soldagem e conformação aula 2

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SOLDAGEM E CONFORMAÇÃO 
AULA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Pablo Deivid Valle 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Segundo Helman e Cetlin (2005), o forjamento é o processo de 
conformação no qual se obtém a forma desejada por martelamento ou aplicação 
gradativa de uma pressão. Em geral, o forjamento é feito a quente, e pode se 
dar por impacto – martelos – ou por compressão a baixa velocidade – prensas – 
e pode ser em matriz aberta ou fechada. 
Figura 1 – Matriz aberta ou livre 
 
Fonte: Ellwood Group, s.d. 
Figura 2 – Matriz fechada 
 
Fonte: Schuler, s.d. 
Tipicamente, o processo segue as etapas de: corte, aquecimento, 
forjamento livre ou forjamento em matriz (uma etapa ou mais), rebarbação e 
tratamento térmico. Além de dar forma, a deformação plástica presente no 
 
 
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forjamento melhora as propriedades mecânicas da peça obtida. São metais 
típicos em operações de forjamento: aços-carbono, aços ligados, aços para 
ferramentas, aços inoxidáveis, ligas de alumínio, cobre e titânio. A matéria-prima 
advém dos processos de fundição e laminação, sendo que os laminados 
apresentam melhores resultados por terem estrutura mais homogênea. 
Suponha que você é Engenheiro de Produção na empresa Motores de 
Combustão e, nesse contexto, seu diretor solicitou um estudo do passo a passo 
do processo de obtenção do virabrequim que compõem o motor do automóvel. 
Quer dizer, a tarefa é detalhar todas as etapas de obtenção do produto até o 
formato final proposto pela área de projeto e desenvolvimento. Isto é, a 
compreensão completa do processo de forjamento a quente do virabrequim. 
Vamos lá? 
TEMA 1 – FORJAMENTO EM MATRIZ FECHADA 
Neste tipo de forjamento o material é deformado entre as metades de uma 
matriz e, consequentemente, assume a geometria final do interior da matriz. 
Segundo Helman e Cetlin (2005), as características principais do 
forjamento em matriz fechada são: 
 o processo ocorre sob alta pressão; 
 pode-se obter tolerâncias dimensionais mais estreitas; 
 aplicado em grandes volumes de produção (matrizes são muito caras); 
 trabalha-se com ligeiro excedente de material, para garantir o 
preenchimento total da matriz, sendo necessária a rebarbação posterior; 
Figura 3 – Aplicação de forjamento em matriz fechada 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 
 
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As formas da matéria-prima empregada no processo podem ser (Helman; 
Cetlin, 2005): 
 Barras: forjamento de peças alongadas – 2 a 3kg tipicamente, a barra (ex.: 
2mxd50mm) é fixada na outra extremidade e cortada na última pancada 
do forjamento. 
 Tarugos: peças grandes e pesada; blocos pré-cortados são posicionados 
com uma tenaz na matriz. 
 Estampados: pequenas peças delgadas. 
Figura 4 – Exemplo de matriz fechada 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
1.1 Forjamento em matriz aberta 
Neste tipo de forjamento o material é deformado entre ferramentas planas 
ou de forma simples. Realiza-se sob compressão direta e o escoamento do 
material ocorre na direção perpendicular à de aplicação da forca. Usado para 
grandes peças e pequenos lotes e na produção de pré-formas para o posterior 
forjamento em matriz fechada. 
 
 
 
 
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Figura 5 – Exemplo de matriz aberta 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
Lirio Schaeffer, 1983, destaca que as operações de forjamento podem ser 
classificadas segundo os seguintes processos: 
 Estiramento e alargamento: pancadas sucessivas onde o material escoa 
na direção do eixo (estiramento) e na perpendicular (alargamento). 
Figura 6 – Exemplo de estiramento 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 Recalque: o material escoa em sentido transversal à peça. 
 
