Forjamento

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Forjamento
O forjamento é o processo de transformação dos metais
em uma forma útil, através da deformação plástica realizada
por prensagem ou martelagem.
O forjamento é o mais antigo processo de conformar
metais.
Na maioria das operações de forjamento emprega-se um
ferramental constituído por um par de ferramentas de
superfície plana ou côncava, denominado matriz ou estampo;
Forjamento
A maioria das operações de forjamento é realizada
a quente, porém uma grande variedade de peças de
pequenas dimensões pode ser produzida por forjamento a
frio.
Forjamento
Aplicação: Produtos acabados ou semiacabados com alta
resistência mecânica destinada a sofrer grandes esforços e
solicitações em sua utilização.
Classificação dos processos de forjamento
• Quanto à temperatura
• Quanto ao método de aplicação de carga
• Quanto ao tipo de matriz
Classificação dos processos de forjamento
Quanto à temperatura:
Forjamento á quente (mais comum):
• Permite grandes deformações.
• Menores valores de carga mecânica.
• Boa precisão dimensional,
Forjamento á frio:
• Deformações limitadas.
• Maiores valores de carga mecânica.
• Excelente precisão dimensional,
Classificação dos processos de forjamento
Quanto ao método de aplicação de carga:
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. Portanto método
de aplicação da carga mecânica poder ser dividido em:
• Por impacto (martelamento).
• Por pressão
Equipamentos para forja
Basicamente existem duas grandes famílias de
equipamentos para forja, as prensas e os martelos e cada um
deles se subdividem de forma genérica em alguns tipos
peculiares:
O martelo
A peça mais comumente usada dos equipamentos de
forja é o martelo de forja.
O martelo
Uma capacidade maior de forja é atingida com um
martelo de duplo efeito no qual o martelo é acelerado no seu
curso descendente por pressão de vapor ou ar comprimido
em adição à gravidade. O vapor ou ar comprimido podem
também serem usados para elevar o martelo no seu curso
ascendente.
O martelo
O martelo
Mas dada a configuração deste tipo de martelo temos
como desvantagens:
• maior desalinhamento entre as partes superior e inferior
da matriz;
• a força de forjamento deve estar localizada no meio da
matriz para evitar grandes atritos entre as massas e as guias;
• não é possível manipular a peça durante o movimento
do martelo
• maiores despesas de manutenção
A prensa
Prensas de fuso:
A prensa
Prensas de fuso
Este tipo de prensa é muito comum na Europa e se
constitui no tipo de prensa mais antigo.
Comparada com as prensas hidráulicas se caracterizam
por serem mais rápidas, ocuparem um espaço menor, e
possuírem uma manutenção mais simples. Comparada com os
martelos se caracterizam por serem mais silenciosas,
desgastarem menos as matrizes, necessitarem de fundações
menos robustas e serem mais eficiente, aproveitando melhor
a energia.
A prensa
Prensas excêntricas ou mecânicas
A prensa
Prensas excêntricas ou mecânicas
Depois do martelo de forja, a prensa mecânica é o
equipamento mais comumente utilizado. Pode ser constituído
de um par biela/manivela, para transformar um movimento
de rotação, em um movimento linear recíproco da massa
superior da prensa.
A prensa
Prensas hidráulicas
A velocidade do pistão pode ser controlada e mesmo
variada durante o seu curso.
A prensa hidráulica é uma máquina de velocidade baixa,
o que resulta em tempos longos de contato com a peça que
pode levar a problemas com a perda de calor da peça a ser
trabalhada e com a deterioração da matriz. Por outro lado, a
prensagem lenta de uma prensa hidráulica resulta em
forjamento de pequenas tolerâncias dimensionais.
Martelo x Prensa
Uma característica comum aos martelos é que em
função do forjamento ser feito por meio de golpes, o martelo
adquire grande flexibilidade, pois enquanto as prensas são
limitadas em termos de força (só podem ser aplicadas se a
força requerida for menor que a disponível), nos martelos
esta limitação não existe uma vez que o martelo aplicará
golpes sucessivos até que a conformação desejada se
processe.
Um outro aspecto relativo aos martelos é que estes
requerem em média 400% mais energia, que as prensas, para
executar a mesma deformação.
Martelo x Prensa
MARTELOS:
• 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 ;
• Impactos no solo (pode ser minimizado pelo uso de
martelos de contragolpe);
Martelo x Prensa
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 às fundações;
• Alto tempo de contato sob pressão entre o forjado e a
matriz;
• São mais caras e exigem mais manutenção que os
martelos
Classificação dos processos de forjamento
Quanto ao tipo de matriz:
Toda a operação de Forjamento precisa de uma Matriz.
É ela que ajuda a fornecer o formato final da peça forjada.
Podendo ser dividida em dois processos:
• Matriz aberta ou livre (Forjamento livre)
• Matriz fechada (Forjamento em matriz)
Forjamento livre
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.
Em princípio, o forjamento livre é uma operação
preliminar em que, a partir de blocos, tarugos etc., se
procura esboçar a formas que, em deformações posteriores
por forjamento em matriz ou outro processo, são
transformadas em objetos de formas mais complexas.
Forjamento livre
Forjamento livre
Forjamento livre
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.
Tanto numa situação quanto outra, o formato da peça,
assim como suas dimensões são obtidas pela habilidade do
forjador em manipular as máquinas e as ferramentas, sendo,
portanto uma operação a ser realizada por profissional
especializado.
