo
o Peças forjadas em matriz, com peso até 3 kg, são normalmente
produzidas a partir de barras;
o As de maior peso são forjadas a partir de tarugos, também laminados;
o Peças delgadas como chaves de boca alicates, tesouras, tenazes, facas,
instrumentos cirúrgicos, etc., podem ser forjados a partir de placas
laminadas
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
51
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo a FRIO vs. QUENTE
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
52
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo a matriz ABERTA x FECHADA
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
53
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – QUALIDADE DAS PEÇAS FORJADAS
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
54
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – Força na Deformação em Forjamento Livre
PFA II - CONFORMAÇÃO
o O cálculo das forças atuantes na conformação não é simples pois a
mecânica da deformação envolve muitas variáveis.
o Para o caso particular da deformação livre onde não existe resistência
lateral ao escoamento do material e desprezando-se o efeito do
encruamento , (uma vez que se admite que a deformação ocorrerá a
quente), pode-se elaborar um modelo matemático para a previsão da força
de forjamento.
o
o Mas mesmo com estas simplificações a análise não se torna trivial;
o DIETER (1981) apresenta alguns estudos a respeito, com o objetivo de
propiciar uma noção da ordem de grandeza das forças
o A análise apresentada por CHIAVERINI (1986), a força necessária para a
deformação livre de um corpo de seção uniforme pode ser dada por:
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
55
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – Força na Deformação em Forjamento Livre
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Onde:
o P = Força de forjamento em Kgf
o V = Volume do corpo em mm3
o R = Resistência real à deformação em Kgf/mm2
o h0= Altura inicial do corpo em mm
o h1= Altura final do corpo em mm
o Δh = h0- h1
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
56
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – Força na Deformação em Forjamento Livre
PFA II - CONFORMAÇÃO
o O valor de “R” é empírico e para o caso particular da deformação de aços de
baixo carbono realizado a quente (1000 ° a 1200°C);
o A tabela C fornece valores aproximados, tanto para ação de prensas, como
para martelos de queda;
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
57
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – Força na Deformação em Forjamento Livre
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Determine a Força de Forjamento (Martelo e Prensa) sabendo:
o - Material Aço SAE 1035
o - Demais Informações conforme desenho:
Blank Produto
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
58
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
o Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes
principais:
o O martelo: que aplica golpes de impacto rápidos sobre a superfície do
metal;
o As prensas: que submetem o metal a uma força compressiva aplicada
relativamente de uma forma lenta.
PFA II - CONFORMAÇÃO
PRENSA MARTELO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
59
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
o Martelos de forja, que deformam o metal através de
golpes de impacto na superfície da peça (velocidades
entre 3,0 e 20 m/s). Geram deformação irregular nas
fibras superficiais
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Prensas, que deformam o
metal submetendo-o a uma
compressão contínua com
velocidade relativamente baixa
(velocidades entre 0,06 a 9,0
m/s). Todas as camadas da
estrutura são atingidas, dando
maior homogeneidade à
estrutura da peça.
Prensa de 50.000 t
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
60
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
o Martelos de forja
PFA II - CONFORMAÇÃO
Prensa de 50.000 t
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
61
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de forja – Características
o Deformação por impacto e não-uniforme;
o O martelo mais simples é o de queda livre
(gravidade);
o Martelos controlados por computador podem
fornecer golpes variáveis;
o Recomendado para peças menores e mais finas;
o 60 a 150 golpes por minuto;
o 200 a 3500kg;
o Lotes de até 3000 peças
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
62
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de forja – Características
o Existem três tipos de martelos de forjamento:
o • Martelo de queda livre;
o • Martelo de dupla-ação
o • Martelo de contra-golpe.
PFA II - CONFORMAÇÃO
Com o martelo de forjamento, podem ser forjadas grandes variedades de
formas e tamanhos de peça. É possível girar a peça entre golpes sucessivos,
colocá-la em diferentes cavidades e cortar a forma final com pequenas perdas
de material. Normalmente uma peça é forjada com várias pancadas repetidas
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
63
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Queda Livre – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
Vídeo: drop forge hammer
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
64
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Queda Livre – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
65
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Queda Livre – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
66
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Dupla Ação – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
67
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Dupla Ação – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
68
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Dupla Ação – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Peso da Massa + Força Adicional
o Ar comprimido ou vapor;o Carga pode chegar a até 20 vezes o
peso da massa cadente (regulável)
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
69
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Dupla Ação – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
o O funcionamento
o Essa máquina possui uma câmara
pneumática que fica constantemente
pressurizada por meio de válvulas
especiais e que mantém o martelo
suspenso.
o Aciona-se o pedal para liberar o ar-
comprimido que retém o martelo,
possibilitando sua descida, tanto pela
força da gravidade quanto pela força
exercida pelo ar-comprimido em outra
câmara.
