Aula 11 Forjamento

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Msc. Keli Vanessa Salvador Damin
Aula 11 - Forjamento
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Classificação Processos de Fabricação
Processos de Fabricação
Com remoção de cavaco
Sem remoção de cavaco
Conformação Mecânica
Soldagem
Fundição
Metalurgia do Pó
Laminação
Forjamento
Extrusão
Trefilação
Estampagem
O que é forjamento?
O que é forjamento?
Forjamento é o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho.
Forjamento
Forjamento é o mais antigo processo de conformação de metais.
Usado para a fabricação de produtos acabados ou semiacabados com alta resistência mecânica destinados a sofrer grandes esforços e solicitações durante sua utilização.
Forjamento
Características
Melhoria da microestrutura 
Resistência maior
Melhor acabamento superficial que a fundição.
Melhor distribuição das fibras
Considerações do processo
Taxa de produção: 1 a 300peças/h
Lotes economicamente viáveis: > 10.000 peças
Custo do ferramental e do equipamento: alto
A espessura mínima de parede é aproximadamente 3 mm;
Tamanhos usuais na faixa de 10 g a 250 kg
A complexidade da peça é limitada pelo fluxo do material na matriz;
Orifícios de diâmetro pequeno e profundo são difíceis de produzir;
Devem-se evitar variações bruscas de seções porque são causam concentrações de tensões no resfriamento.
 
Considerações do processo
No forjamento o material pode ser deformando por:
Martelamento
Prensagem
Forjamento
É feito aplicando-se golpes rápidos e sucessivos no metal por meio de uma massa (200 - 3000kg) que cai livremente, ou é impulsionada de uma certa altura (1,0 – 3,5m).
A pressão máxima acontece quando o martelo toca o metal, diminuindo de intensidade à medida que a energia do golpe é absorvida na deformação do material.
Forjamento por Martelamento
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Características 
Energia dissipada perto da superfície da peça 
Deformações maiores perto da superfície (deformação irregular nas fibras do material) 
Forjamento por Martelamento
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Características 
Várias pancadas para produzir a peça 
Devido ao impacto é necessário matrizes especiais de elevado custo
Pontas de eixo e virabrequins são exemplos de produtos forjados fabricados por martelamento.
Forjamento por Martelamento
Vídeo: forjamento por martelamento
A pressão máxima acontece quando o martelo toca o metal, e diminui de intensidade à medida que a energia do golpe é absorvida na deformação do material. 
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O metal fica sujeito à ação de um força de compressão contínua em baixa velocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco antes de ser retirada.
A força é realizada por prensas:
Mecânicas (cargas entre 100 e 8.000 ton)
Hidráulicas (carga entre 300 e 50.000 ton)
Forjamento por Prensagem
Vídeo: forjamento de rotor.wmv 5:45 – 6:30
Prensas Hidráulicas são mais caras.
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Características
Aplicação da força de forma lenta 
Peças grandes 
Matrizes são mais baratas 
Melhor acabamento 
Deformação resultante é mais regular
Forjamento por Prensagem
Desvantagens: 
Custo elevado do equipamento 
Maior troca térmica
Palhetas de turbinas e forjados de liga leve são produtos fabricados por prensagem.
Forjamento por Prensagem
As operações de forjamento podem ocorrer a quente a frio e a morno. 
Nós veremos mais detalhes adiante.
 
Forjamento
Na maioria das operações de forjamento, emprega-se um ferramental formado por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominado de matrizes ou estampos.
Forjamento - Ferramental
Requisitos de uma matriz
Resistência ao desgaste 
Resistência à fadiga térmica 
Resistência ao impacto 
Resistência à abrasão 
Resistência ao amolecimento pelo calor
Forjamento - Ferramental
Desta forma os materiais mais utilizados para matrizes de forjamento são:
Aços-ligas
Metal-duro
Aços Cr-Ni e Cr-Ni-Mo (para metais não ferrosos leves)
Aços ligados (para aços ao carbono)
Forjamento - Ferramental
O forjamento é dividido em duas categorias de acordo com o tipo de matriz empregada:
Forjamento em matriz aberta (ou livre);
Forjamento em matriz fechada.
Tipos de Forjamento
Forjamento em matriz aberta
O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam. 
O metal aquecido é submetido ao impacto de um martelo, que é acionado por um sistema pneumático ou simplesmente por queda livre, sendo que o fluxo do metal não é confinado.
Vídeo: Forjamento matriz aberta
Forjamento em matriz aberta
Usado para fabricar peças de grandes dimensões acabadas que sejam grandes, com geometria simples e em pequenas escala.
Exemplos: eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, ferramentas agrícolas.
Forjamento em matriz aberta
Também é usado como primeira de uma série de etapas de forjamento, em que é conferido a um tarugo um formato ainda grosseiro, para facilitar a obtenção de uma peça de geometria complexa através de forjamento em matriz fechada ou usinagem.
Forjamento em matriz aberta
Vantagens
 Matrizes simples e baratas;
 Grande faixa de tamanhos; 
 Boa resistência mecânica.
Forjamento em matriz aberta
Limitações
 Somente formatos simples;
 Difícil obter tolerâncias estreitas;
 Baixa taxa de produção; 
 Pouco aproveitamento do material;
 Maior habilidade requerida.
Forjamento em matriz aberta
Forjamento em matriz fechada
Nesse processo, 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.
A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semifechada, permitindo, assim, a produção de peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.
Forjamento em matriz fechada
Uma peça forjada acabada geralmente não é conformada em um só golpe.
Por isso, para a confecção de uma única peça são necessárias várias matrizes com cavidades correspondentes aos formatos intermediários que o produto vai adquirindo durante o processo de fabricação.
 