Forjamento livre
Características:
Aplicação de forças de compressão ocorre em regiões
localizadas da peça.
O constrangimento lateral das matrizes é diminuto ou mesmo
inexistente.
A forma final da peça é obtida por intermédio da sua
manipulação (ex: avanço, rotação...) – golpes sucessivos da
prensa.
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento livre
TIPOS DE FORJAMENTO LIVRE
Forjamento em matriz
Neste processo, o forjamento é realizado em matrizes
fechadas, que conformam a peça de acordo com uma forma
definida e precisa.
A obtenção de um formato complexo normalmente não
é possível com uma única etapa de trabalho, exigindo uma
ou mais etapas de pré-forjamento.
Forjamento em matrizInicialmente, procede-se ao esboçamento, ou seja, ao
preparo grosseiro da forma da peça (por intermédio de uma
operação de forjamento livre, por exemplo). O tarugo pré-
moldado é então colocado na cavidade da matriz de forja em
bruto para atingir uma forma próxima à desejada. A maior
parte da mudança da forma ocorre quase sempre nessa
etapa. Em seguida a peça é transferida para uma matriz de
acabamento, onde é forjada para a forma e dimensões
finais.
Forjamento em matriz
VANTAGENS:
• Para peças de geometrias complexas;
• Alta produtividade;
• Maior homogeneidade estrutural;
• Melhor qualidade dimensional;
• Normalmente realizado em prensas;
Forjamento em matriz
LIMITAÇÕES:
Uma quantidade insuficiente de material implica na
falta de enchimento da cavidade e falha no volume da peça.
Um excesso de material causa sobrecarga no ferramental,
com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário
Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata
fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno
excesso.
Forjamento em matriz
LIMITAÇÕES:
O material excedente forma uma faixa estreita
(rebarba) em torno da peça forjada.
A rebarba exige uma operação posterior de corte
(rebarbação) para remoção.
Forjamento em matriz
Função da rebarba:
Garantir preenchimento correto das matrizes.
Regular o escapamento 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. Por isso procura-
se dimensionar os canais da rebarba de modo o escoamento
do metal através dela seja mais DIFÍCIL que o preenchimento
do mais intrincado detalhe da matriz.
Etapas típicas do processo de forjamento
• Corte do material;
• Aquecimento (para forjamento a quente);
• Pré-conformação mediante operações de forjamento livre
(conformação intermediária);
• Forjamento em matriz (uma ou mais etapas);
• Rebarbação;
• Tratamento térmico (alivio de tensões, homogeinização da
microestrutura, melhoria da usinabilidade e prop.
mecânicas).
Projeto de matrizes
Pontos importantes:
Desenho da matriz (de acordo com a peça).
Alterações no desenho:
• Previsão do metal em excesso;
• Previsão de ângulos de saída para as superfícies que
forem paralela a direção de forjamento;
• Previsão de raios de concordância para os cantos;
Cálculo da contração
Material da matriz
Projeto de matrizes
O excesso de material é função das dimensões da peça.
Recomenda-se o emprego da seguinte regra:
Ângulos de saída: O valor desta inclinação varia de 5º a 7º
para as superfícies internas e de 7º a 8º para superfícies
externas, isto para a retirada da peça.
Raios de concordância.
COTA <30 de 31 a 60 de 61 a 120 de 121 a 250 de 251 a 500 >500 
Sobremetal 1 1,5 2 2,5 3,5 5 a 8 
 
Projeto de matrizes
Cálculo da contração: Como as peças são forjadas á quente é
importante levar em conta a contração que irá ocorrer após
o resfriamento. Para se obter as dimensões na cavidade
multiplica-se as dimensões correspondentes da peça pelo
fator de contração e soma o excesso necessário, cujo valor é
dado por:
Projeto de matrizes
Material da matriz: As matrizes para forjamento estão
sujeitas a grandes solicitações mecânicas, bem como a
solicitações térmicas. 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.
Defeitos do forjamento
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, quando a garganta da rebarba é mal
dimensionada ou quando existem gases aprisionados.
Trincas superficiais - causadas por trabalho excessivo na
periferia da peça em temperatura baixa, ou por alguma
fragilidade a quente
Defeitos do forjamento
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.
Trincas internas - originam-se no interior da peça, como
consequência de tensões oriundas de grandes deformações.
Defeitos do forjamento
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.
Força no forjamento
Força em forjamento livre:
A força necessária para deformar o metal num forjamento
livre é dado por:
𝑃 =
𝑉. 𝑅𝑑 . 𝑙𝑛
ℎ𝑜
ℎ1
𝑒
Força no forjamento
Nessa equação V é o volume da peça (considerado
constante). Dado por Soho ou S1h1. Onde S representa área
superficial e h a altura da peça.
Força no forjamento
Nessa equação e é o esmagamento total realizado. Dado por
ho – h1.
Força no forjamento
Finalmente Rd é a resistência à deformação.
Força no forjamento
Força no forjamento
Força em forjamento em matriz:
Devido ao atrito das paredes da matriz e à cavidade que
retém o material, a resistência real à deformação Rd é maior
e deve ser multiplicada por um coeficiente que leva em
consideração as condições acima. Esse coeficiente é da
ordem de 1,3 a 1,6, de acordo com a forma da cavidade da
matriz.
𝑃 =
𝑉. 𝐾. 𝑅𝑑 . 𝑙𝑛
ℎ𝑜
ℎ1
𝑒