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
70
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Contra Golpe (Vertical) – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Caracteriza-se por duas
massas que se chocam
no meio do percurso
com a mesma
velocidade, sendo que a
massa superior é
acionada por um
sistema pistão-cilindro.
o A massa inferior,
ligeiramente menor que
a superior (cerca de
5%) é acoplada
normalmente à superior
por meio de cabos.
Massa 1
Massa 2
Massa 1
Massa 2
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
71
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Contra Golpe Vertical – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Vantagens:
o Maior rendimento (maior produtividade);
o Maior velocidade de acionamento, do que a
correspondente de um martelo de queda
livre de mesma capacidade;
o Menor Vibração, tolerâncias mais precisas.
Massa 1
Massa 2
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
72
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Contra Golpe Vertical – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
o Desvantagens
o Maiores despesas com manutenção;
o Não é possível (ou dificuldade) manipular a
peça durante o movimento do martelo
o Maior desalinhamento entre as partes
superior e inferior da matriz;
o Necessidade da força de forjamento estar
localizada no meio da matriz para evitar
grandes atritos entre as massas e as guias
Massa 1
Massa 2
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
73
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Martelos de Contra Golpe Horizontal – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
74
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
75
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas - Características
o As prensas são usadas para peças grandes ou espessas.
o Ação de compressão lenta penetra completamente o metal.
o Produz fluxo de metal e deformação mais uniforme.
o Tempos de contato mais longos.
o As matrizes podem ser aquecidas (forjamento isotérmico).
o Podem ser mecânicas ou hidráulicas.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
76
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas - Características
o Mecânica
o Carga de 100 a 8.000t;
o Curso limitado;
o Velocidade de 3,0 à 9,0 m/s.
o Hidráulica
o Carga de 300 à 50.000t;
o Grande curso;
o Mais caras;
o Velocidade de 0,06 à 0,30m/s.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
77
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
78
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Hidráulicas - Características
o São utilizadas no forjamento de peças grandes.
o É o único tipo de prensa que aplica uma pressão uniforme com uma
velocidade de deformação constante;
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
79
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Excêntricas - Características
o São muito utilizadas para forjar peças de tamanhos médios e pequenos,
devido à facilidade de manuseio e ao baixo custo de operação
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
80
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Excêntricas - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
Prensa excêntrica (empresa Ranjeet). 
Fonte:
http://www.ranjeetpowerpresses.com
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
81
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Excêntricas – Características
o Para melhorar a rigidez das prensas excêntricas algumas variações do
modelo biela/manivela foram propostos assim nasceram as prensas
excêntricas com cunha e as prensas excêntricas com tesoura;
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
82
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Excêntricas – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
83
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Excêntricas – Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
84
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Fricção - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
85
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Fricção - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
Prensa de fuso por fricção e fixo
(empresa Lall King). Fonte:
http://www.lallkingindia.com
Vídeo: Friction Screw
Press Forging
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
86
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Mecânicas Fricção - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
87
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas de Fuso - Características
o Constituídas de um par porca e
parafuso
o Rotacionando o fuso, a massa
superior se desloca, podendo
estar fixa no próprio fuso ou à
porca (móvel)
o Pode ser de fuso móvel ou de
porca móvel
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
88
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas de Fuso - Características
o Ligado ao fuso a um disco de
grande dimensão que funciona
como disco de inércia,
acumulando energia que é
dissipada na descida.
o O acionamento das prensas de
fuso podem ser de três tipos:
o através de discos de fricção;
o por acoplamento direto de
motor elétrico;
o acionado por engrenagens
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
89
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas de Fuso - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
90
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Prensas Variações - Características
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
91
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Resumo Comparativo
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
92
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Resumo Comparativo
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
93
Prof. Silvio Romeu Sell
3. Maquinas – PRENSAS
Resumo Comparativo
MARTELOS DE QUEDA CARACTERÍSTICAS:
 permite altas velocidades de forjamento podendo chegar a 150
pancadas/min;
 é a fonte mais barata de uma elevada carga de forjamento (duplo
efeito);
 possui o menor tempo de contato sob pressão ( 1 a 10 ms);
 não fornecem precisão acurada ;
 necessitam de 400% mais de energia que uma prensa para realizar a
mesma deformação;
 impactos no solo (pode ser minimizado pelo uso de martelos de
contragolpe);
 solicita sobremaneira as ferramentas.
