Aula 3 - Forjamento

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PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
(Forjamento)
Prof. MSc. Israel Lira Gonçalves
SUMÁRIO
❑ Histórico
❑ Introdução;
❑ Modos de Forjamento;
❑ Equipamentos de Forja;
❑ Forjamento Livre;
❑ Forjamento em Matrizes;
❑ Defeitos do Forjamento.
O forjamento é um processo de conformação mecânica pelo martelamento ou pela 
prensagem de um metal, ou seja, mediante a aplicação de esforços mecânicos e altera-se 
plasticamente a formas dos materiais.
Ele é o antecessor de todos os processos de transformação por deformação plástica. As 
tribos hindus desde 1500 antes de Cristo trabalhavam o ouro, a prata e o ferro. A arte do forjamento 
foi utilizada até a idade média para a fabricação de armas e armaduras.
Histórico
Histórico
Histórico
Definição - Forjamento
✓ Conceito: É um processo de conformação mecânica pelo martelamento ou pela prensagem.
A maioria dos processos são realizados a quente embora existem metais que possam ser forjados a frio.
❑ Recristalização:
Mecanismo de nucleação e
crescimento de novos mecanismo
de nucleação e crescimento de
novos grãos livres equiaxiais de
deformação, a partir da estrutura de
subgrãos.
Redução da quantidade de
discordâncias.
✓ Objetivos:
• Dar Forma a Peça ;
• Propriedades mecânicas 
do metal melhoradas.
• Modificando e distribuindo 
os constituintes;
• Refinando o grão.
Conformação Mecânica – Forjamento 
Comparação
Produtos Obtidos por Conformação
Exemplo de produtos Forjados
Facas obtidas por Forjamento
Aplicação
Aplicação
Os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produção de peças 
forjadas são:
❑ Aços (comuns e ligados, aços estruturais, aços para cementação e para beneficiamento, aços 
inoxidáveis ferríticos e austeníticos, aços ferramenta), 
❑ Ligas de alumínio, 
❑ Cobre (especialmente os latões),
❑ Magnésio
Aplicação
✓ Cunhagem é o processo pelo qual as moedas passam para serem gravadas. Consiste em 
promover um desenho em uma, ou ambas, as faces de uma moeda, utilizando para tanto um 
cunho.
https://www.youtube.com/watch?v=6aolLKTHo-I
Por volta de 700 a.C. surgiu a cunhagem, 
processo pelo qual a moeda é feita.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Moeda_(pe%C3%A7a_met%C3%A1lica)
Por que Forjar ?
Vantagens do Forjamento
❑Melhoria da microestrutura 
❑ Resistência maior 
❑Melhor acabamento superficial que a fundição. 
❑Melhor distribuição das fibras
Desvantagens do Forjamento
❑ As peças a serem forjadas geralmente necessitam de 
usinagem antes do processo de forjamento;
❑Os equipamentos são muito caros.
Características
Características
ETAPAS DO FORJAMENTO
ETAPAS DO FORJAMENTO
Características
https://www.youtube.com/watch?v=n6Vzg106SVw
Produtos Forjados
Produtos Forjados
✓ Duas classes principais de equipamentos:
• Martelo
• Prensas
Conformação Mecânica – Forjamento 
O forjamento por martelamento é feito aplicando-se pancadas (golpes ou batidas) rápidas e 
sucessivas no metal, aplicando pressão sobre a peças no momento em que existe o contato do 
martelo de forja e a peça metálica. 
Por sua vez, esta pressão é absorvida pelo metal que se deforma muito rapidamente. 
Estes golpes transfere ao metal por meio de uma massa que varia de poucos quilos a várias 
toneladas, que cai de uma altura que varia de alguns centímetros a alguns metros. Este processo 
age sobre as camadas mais externas do material, podendo ou não gerar pontos de tensão, que 
se não forem controlados podem gerar falhas.
Forjamento por Martelamento
➢ Os equipamentos de forjamento podem ser
classificados, de acordo com princípio de
operação, em: martelos e prensas de forjamento
✓ Martelamento
Nos martelos, a força é provocada por um peso cadente, ou
martelo. O impacto provoca deformação do metal a uma alta
velocidade e essa deformação ocorre primeiramente nas
camadas superficiais da peça. Essas máquinas são
energeticamente limitadas, pois a deformação resulta da
dissipação da energia cinética do martelo.
✓ Martelamento queda Livre;
✓ Martelo de contra-golpe.
Equipamentos de Forja 
Martelamento de queda livre.
O equipamento utilizado neste método consiste de uma base
que suporta colunas, nas quais são inseridos as guias do
suporte da ferramenta e o sistema para a elevação da massa
cadente até a altura desejada.