 
 
 
 
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Figura 7 – Exemplo de recalque 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 Forjamento por laminação: A deformação é contínua e aplicada para 
obtenção de canais, rebaixos, saliências, marcas etc. 
Figura 8 – Exemplo de forjamento 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 
 
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 Fendilhamento: o material aquecido sofre incisão por meio de um mandril 
com gume; 
Figura 9 – Exemplo de fendilhamento 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 Expansão: alargamento após o fendilhamento. 
Figura 10 – Exemplo de Expansão 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 Corte: remoção de excedente de material por cisalhamento. 
Figura 11 – Exemplo de corte 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 
 
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1.2 Produtos forjados 
São vários os produtos forjados e, geralmente, em diversas etapas, seja 
no forjamento a quente ou a frio. A seguinte, exemplos de produtos obtidos. 
Figura 12 – Exemplo de produto forjado 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
Figura 13 – Exemplo de produto forjado 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
TEMA 2 – EQUIPAMENTOS PARA FORJAMENTO 
Os principais equipamentos utilizados no processo de forjamento são as 
prensas – para movimentos controlados – e os martelos – para deformação por 
impacto. Desse modo, o tipo de equipamento deve ser selecionado de acordo 
com o tipo de produto a ser obtido. 
 
 
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No caso de martelos pode-se reposicionar a peça a cada golpe, sendo 
que as taxas de repetição podem alcançar 60-150 pancadas por minuto. 
No caso das prensas, as matrizes comprimem o material a baixas 
velocidades e de maneira controlada. 
A seguir, as velocidades de deformação dependendo do equipamento: 
Tabela 1 – Velocidades de deformação 
 
No martelo de queda livre a conformação ocorre pela energia transferida 
no impacto. A elevação do martelo até a posição de partida para a queda é feita 
por ar comprimido, correntes/cintas metálicas ou sistema hidráulico, sendo o 
último mais rápido. A seguir, exemplo de martelo. 
Figura 14 – Exemplo de martelo 
 
Fonte: Shutterstock. 
Figura 15 – Martelo queda livre 
 
 
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Fonte: Costa; Mira, 1985. 
Figura 16 – Martelo de ação dupla 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
 
 
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A energia aplicada advém da gravidade e da força adicional impressa pelo 
cilindro pneumático. A força aplicada pode ser variada pela pressão usada no 
cilindro, e pode chegar a 20x o peso da massa cadente. 
Nos martelos de contra-golpe duas massas se chocam no meio do 
percurso e com a mesma velocidade. Evita-se, assim, a transmissão de 
vibrações às fundações; entretanto, apresenta algumas desvantagens: 
 maior desalinhamento entre as partes superior e inferior da matriz; 
 a força de forjamento deve estar centrada, para que o atrito com as guias 
não seja elevado; 
 impossibilidade de reposicionar a peça a cada golpe; 
 maior custo de manutenção. 
Figura 17 – Martelos de contra-golpe 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
As prensas para forjamento geralmente são hidráulicas e verticais e 
utilizadas para obtenção de grandes peças. A pressão é uniforme e a velocidade 
de deformação quase constante. O processo é limitado pela carga máxima 
suportada pela máquina. A seguir, observa-se uma linha de prensas hidráulicas 
utilizadas no processo de forjamento. 
 
 
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Figura 18 – Prensas hidráulicas 
 
Fonte: Shutterstock. 
As prensas mecânicas excêntricas são utilizadas no forjamento de peças 
médias e pequenas, sendo as principais características o fácil manuseio e o 
baixo custo de operação. Entretanto, o curso é limitado pelo mecanismo 
excêntrico. 
Figura 19 – Prensas mecânicas excêntricas 
 
Fonte: World Power Press, s.d. 
 