PFA II - CONFORMAÇÃO
3. Maquinas – PRENSAS
Resumo Comparativo
PRENSAS CARACTERÍSTICAS:
 aplicação gradual e /ou constante de força o que é benéfico para as
matrizes;
 permite pequenas tolerâncias dimensionais;
 mais silenciosa que os martelos;
 facilidade de regulagem da força, velocidade e curso;
 causa menos problemas as fundações;
 alto tempo de contato sob pressão entre o forjado e a matriz;
 não é adequada para operaçõesde pré conformação e acabamento
sendo realizadas no mesmo bloco
 são mais caras e exigem mais manutenção que os martelos
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
94
Prof. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
5.Operações Unitárias
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
95
Prof. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
O que são: São operações relativamente simples de conformação por
forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais,
podendo ter as finalidades de:
produzir peças acabadas de formato simples ;
redistribuir a massa de uma peça bruta para facilitar a obtenção de
uma peça de geometria complexa por posterior forjamento em
matriz.
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
96
Prof. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
5. Operações Unitárias
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
97
Prof. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
5. Operações Unitárias
Compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana
ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e aumentar a
sua secção transversal.
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
98
Prof. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Recalque ou Recalcamento
5. Operações Unitárias
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Recalque ou Recalcamento
99
5. Operações Unitárias
Efeito do escoamento restrito na forma assumida pela peça: (a)
Superfície convexa do cilindro e (b) superfície côncava do cilindro (D/h
= 0,6 – 0,7 (0,65) para aços forjados a quente) (Herman, 2005).
A zona hachurada é a região não deformada ou zona morta, ou ainda
região de fluxo restringido, que surge devido ao atrito.
(a) (b)
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Recalque ou Recalcamento
100
5. Operações Unitárias
Escoamento do material durante o recalque
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Recalque ou Recalcamento
101
5. Operações Unitárias
a - matrizes planas;
b - encabeçamento simples de barra;
c - encabeçamento com pré-forma cônica
d - encabeçamento com estampo guia e matriz fechada
Peça: (a) flambada e 
(b) distorcida durante 
recalque
Recalque de Peças Cilíndricas. Flambagem de peças
Vídeo: Die Sendung mit der 
Maus - Schraube
5. Operações Unitárias
Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Estiramento
103
5. Operações Unitárias
Vídeo: Schmiede
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Estiramento
104
5. Operações Unitárias
5. Operações Unitárias Estiramento
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
105
Estiramento
Formas sucessivas que assume
uma barra prismática, ao ser
parcialmente estirada à forja,
mantendo a seção quadrada ao
final.
Esquema de estiramento de barra
prismática por mordidas sucessivas
Vídeo: OpenDieForging
5. Operações Unitárias
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
106
Aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura. 
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Alargamento
107
5. Operações Unitárias
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Encalcamento
108
Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção
intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão
adequada.
5. Operações Unitárias
Ferraduras
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Encalcamento
109
5. Operações Unitárias
Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas e
aquecidas, postas em contato e submetidas à compressão. Abaixo
exemplo de aplicação na confecção de correntes de elo de aço, onde as
pontas aquecidas serão submetidas à compressão.
Vídeo: Como São 
Feitos Correntes Elos
Vídeo: How it's 
Made - Gold Chain
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Caldeamento
110
5. Operações Unitárias
Operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça,
mantendo-se a secção transversal circular enquanto a peça é girada em
torno do seu próprio eixo.
Vídeo: Pacific Forge Trial Run
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Rolamento
111
5. Operações Unitárias
Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de
formato apropriado.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
Furação
112
5. Operações Unitárias
Furação
Com matriz e punção:
Executada aplicando punção ou mandril de furação
sobre peça a furar. Movimento do material ocorre
tanto na direção radial como axial em sentido
contrário ao do avanço do punção.
a - início do processo de furação; 
b- fluxo do material durante a 
operação e c- tensões trativas
secundárias que surgem na peça.