Forjamento em matriz fechada
Vídeo: Forjamento Virabrequim
Uma peça forjada acabada geralmente não é conformada em um só golpe, porque tanto a direção quanto a extensão na qual o metal pode escoar são pequenas. 
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Nos casos em que a deformação ocorra dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material: 
Pouco material: implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da peça; 
Excesso de material: causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário.
Forjamento em matriz fechada
Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso e para isso as matrizes são providas de uma zona oca na lateral especialmente projetada para recolher o material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal.
Vídeo: Zona de formação de rebarba.mp4
Forjamento em matriz fechada
O material excedente forma uma rebarba em torno da peça forjada que exige uma operação posterior de rebarbação para sua remoção.
Vídeo: Zona de formação de rebarba.mp4
Forjamento em matriz fechada
Vantagens
Melhor aproveitamento do material
Melhores propriedades
Boa precisão dimensional
Alta taxa de produção
Boa reprodutibilidade
Forjamento em matriz fechada
Teste seu conhecimento
Etapas
Os processos convencionais de forjamento em matriz fechada são executados tipicamente em diversas etapas:
Corte do material
Aquecimento
Pré-conformação (forjamento em matriz aberta se necessário)
Forjamento em matriz fechada
Rebarbação
Etapas
Teste seu conhecimento
1. Descreva, com suas palavras, as etapas do forjamento em matriz fechada. 
Teste seu conhecimento
Teste seu conhecimentoDefeitos de forjamento
Falta de redução: caracteriza-se pela penetração incompleta do metal na cavidade da ferramenta.
Trincas superficiais: causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.
Trincas nas rebarbas: causadas pela presença de impurezas nos metais ou porque as rebarbas são pequenas.
Trincas internas: originam-se no interior da peça, como consequência de tensões originadas por grandes deformações.
Síntese
Forjamento
	É um processo de conformação mecânica efetuada com esforço de compressão sobre um material de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho
Tipos de forjamento
Forjamento em matriz aberta
Forjamento em matriz fechada.
No forjamento o material pode ser deformando por:
Martelamento
Prensagem
Defeitos da Forjamento
Falta de redução
Trincas superficiais
Trincas nas rebarbas
Trincas internas.
Temperaturas
A Quente;
A Frio; 
A Morno
Atividade
Serão distribuídos alguns artigos. Em grupos, leiam e façam 1 pergunta de cada artigo. Depois os colegas dos outros grupos deverão responder. 
Referências
CHIAVERINI,	Vicente. Tecnologia mecânica – Processos de fabricação e Tratamento. 2ª edição – São Paulo: McGraw-Hill, 1986.
MORO, Norberto; AURAS, André P. Processos de fabricação – Conformação mecânica I – Generalidades, Laminação e Forjamento. Disponível em <http://www.norbertocefetsc.pro.br/pfb_conformacaoi.pdf >. Acesso em: 23 de fevereiro de 2012.
PAVANATI, C. Henrique. Processos de Fabricação – . Disponível em < http://pavanati.dominiotemporario.com/disciplinas_2.html >. Acesso em: 9 de outubro de 2012.
KIMINAMI, C, S. et al. Introdução aos processos de fabricação de produtos metálicos. 1ed. Blucher. 2011.
Fundação: Roberto Marinho, Mecânica – Processos de Fabricação. 1 ed. São Paulo: Globo, 2000.