Forjamento

Prévia do material em texto

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
FORJAMENTO
Prof. Marco Lacerda
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
	É o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho.
Definição de forjamento
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Histórico
É o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo. A substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revolução Industrial.
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Martelamento: é feito aplicando-se golpes rápidos e sucessivos no metal. Desse modo, a pressão máxima acontece quando o martelo toca o metal, decrescendo rapidamente de intensidade à medida que a energia do golpe é absorvida na deformação do material. 
Histórico
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Atualmente existe um variado maquinário de forjamento, capaz de produzir peças das mais variadas formas e tamanhos, desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até rotores de turbinas e asas de avião.
Histórico
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Exemplos de peças fabricadas por forjamento
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes ou estampos.
Ferramentas
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Ferramentas
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões são produzidas por forjamento a frio.
Usos
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
é uma deformação plástica de metais, sem aquecimento, onde o material é forçado por compressão, a fluir entre uma matriz e um macho, resultando na obtenção de peças com forma e tolerâncias de precisão.
Suas aplicações estão crescendo rapidamente e seu potencial e desenvolvimento para peças com formas geométricas mais complexas, fabricadas com matérias-primas que permitem maior grau de deformação. 
FORJAMENTO A FRIO
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Menor quantidade de matéria-prima requerida (a peça pode ser obtida em sua forma final sem nenhuma perda de material.
Alta produtividade; 
Possibilita a substituição de um material de custo maior (alta liga) forjado a quente, por outro de custo menor (aço carbono) forjado a frio, obtendo-se assim peças forjadas com propriedades mecânicas equivalentes. 
VANTAGENS 
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Necessidade de prensas de maior capacidade; 
Pressões elevadas nas ferramentas, necessitando assim de materiais especiais e geralmente de alto custo; 
Necessidade de recozimentos intermediários para obterem-se grandes deformações; 
Viável economicamente apenas para lotes grandes de peças; 
Tempos de preparação de máquinas e ajuste do ferramental, maiores. 
 DESVANTAGENS 
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Geralmente, a estrutura e propriedades dos metais trabalhados a quente não são tão uniformes ao longo da seção reta como nos metais trabalhados a frio e recozidos, já que a deformação é sempre maior nas camadas superficiais. 
Como o interior do produto estará submetido a temperaturas mais elevadas por um período de tempo maior durante o resfriamento do que as superfícies externas, pode ocorrer crescimento de grão no interior de peças de grandes dimensões, que resfriam vagarosamente a partir da temperatura de trabalho. 
FORJAMENTO A QUENTE
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Para se obter peças forjadas com boa qualidade, o processo precisa ser completado a uma temperatura definida para cada tipo de material. 
Alcance da temperatura dos diferentes metais:
FORJAMENTO A QUENTE
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
 Na conformação a quente deve-se se tomar cuidado com as quedas de temperatura, não deixando ultrapassar o limite inferior da tabela 01. 
Esta queda de temperatura pode ocorrer devido ao esfriamento da peça em contato com o ar (radiação) e a transmissão de calor da peça para a ferramenta fria. Sendo que os fatores que influem na transmissão do calor são tempo de contato peça-ferramenta e a superfície da peça. 
Durante a conformação ocorre também um aquecimento da peça devido à energia de deformação, porem menos importante do que as perdas acima mencionadas. 
FORJAMENTO A QUENTE
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura; 
Aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); 
Homogeneização química das estruturas brutas de fusão em virtude da rápida difusão atômica interna; 
Eliminação de bolhas e poros por caldeamento; 
Eliminação e refino da granulação grosseira e colunar do material fundido, proporcionado grãos menores, recristalizados e equiaxiais; 
Aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao bruto de fusão. 
Vantagens 
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças; 
Reações do metal com a atmosfera do forno, levando a perdas de material por oxidação e outros problemas relacionados
Formação de óxidos
Desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil; 
Necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de expansão e contração térmica; 
Desvantagens 
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Prensagem: o esforço de deformação é aplicado de forma gradual; 
Forjamento simples, matriz aberta ou livre: o esforço de deformação é aplicado mediante golpes repetidos, com o emprego de matrizes abertas ou ferramenta simples; 
Forjamento em matriz fechada: deformação vinculada, obtida mediante o emprego de matrizes fechadas; 
Recalcagem: quando se submete uma barra cilíndrica à deformação de modo a transformá-la numa peça determinada.
Processos de Forjamento
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Prensagem: o metal fica sujeito à ação da força de compressão em baixa velocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco antes de ser retirada, de modo que as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas no processo de conformação. 
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
o esforço de deformação é aplicado mediante golpes repetidos, com o emprego de matrizes abertas ou ferramenta simples.
As matrizes têm geometria ou formatos bastante simples. 
Esse tipo de forjamento é usado quando o número de peças que se deseja produzir é pequeno e seu tamanho é grande. 
É o caso de eixos de navios, turbinas, virabrequins e anéis de grande porte. 
Forjamento Matriz Aberta ou Livre
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
A operação é iniciada com uma matriz de pequena largura.
O estiramento acontece por meio de golpes sucessivos e avanços da barra (b, c, d, e).
A barra é girada 90° e o processo repetido (f).
Etapas do Forjamento de Matriz Aberta ou Livre
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
No forjamento em matrizes fechadas, o metal adquire o formato da cavidade esculpida na matriz e, por causa disso, háforte restrição ao escoamento do material para as laterais. 
Forjamento em Matriz Fechada
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Falta de redução: penetração incompleta do metal na cavidade da ferramenta. A principal causa são o uso de golpes rápidos e leves do martelo.
Trincas superficiais: aparecem devido ao trabalho excessivo nas áreas periféricas da peça em temperatura baixa, ou por fragilidade à quente.
Trincas internas: tensões originadas por grandes deformações;
Gotas frias: são descontinuidades causadas pela dobra de superfícies (sem soldagem) ou por colocação inadequada do material da matriz; 
Descontinuidades dos Produtos Forjados
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
Incrustações de óxidos: camada de óxidos formados durante o aquecimento; 
Descarbonetação: é a perda de carbono na superfície do aço, causado pelo aquecimento do metal; 
Queima: ocorre quando gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos, formando películas de óxidos. Em geral surgem quando o aquecimento é próximo ao ponto de fusão.
Descontinuidades dos Produtos Forjados
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química
De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produção de peças forjadas são:
os aços, 
ligas de alumínio, 
de cobre (especialmente os latões), 
de magnésio, 
de níquel 
e de titânio.
Aplicações
ENGENHARIAS
ENGENHARIA Ambiental, Civil, Produção e Química