Furação de peça delgada 
(espessura inferior a 
metade da sua menor 
dimensão transversal) 
usando anel de corte.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
113
5. Operações Unitárias - Com matriz e punção
- Furação por escoamento
Furação por escoamento:
o O sistema consiste na utilização de uma ferramenta rotativa de metal duro,
fixada num mandril porta-pinça com aletas de refrigeração em alumínio,
montados em uma furadeira convencional ou centro de usnagem..
o A rotação gera o atrito necessário à entrada do material em estado plástico,
propiciando com isto o "ESCOAMENTO DO MATERIAL", que devido ao
deslocamento da ferramenta, ocorre no sentido axial superior e inferior,
formando uma bucha com o volume do material que foi escoado.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
114
5. Operações Unitárias
Furação por escoamento:
A furação por escoamento é uma tecnologia nova para
toda classe de fixação e montagem em estruturas de
paredes delgadas, substituindo com inúmeras vantagens,
porcas soldadas, luvas soldadas, rebites roscados,
parafusos passantes com porcas, etc.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
115
5. Operações Unitárias
Furação por escoamento:
Ferramenta
Vídeo: Filme Centerdrill Polimais 2010
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
116
5. Operações Unitárias
Indústria automobilística, quadro de bicicletas, móveis tubulares e metálicos
para escritórios, equipamentos para construção civil e agricultura, estruturas
metálicas, reservatórios de ar comprimido e líquidos, quadros elétricos, etc:
Conexão de tubos
de cobre 
Furo roscado para fixação
de adaptador plástico em
canal de alumínio
Furação - Aplicação
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
117
5. Operações Unitárias
Furação - Aplicação
Sistema de 
eixo frontal 
Bicicletas (furos roscados) 
e cadeiras de rodas (furos 
roscados e mancais 
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
118
5. Operações Unitárias
Laminação de Forja
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
119
5. Operações Unitárias
Cunhagem
É um processo de prensagem geralmente realizado a frio em que as
superfícies das peças são limitadas pelas matrizes de modo que o perfil e
a impressão sejam reproduzidos perfeitamente.
Usada para fabricar moedas, medalhas, talheres e outras peças
pequenas, bem como para gravar detalhes de diversos tipos em peças
maiores.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. SilvioRomeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
120
5. Operações Unitárias
Cunhagem
A cunhagem é realizada em prensas ou martelos de forja, submetendo o
metal a uma deformação entre as duas partes da matriz fazendo
ultrapassar o limite de escoamento sob compressão do metal.
Geralmente aumentando a carga acima do limite de 3 a 5 vezes, para
conseguir a deformação desejada.
Vídeo: Prensa Hidráulica - Modelo 
PHIC - 550T
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
121
5. Operações Unitárias
Consiste em separar o material, geralmente aquecido, por meio de um mandril
de furação provido de gume; depois que a ferramenta foi introduzida até a
metade da peça, esta é virada para ser fendilhada do lado oposto.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
122
Fendilhamento
5. Operações Unitárias
Expansão
Visa alargar uma fenda ou furo, fazendo
passar através do mesmo uma
ferramenta de maiores dimensões.
Como etapas de forjamento podem ser ainda executadas operações de Corte, 
Curvamento, Dobramento, Torção, Entalhamento, dentre outros.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
123
5. Operações Unitárias
Tabela de Cor do Aço – Temperatura 
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
124
 As matrizes para forjamento estão sujeitas a grandes solicitações
mecânicas (até 200 kgf/mm2) bem como a solicitações térmicas, uma vez
que o material forjado se encontra a temperaturas apreciáveis.
 Devido a essas solicitações, as matrizes devem ser construídas de
materiais que apresentem as seguintes características:
 alta dureza;
 elevada tenacidade;
 resistência à fadiga;
 alto limite de escoamento;
 alta resistência mecânica a quente;
 tolerância contra oscilações térmicas.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
125
6. Matrizes de Forjamento
 Materiais para Matrizes
Forjamento a frio:
 Para forjamento a frio são considerados os chamados aços
“indeformáveis”, que são materiais que apresentam pouca ou nenhuma
alteração de forma e/ou dimensão durante o tratamento térmico.