 
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As prensas de fricção são utilizadas para a cunhagem de moedas, 
medalhas e similares. O fuso promove o sobe-desce de uma massa giratória de 
alta energia, proporcionando o forjamentocíclico e de elevada produtividade. 
Figura 20 – Prensa de fricção 
 
Fonte: Birson, s.d. 
2.1 Fabricação de matrizes 
As matrizes de forjamento trabalham sob forte compressão (até 2000 
MPa), choque mecânico e solicitação térmica (contato com metal aquecido). Por 
isto, são fabricadas tipicamente em aços ligados e metal-duro. 
O processo de fresamento em centros de usinagem é tipicamente 
utilizado para obtenção das matrizes. 
O material da matriz para conformação de não ferrosos é aço ao Cr-Ni ou 
Cr-Ni-Mo. Todavia, o material da matriz para conformação de aços em geral é o 
próprio aço ligado, geralmente com tungstênio, W. 
 
 
 
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Figura 21 – Exemplo de matriz e etapas de obtenção 
 
Fonte: Costa; Mira, 1985. 
TEMA 3 – O PROCESSO DE FORJAMENTO 
Costa e Mira (1985) postulam que no processo de forjamento a quente 
ocorre, normalmente, o tratamento térmico dos produtos com as seguintes 
finalidades: 
 remoção de tensões internas do forjamento e esfriamento; 
 homogeneização da estrutura da peça forjada; 
 melhoria da usinabilidade; 
 melhoria das propriedades mecânicas. 
Ocorre também o recozimento do produto, que é o aquecimento em forno 
do aço a 750-900oC (cfe. %C) e resfriamento lento para refino de grão, remoção 
de tensões internas e “certo amolecimento”, resultando em melhores 
propriedades mecânicas e usinabilidade da parte obtida. 
Aplica-se também a normalização à peça, que consiste no aquecimento, 
como no recozimento, porém, com resfriamento ao ar. O principal objetivo é o 
 
 
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refino dos grãos em grau superior, remoção das tensões e melhoria das 
propriedades mecânicas. 
A temperatura de forjamento é necessária para o metal alcançar a alta 
plasticidade necessária ao processo de conformação e, desse modo, favorecer 
a obtenção de formas complexas e com relativa facilidade no escoamento do 
material. Além disso, a temperatura na operação final de forjamento deve situar-
se dentro de uma faixa específica ao tipo de material. 
No caso de temperatura final muito alta, os grãos deformados na operação 
recristalizam para um tamanho elevado durante o esfriamento, reduzindo as 
propriedades mecânicas. 
No caso de temperatura final muito baixa, o material fica encruado, 
podendo haver fissuramento (pode-se recozer para corrigir o tamanho de grão, 
mas isso não consertará as fissuras). 
Logo, verifica-se na tabela abaixo as faixas de temperatura de 
conformação a quente para diversos materiais. 
Tabela 2 – Faixas de temperatura de conformação 
 
Durante o processamento, o material perde calor por convecção (ar), 
radiação e, principalmente, por condução para a matriz. Quanto maior a relação 
superfície-volume, mais rápida a transferência de calor. A matriz pode ser 
aquecida para diminuir esta perda se for o caso. 
O trabalho de deformação gera calor na peça, mas frente às perdas este 
é insignificante. 
Em relação à velocidade de deformação, a resistência que o material opõe 
à sua deformação é maior para velocidades mais altas. Na tabela abaixo os 
valores de resistência à deformação à quente de aços baixo carbono (1000-
1200oC). 
 
 
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Tabela 3 – Valores de resistência à deformação 
 
3.1 Forjamento a frio 
Os forjados a frio apresentam-se fortemente encruados – maior 
resistência mecânica e menor ductilidade. Eventualmente, um componente em 
aço-liga (mais caro) pode ser fabricado com propriedades mecânicas 
equivalentes em um aço ao C por forjamento a frio. No forjamento a frio, a 
rugosidade superficial obtida é bem menor. Esta depende também, 
naturalmente, de condições de lubrificação e do estado da ferramenta. De uma 
forma geral, quanto maior o número de operações de forjamento aplicado a uma 
peça, menor a rugosidade. 
Peças forjadas a frio podem ter tolerâncias mais estreitas, pois ao 
contrário do forjamento a quente, não ocorrem dilatação intensa, oxidação 
superficial e mesmo queima de material (perda). 
TEMA 4 – FORJAMENTO A QUENTE 
A obtenção de peças complexas exige o forjamento em matriz fechada e 
a quente. Desse modo, é possível controlar a taxa de deformação da matéria-
prima, bem como assegurar o momento exato de parada da prensa hidráulica. A 
combinação dessas variáveis permite a produção, por exemplo, de virabrequins 
para motores automotivos. Além disso, o processo de forjamento proporciona o 
encruamento da superfície da peça melhorando, por conseguinte, a resistência 
à abrasão do produto. Entretanto, o núcleo permanece tenaz e resistente aos 
impactos impostos pelo uso corriqueiro do virabrequim. 
 