Características:
• Os martelos podem atingir entre 60 e 150 pancadas por
minuto dependendo do tamanho e capacidade;
• Controle da energia da pancada;
• Produção de peças de diferentes massa;
• O martelo de forja possui também o menor tempo de
contato sob pressão, variando de 1 a 10 ms.
• Problemas de impacto no solo, barulho e vibração.
Aceleração 
Equipamentos de Forja 
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. A massa inferior, ligeiramente
menor que a superior (cerca de 5%) é acoplada
normalmente à superior por meio de cabos.
Vantagens:
• Maior rendimento;
• Menor vibração;
• Maior velocidade de acionamento.
Desvantagens:
• Maior desalinhamento;
• Impossibilidade da manipulação;
• Mais custos.
Equipamentos de Forja 
Martelamento de Contra golpe
Nesse tipo de processo uma pressão continua e devagar é aplicada na área a ser forjada. Esta 
operação pode ser realizada a quente ou a frio. A operação a frio é utilizada em materiais 
recozidos, e o processo a quente é feito em peças para maquinário pesado. O forjamento por 
pressão é mais econômico do que o forjamento por impacto, e grandes tolerâncias dimensionais 
são obtidas. 
Forjamento por Prensagem
Caracteriza-se pela aplicação de esforços
compressivos gradualmente sobre a superfície do
metal, promovendo seu escoamento.
• Prensas Mecânicas
• Prensas Hidráulicas
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.
Máquinas Faixas de velocidade 
(m/s)
Martelo queda livre 3,6 - 4,8
Martelo de dupla 
ação
3,0 - 9,0
Prensa excêntrica 0,06 -1,5
Prensa hidráulica 0,06 - 0,30
Equipamentos de Forja 
✓ Prensas Mecânicas
Características:
❑ Manivela excêntrica que converte a rotação e movimento linear;
❑ Pequeno curso;
❑ São encontradas prensas com capacidade de 300 à 12.000 toneladas;
❑ Carga crescente;
❑ Fabricação de peças médias e pequenas;
❑ Matrizes e;
❑ Custo elevado.
Equipamentos de Forja 
✓ Prensas Hidráulicas
Características:
❑ Cargas limitadas;
❑ A carga total é transmitida em qualquer ponto do curso do pistão;
❑ Velocidade do pistão controlada;
❑ Baixas velocidades longos tempos de contato;
❑ Pequenas tolerâncias dimensionais;
❑ Capacidade de 500 à 18.000 toneladas;
❑ Custo elevados.
Equipamentos de Forja 
Conformação Mecânica – Forjamento 
➢ Tipo de Forjamento:
✓ Forjamento em Matriz aberta (Livre)
✓ Forjamento em Matriz Fechada.
Peças grandes
Pequenas quantidades
Pré-conformar
• Alta Pressão
• Tolerância
dimensionais
estreitas
• Elevado número
de peças
O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que 
normalmente não se tocam.
É usado geralmente para fabricar peças grandes com formas simples
❑ Eixos de navios e de turbinas
❑ Ganchos
❑ Correntes
❑ Âncoras
❑ Alavancas
❑ Excêntricos
❑ Ferramentas agrícolas
Também usado para pré-conformar peças que serão submetidas 
posteriormente a operações de forjamento mais complexas.
Forjamento em Matriz Aberta
Estágios de forjamento em Matriz aberta
https://www.youtube.com/watch?v=j09J4DfkUfY
Operações Forjamento Livre
• Recalque: 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.
• Estiramento: Visa aumentar o comprimento de uma peça às
custas da sua espessura
Forjamento em Matriz aberta
• Encalcamento: Variedade de estiramento em que se reduz a
secçãode uma porção intermediária da peça, por meio de uma
ferramenta ou impressão adequada.
• Rolamento: Operação de distribuição de massa ao longo do
comprimento da peça, mantendo-se a secção transversal redonda
enquanto a peça é girada em torno do seu próprio eixo.
Operações Forjamento Livre
Forjamento em Matriz aberta
• Alargamento: Aumenta a largura de uma peça reduzindo sua
espessura.
• Furação: Abertura de um furo em uma peça, geralmente por
meio de um punção de formato apropriado..
Operações Forjamento Livre
Forjamento em Matriz aberta
Os processos de forjamento em sentido restrito são:
 Recalque em matriz 
 Forjamento em matriz fechada sem rebarba
 Forjamento em matriz fechada com rebarba
Forjamento em Matriz Fechada
Forjamento em Matriz Fechada
Forjamento em Matriz Fechada
Característica
*Um problema particularmente importante em forja
em matriz fechada é a prevenção do resfriamento
rápido da peça de trabalho pelas matrizes frias.
Neste processo, o forjamento é realizado em matrizes
fechadas, que conformam a peça de acordo com uma
forma definida e precisa.