 Nas classificações AISI e SAE tais aços são designados pelas letras:
“O” - quando de baixa liga e temperáveis em óleo;
“D” - quando de alta liga e temperáveis em óleo ou ar
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
126
6. Matrizes de Forjamento
APLICAÇÃO AÇO COMPOSIÇÃO
Matrizes para conformação 
a frio para pequenas séries
VND ( Villares) 
AISI O1
C=0,95% Mn=1,25% Cr=0,50% 
W=0,50% V=0,12%
Matrizes de forjamento para 
martelo de queda livre com 
gravuras rasas
VETD (Villares) 
AISI W2
C=1,00% V=0,25%
Matrizes para grandes séries VC130 (Villares) 
AISI D3
C=2,0% Cr=11,5% V= 0,2%
Materiais para Matrizes
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
127
6. Matrizes de Forjamento
o Materiais para matrizes
o Forjamento a quente: 
o Esses aços são designados pela AISI e SAE com as letras H e dividem-
se em quatro grupos:
ao Cr-Mo - tipos H11, H12, H13 e H15
ao Cr-W - tipos H14 e H16
ao W - tipos H20, H21, H22, H24 e H26
ao Mo - tipos H41, H42 e H 43
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
128
6. Matrizes de Forjamento
APLICAÇÃO AÇO COMPOSIÇÃO
Matrizes para forjamento em
prensa de grande série de peças
de aço que requerem altas taxas
de deformação e elevado tempo
de contato peça/matriz
VPCW (Villares) 
AISI H12
C=0,35% Si=1,0% 
Cr=5,0%
Mo=1,5% W=1,35% 
V=0,25%
Matrizes para forjamento, em 
prensa de ligas de cobre, ligas de 
alumínio e de magnésio
VPC (Villares) 
AISI H11
C=0,38% Si=1,0% 
Cr=5,0% Mo= 1,35% 
V= 0,4%
Materiais para Matrizes
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
129
6. Matrizes de Forjamento
o Materiais para matrizes
o O tratamento térmico para matrizes deve ser especificado com base nas
solicitações mecânicas.
o Como valores orientativos temos que:
o para forjamento a frio, durezas da ordem de 50 a 65 HRC
o para forjamento a quente, durezas da ordem de 30 a 45 HRC 
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
130
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
1. Escolha da linha de aparte;
2. Desenho da peça para forjamento;
3. Cálculo da contração;
4. Obtenção das dimensões da rebarba;
5. Dimensões mínimas da matriz;
6. Obtenção da matéria prima necessária;
7. Estimativa da carga de forjamento.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
131
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
1. Escolha da linha de aparte
 Para seleção da linha de aparte alguns critérios devem ser utilizados:
 a linha de aparte deve estar posicionada de tal maneira que permita a
fácil remoção da peça de qualquer uma das duas metades da matriz;
 preferencialmente a linha de aparte deve ser plana;
 para peças simétricas a linha de aparte deve dividir a peça em duas
partes iguais;
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
132
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
o A linha de aparte em (a) fará com que a rebarba se forme antes que a parte
superior esteja preenchida. No caso (c) isto é evitado, mas em contrapartida a
construção da matriz ficará mais onerosa. O caso (b) é um caso intermediário.
o Idealmente a linha de aparte deve se localizar em um ponto que deve ser
o último a ser preenchido;
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
133
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
o No caso (a) a localização da linha de aparte dificulta a fixação no torno;
afastando-se um pouco a linha de aparte (b), sobra mais espaço para a
aplicação da fixação.
o em peças que serão usinadas posteriormente deve-se localizar a linha de
aparte de modo que não dificulte a posterior fixação da peça na
máquina.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
134
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
2. Desenho da peça para forjamento
 Definida a linha de aparte já é possível saber a posição da peça na matriz de
forjamento.
 Assim sendo, partindo-se do desenho da peça usinada deve-se incorporar
algumas alterações para que seja possível o seu forjamento.
 Estas alterações são:
• previsão de sobremetal para usinagem;
• previsão de ângulos de saída para as superfícies que forem paralelas a direção
de forjamento;
• previsão de raios de concordância para os cantos;
• Definir as tolerâncias dimensionais do forjado de acordo com a Norma NBR
8999
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
135
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
A escolha do sobremetal está
intimamente relacionada às
incertezas do projetista quanto
à rigidez da máquina utilizada,
à conformidade dos materiais
escolhidos para a peça e
matrizes, bem como à
fabricação dessas matrizes
(dimensões e propriedades).