 
 
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Figura 22 – Virabrequim 
 
Fonte: Shutterstock. 
TEMA 5 – DEFEITOS TÍPICOS DE FORJADOS 
Durante o processo de forjamento, podem surgir vários defeitos, sendo 
os principais: 
a) Falta de redução – o material não entra completamente na cavidade da 
matriz, e apresenta estrutura diferente entre a superfície e o interior – 
ocorre com martelos rápidos e leves. 
b) Trincas superficiais – trabalho excessivo na periferia da peça, a 
temperatura demasiadamente baixa; atmosfera do forno de aquecimento 
muito rica em enxofre. 
c) Trincas nas rebarbas – excesso de redução na região da rebarba; podem 
avançar para o interior da peça na operação de rebarbação. 
d) Trincas internas – altas tensões de tração devido às grandes 
deformações, mais comum em processos de matriz aberta (corrige-se 
dividindo a deformação em etapas ou usando matriz fechada, onde as 
paredes limitam o fluxo lateral). 
e) Gotas frias – descontinuidades devido ao contato sem solda de porções 
quentes e frias de material. No forjamento a quente, surge devido ao fluxo 
anormal de material quente, à incrustação de rebarbas em dobras 
acidentais, colocação inadequada do material na matriz e distribuição 
incorreta de massas no pré-forjamento. 
f) Incrustação de óxidos – camadas de óxido superficial formadas no 
aquecimento que não se desprenderam naturalmente. 
g) Descarbonetação e queima – defeitos do aquecimento: dependendo da 
composição química da atmosfera do forno, há descarbonetação 
 
 
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superficial do material; a queima pode ocorrer quando a temperatura se 
aproxima muito do ponto de fusão (gases oxidantes penetram entre os 
grãos e formam películas de óxidos). 
Figura 23 – Exemplos de produtos forjados 
 
Fonte: Forge, 2015. 
FINALIZANDO 
Nesta aula foi possível estudar o processo de fabricação denominado 
forjamento, ou seja, a alteração da geometria da peça por intermédio da 
aplicação de esforços mecânicos compressivos. Nesse contexto, o raciocínio 
exercitado foi a obtenção do virabrequim, desde a matéria-prima, passando pelo 
forjamento a quente e, consequentemente, as propriedades mecânicas obtidas. 
Quer dizer, o virabrequim é forjado na geometria final a altas temperaturas para 
assegurar tenacidade ao núcleo e dureza na superfície exterior. 
Logo, verifica-se uma grande quantidade de componentes obtida por 
conformação mecânica sendo utilizada nas próprias máquinas, nos meios de 
transporte, nos eletrodomésticos, nos equipamentos eletrônicos e nos mais 
diversos setores – industrial, hospitalar ou construções. Assim sendo, esteja 
atento às etapas de transformação do metal até o produto acabado! 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
BRESCIANI FILHO, E. Conformação plástica do metal. Campinas, SP: 
Unicamp, 1991. 
COSTA, H. B.; MIRA, F. M. Processos de fabricação: conformação mecânica 
dos metais. Florianópolis: UFSC, 1985. 
HELMAN, H; CETLIN, P. R. Fundamentos da conformação mecânicados 
metais. São Paulo: Artliber, 2005. 
SCHAEFFER, L. Introdução a conformação mecânica dos metais. Porto 
Alegre: Ed. da UFRGS, 1983.