Forjamento em Matriz Fechada
Matrizes
São submetidas a altas tensões de compressão, altas
solicitações térmicas e ainda choques mecânicos.
Os materiais empregados são aços especiais, Aço
Ferramenta, caracterizados por ter carbono médio a
alto e elementos de ligas como: Cromo, Níquel,
Molibdênio, Tungstênio e Vanádio.
Devido a essas condições de trabalho, é necessário
que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada
tenacidade, resistência à fadiga, alta resistência
mecânica a quente e alta resistência ao desgaste.
Forjamento em Matriz Fechada
Rebarba de forjamento
Funções da Rebarba:
• Atuar como válvula de segurança;
• Regular o escapamento de metal.
Forjamento em Matriz Fechada
Matriz aberta x Matriz fechada
Principais Parâmetros 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.
Principais defeitos do Forjamento
Trincas superficiais: Causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em
temperatura baixa.
Principais 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.
Principais defeitos do Forjamento
Trincas internas: Originam-se no interior da peça, como consequência de tensões 
originadas por grandes deformações. 
Principais defeitos do Forjamento
Gota Fria: Aparente rachadura que apresenta o formato de uma ruga na superfície 
da peça e pode ser mais ou menos profunda. Isto ocorre devido a baixa temperatura 
de forjamento do metal ou da baixa temperatura de trabalho da matriz.
Principais 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.
Principais defeitos do Forjamento
Descarbonetação: Caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do 
aço, causada pelo aquecimento do metal.
Principais defeitos do Forjamento
Curiosidades: Tixoforjamento
 O tixoforjamento, ou forjamento semi sólido, é uma nova tecnologia que
permite fabricar a peça com dimensões próxima à do produto final com 
um só golpe, empregando pequenas forças e com propriedades 
mecânicas elevadas.
 São quatro características 
importantes deste processo, 
que contribuem para aumentar
a produtividade nas empresas 
que fabricam peças para 
relógios.
Curiosidades: Tixoforjamento
 O tixoforjamento pode ser dividido em quatro estágios operacionais, na 
seguinte sequência:
Comprovada a redução de
90% da energia (aquecimento
e força) para forjar um peça
Exercício 1
Exercício 2
Exercício 3
1
1
2
2
2
Exercício 4
Exercício 5
Exercício 6
Exercício 7
Exercício 8
Exercício 9
1 - O que é o Tixoforjamento? Quais aplicações? Quais vantagens e 
desvantagens em relação ao processo de forjamento convencional.
2- O virabrequim é um dos componentes o motor que opera sob elevadas 
tensões e por isso, necessita de alta resistência mecânica. 
a) Indique o processo de fabricação para produzir virabrequins com 
melhores propriedades mecânicas .
b) Descreva o processo e enumere suas etapas.
3 – Que tipos de produtos podem ser obtidos pelos processos de 
forjamento?
4 – Qual a diferença entre os processos de forjamento?
Questões
Questões
5 – Qual a vantagem e desvantagem entre as matrizes abertas e fechadas?
6 – Cite as etapas do processo de forjamento.
7 - No processo de forjamento, qual a diferença no efeito sobre o material trabalhado entre 
o forjamento por impacto (feito com martelos) e por aplicação lenta da carga (prensas). 
8 - Porque as peças forjadas em matriz apresentam sempre rebarbas ao longo da superfície 
de apartação? 
9 - As matrizes de forjamento costumam ser muito caras (pois precisam ser fabricadas por 
usinagem de cavidades complexas em aços de alta resistência). O que justifica o uso do 
forjamento para fabricação de uma peça em vez da fundição, que pode ser muito mais 
barata?
Método dos Blocos- Calculo dos 
esforços
 Não considera o encruamento 
 Admite que o material se deforma uniformemente na zona de deformação 
 As tensões são principais 
 As tensões variam predominantemente em uma direção 
 Admite que o efeito do atrito está confinado a uma pequena zona na 
interface de contato com a matriz e que a tensão tangencial não altera as 
direções principais
Esquema
P
0,5b0,5b
h0
Cálculo dos esforços com atrito
 P: Carga da prensa
 𝝈𝟎
′ : Tensão de Von Mises
 𝝁 : Atrito
 h0: Altura inicial da peça
 b: Comprimento Base
 x: Coordenada da base
𝑃 = 𝜎0
′𝑒
𝜇
ℎ
0
𝑏−2𝑥
Exemplo 1
Um disco sólido de 4 in de diâmetro e 1 in de altura está sendo 
comprimido. Se a tensão de escoamento para esse material é 50 ksi, 
estime a força máxima aplicada pela prensa: 
a) µ=0,2 
b) µ=0,577
Exemplo 2 
Exemplo 2