2. Desenho da peça para forjamento
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
136
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Em forjamento com matrizes fechadas é extremamente difícil
produzir componentes com filetes muito agudos, almas finas e
frisos ou arestas muito altas.Para evitar o trancamento dos mandris quando da gravação das
matrizes, os ângulos internos de saída são menores que os externos:
o ângulo de saída varia 5° a 7° para superfícies internas e de 7° a
8° para superfícies externas.
2. Desenho da peça para forjamento
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
137
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Dimensão h (mm) Arredondamento dos 
cantos salientes r1 (mm)
Arredondamento dos cantos 
reentrantes r2 (mm)
De até Peças normais Peças precisas
- 25 2 4 4
25 40 3 6 5
40 63 4 10 6
63 100 6 16 8
100 160 8 25 10
160 250 10 40 16
Valores mínimos para os arredondamentos dos cantos salientes e 
reentrantes – DIN 7523
Concordância dos cantos: Deve-se evitar cantos
vivos, que criam tensões e, eventualmente, levam
metal a fissurar até 2 a 5 mm de profundidade.
Peça forjada Peça final (usinada)
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Tolerâncias:
 Deslocamento das duas “meias” matrizes
 Desgaste da cavidade da matriz
Matriz sem guia  Peça defeituosa
Matriz guiada 
(guias cônicas)
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
139
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Tolerâncias: Guias da matriz (centragem)
Guias cônicas
Guias com pinos
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
140
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
3. Cálculo de contração
 Em peças forjadas a quente deve-se levar em conta a contração que irá
ocorrer quando do seu resfriamento. Desta forma a cavidade na matriz será
construída ligeiramente maior que as dimensões da peça a ser forjada.
 Para se obter as dimensões na cavidade multiplica-se as dimensões
correspondentes da peça pelo Fator de Contração, cujo valor é dado por:
FC = 1+ t x 
onde :
FC = Fator de Contração
t = temperatura do forjado - temperatura da matriz [C]
 = coeficiente de dilatação linear
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
141
6. Matrizes de Forjamento
• A rebarba é responsável pela elevação da carga de forjamento, de
forma a aumentar a pressão sobre o material no final da operação,
garantindo assim o completo preenchimento de todos os detalhes da
matriz.
4. Dimensões da rebarba
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
142
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Peso do Forjamento a frio Forjamento a quente
forjado [Kg] e [mm] L [mm] e [mm] L [mm]
até 0,5 1,6 20 3 20
0,6 a 2,5 1,6 26 3 26
2,6 a 4,5 2,5 32 4 32
4,6 a 7,0 3,5 35 5 35
7,1 a 12,0 4,0 38 6 38
12,1 a 28 5,0 45 7 45
28,1 a 46,0 6,5 50 8 50
46,1 a 90,0 - - 10 64
C= 2 x e
W = 8 x e 
Dimensões de rebarba - DIN 7523
Existe um número considerável de
possíveis perfis para a rebarba.
Para exemplificar adotaremos um
tipo de perfil para a rebarba e
obteremos os valores de suas
dimensões básicas na tabela
abaixo.
o As dimensões do bloco devem ser calculadas em função dos esforços aos
quais a matriz estará sujeita, mas como uma primeira aproximação
utilizam-se como valores mínimos os constantes na tabela a seguir.
o Os valores constantes da coluna 2 são para espessura mínima de parede em
matrizes com apenas uma impressão.
o No caso de matrizes com mais de uma impressão a espessura mínima de
parede é dada pela coluna 3 e o valor de “h” deve ser o menor, dentre as
impressões.
o Para altura mínima do bloco, a coluna 4 apresenta valores e neste caso se o
bloco possuir múltiplas impressões deve ser utilizado o “h” da maior impressão.
5. Dimensões mínimas da matriz
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
144
6. Matrizes de Forjamento
5. Dimensões mínimas da matriz
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
a
a
H
h
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
145
6. Matrizes de Forjamento
5. Dimensões mínimas da matriz
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
H - altura do bloco 
da matriz 
a – espessura de parede entre
a aresta externa e impressão a – espessura de parede entre
a uma impressão e outra.
h – profundidade da impressão
5. Dimensões mínimas da matriz
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Para obtenção da matéria prima inicialmente calculamos o peso do forjado como se
segue:
PBF = PPF + POX +PR onde:
PBF = Peso Bruto do Forjado [Kg]
PPF = Peso da Peça Forjada [Kg] 
POX = Peso do Óxido que se forma durante o aquecimento no forjamento a quente 
e que para o aço pode ser estimado como sendo;
6 % do PBF se o PBF < 4,6 Kg
5 % do PBF se o 4,7Kg < PBF < 11,5 Kg
4 % do PBF se o PBF > 11,5 Kg
PR = Peso da Rebarba
6. Cálculo do blank
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
O cálculo exato da força necessária para deformação no forjamento é
extremamente difícil, pois alem da complexidade própria da deformação
plástica, existe ainda o problema dos atritos (peça com a matriz), os
problemas de resfriamento da peça em contato com a matriz etc...
 Em função disto realiza-se uma simplificação até certo ponto grosseira que
permite a estimativa da ordem de grandeza das forças envolvidas.
Para forjamento em prensa:
onde :
f = força de forjamento [ton]
Sp = Área projetada do forjado + rebarba na linha de aparte [mm2]
k = coeficiente de complexidade do forjado
 = tensão média de escoamento do material na temperatura de 
forjamento [ton/mm2] ( valor obtido em ensaios ou tabelas)
f kS p 
7. Estimativa da força de forjamento
MODO DE DEFORMAÇÃO K
Compressão de um cilindro entre duas placas planas 1,2 - 2,5
Forjamento de peças simples sem a formação de rebarba 3- 5
Forjamento de peças simples com a formação de rebarba 5-8
Forjamento de peças complexas com a formação de rebarba 8-12
Valores de "k” para cálculo da força em forjamento com prensa 
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
150
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Simufact.Forming 9.0
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
151
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Figura 1 – Modelo tridimensional do flange (a) e da polia (b) utilizados como 
moldes para a cavidade das matrizes 
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
152
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Figura 2 – Modelo de elementos finitos para análise do flange (a)
e para análise da polia (b)
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
153
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Figura 4 – Esquema geométrico do ferramental de conformação do flange (a) 
e da polia (b)
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
154
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Figura 5 – Temperatura (a) e preenchimento da matriz (b) resultados da simulação 
do forjamentodo flange .
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
155
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Figura 6 – Temperatura (a) e preenchimento da matriz (b) resultantes da simulação 
do forjamento da polia
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
156
6. Matrizes de Forjamento
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
7. Estimativa da força de forjamento
Tabela1: Valores da carga de conformação de ambas as peças
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
157
6. Matrizes de Forjamento
DT= P.dh - Trabalho elementar
R = P/A – Resistencia a deformação
Vc ~ cte na deformação
P
V R
h
h
h

. (ln )0
1
onde:
P = Força de forjamento em Kgf
V = Volume do corpo em mm3
R = Resistência real à deformação em Kgf/mm2
h0 = Altura inicial do corpo em mm
h1 = Altura final do corpo em mm
h = h0 - h1 
7. Estimativa da Força de Forjamento Livre
Projeto preliminar de uma matriz para forjamento
Fabricação da Matriz
Processos utilizados
 Usinagem convencional (Torneamento, furação, fresamento, outros).
 Conformação (Recalque a frio ou a quente).
 Usinagem eletroquímica (Uso de altas densidades de corrente ± 200 A/cm2).
 Usinagem por descartas elétricas (Tensão elétrica alternante ± 100 MHz, e 
temperaturas entre 3.000 a 10.000 °C).
Para haver forjamento econômico com bons resultados necessita-se:
— Minimizar a carga de forjamento,
— Minimizar tempo de forjamento,
— Minimizar número de etapas e acessórios,
— Simplificar a fabricação das matrizes e ferramentas,
— Garantir qualidade das peças obtidas.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
159
6. Matrizes de Forjamento
Lubrificação
 Óleos e graxas com aditivos para resistência à alta pressão
(forjamento a frio);
 Grafite (no forjamento a quente).
Os lubrificantes do forjamento têm que cumprir as seguintes exigências:
1.Estender a vida da matriz.
2.Manter a estrutura e a superfície de produtos forjados.
3.Impedir redução da qualidade.
4.Não causar riscos à saúde do operador.
5.O lubrificante do forjamento deve ser facilmente removível da superfície 
do molde lavando.
UNISOCIESC – Campus Boa VistaProf. Silvio Romeu Sell
PFA II - CONFORMAÇÃO
160
6. Matrizes de Forjamento
Defeitos em Forjados
Os produtos forjados podem apresentar os seguintes defeitos típicos:
A) Falta de redução: caracteriza-se pela penetração incompleta do metal na
cavidade da ferramenta. Isso altera o formato da peça e acontece quando são
usados golpes rápidos e leves do martelo.
B) Trincas superficiais: causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em
temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.
C) Trincas nas rebarbas: causadas pela presença de impurezas nos metais ou
porque as rebarbas são pequenas. Elas se iniciam nas rebarbas e podem
penetrar na peça durante a operação de rebarbação.
D) Trincas internas: originam-se no interior da peça, como consequência de
tensões originadas por grandes deformações.
E) Incrustações de óxidos: causadas pela camada de óxidos que se formam durante o
aquecimento. Essas incrustações normalmente se desprendem mas, ocasionalmente,
podem ficar presas nas peças.
F) Descarbonetação: caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do aço, causada
pelo aquecimento do metal .
Defeitos em Forjados
G) Queima: gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos
formando películas de óxidos. Ela é causada pelo aquecimento próximo do ponto
de fusão.
H) Gotas frias: são descontinuidades originadas pela dobra de superfícies, sem a
ocorrência de soldagem. Elas são causadas por fluxos anormais de material
quente dentro das matrizes, incrustações de rebarbas, colocação inadequada do
material na matriz.
Ilustração da dobra superficial (prega, fenda de superposição) e da falha de
enchimento.
Formação de dobra (falha de enchimento) 
em peças com bruscas variações de seção.
Formação de dobra superficial
durante forjamento de peça.
Exercícios
1. Diferencie as características dos produtos da laminação e do forjamento.
2. Quais os principais tipos de equipamentos de forjamento?
3. Compare vantagens e limitações dos martelos de queda livre e dos de duplo
efeito.
4. Descreva resumidamente as prensas excêntricas e hidráulicas, citando suas
vantagens e limitações.
5. Diferencie forjamento livre, forjamento em matriz aberta e forjamento em
matriz fechada, citando aplicações, vantagens e desvantagens de cada
processo.
6. Quais as duas funções da rebarba no forjamento em matriz fechada?
7. Para seleção da linha de aparte, cinco critérios básicos devem ser utilizados.
Quais são eles?
8. Em que consiste a operação de furação por escoamento? Represente
esquematicamente o processo e cite suas principais aplicações
9. Quais fatores devem ser considerados no projeto da matriz de forjamento?
10. Quais fatores devem ser considerados no projeto da peça a ser forjada?
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
164
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – MATRIZ DE FORJAMENTO
o No forjamento em matriz fechada são empregados aços para trabalho a
quente, aços altamente ligados, como o aço H13, uma vez que durante o
processo de forjamento, o ferramental é submetido a vários tipos de
solicitações:
o 1. solicitação mecânica,
o Ex.: solicitações de amortecimento em martelo de forja.
o 2. solicitação térmica
o 3. Oxidação
o 4. Desgaste através do atrito entre peça e ferramenta.
PFA II - CONFORMAÇÃO
UNISOCIESC – Campus Boa Vista
165
Prof. Silvio Romeu Sell
2. Processo – MATRIZ DE FORJAMENTO
o Requisitos básicos – Seleção da Matriz
o • Resistência ao impacto
o • Resistência à abrasão
o • Resistência à fadiga térmica
o • Resistência ao desgaste
o • Resistência ao amolecimento pelo calor
o • Resistência à altas pressões
PFA II - CONFORMAÇÃO
Aula 5 – PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICAProf. - Silvio Romeu Sell
CONFORMAÇÃO MECÂNICA MECÂNICA DO FORJAMENTO
 Cálculo dos Esforços no Forjamento (P)
Aula 5 – PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICAProf. - Silvio Romeu Sell
CONFORMAÇÃO MECÂNICA MECÂNICA DO FORJAMENTO
Aula 5 – PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICAProf. - Silvio Romeu Sell
CONFORMAÇÃO MECÂNICA MAQUINAS DE FORJAMENTO
MARTELO DE QUEDA LIVRE - TRABALHO
 O trabalho que ode ser transmitido (ou energia do golpe) é expresso através da energia cinética
disponível imediatamente antes do impacto;
 Este tipo de equipamento é limitado então pela massa do martelo e pela altura máxima de
elevação dessa massa, embora existam equipamentos modernos em que se podem variar a
magnitude massa cadentes;
Aula 5 – PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICAProf. - Silvio Romeu Sell
CONFORMAÇÃO MECÂNICA MAQUINAS DE FORJAMENTO
MARTELO DE DUPLA AÇÃO - TRABALHO