Trabalho Forjamento

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SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
Luan Pereira
Conformação Mecânica/ Forjamento
	Trabalho apresentado para a avaliação da Disciplina de Metalurgia Básica. Curso de Aprendizagem Industrial de Mecânica Geral M1 do SENAI Indaial.
Professor (a): Antônio da Silva
	
Indaial - SC
2015
SUMÁRIO
1.0 INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 1
2.0 FORJAMENTO ........................................................................................................... 2
2.2 Forja Pesada ..................................................................................................... 2
2.3 Forja media ....................................................................................................... 2
2.4 Forja de pequeno porte .................................................................................... 2
2.5 O processo de forjamento pode ser feito a quente ou a frio ......................... 3
3. PROCESSOS DE FORJAMENTO .............................................................................. 3
3.1 Prensagem ......................................................................................................... 4
3.2 Forjamento livre ............................................................................................... 4
3.3 Forjamento em matriz ..................................................................................... 4
3.3.1 Matriz aberta ..................................................................................... 4
3.3.2 Matriz fechada ................................................................................... 5
4.0 FORJAMENTO ROTATIVO ................................................................................... 5
5.0 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO PROCESSO DE FORJAMENTO ....... 5
5.1 Vantagens ..........................................................................................................5
5.2 Desvantagens .....................................................................................................5
6.0 PROPRIEDADES DE PRODUTOS FORJADOS ................................................... 6
7.0 DEFEITOS DE PRODUTOS ACABADOS E SEMIACABADOS ........................ 6
8.0 MAQUINAS UTILIZADA NO PROCESSO ............................................................6
8.1 Martelo de Queda Livre com Prancha ...........................................................6
8.2 Martelos de Duplo Efeito .................................................................................7
8.3 Martelos de Contragolpe .................................................................................7
8.4 Prensas ..............................................................................................................7
8.4.1 Prensas de fuso ..................................................................................7
8.4.2 Prensas excêntricas ou mecânicas ...................................................7
8.4.3 Prensas hidráulicas ...........................................................................7
8.5 Matriz ................................................................................................................7
9.0 TRATAMENTO TÉRMICO .....................................................................................8
9.1 Pré-aquecimento ..............................................................................................8
9.2 Recozimento .....................................................................................................8
9.3 Normalização ...................................................................................................8
9.4 Endurecimento ................................................................................................8
10.0 TEMPERETURAS DE TRABALHO ....................................................................8
11.0 CONCLUSÃO ..........................................................................................................9
12.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................10
1.0 INTRODUÇÃO
O forjamento é considerado o processo de conformação de metais mais antigo conhecido pelo homem, datado 1500 a.C., que consiste em pressionar o material sobre um molde por meio de martelamento ou prensagem, podendo ser em um processo a quente ou a frio. 
E de todos os processos de fabricação, a conformação mecânica tem um papel fundamental porque produz peças com excelentes propriedades mecânicas e com a mínima perda do material, oferecendo assim um menor custo de fabricação.
2.0 FORJAMENTO
O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, originou-se muitos séculos antes de Cristo, quando era praticado por ferreiros braçalmente. O braço do ferreiro começou a ser substituído no começo da revolução industrial. 
Forjamento é o processo pelo qual se obtém a forma desejada (molde) da peça seja ela por martelamento ou aplicação gradativa de uma pressão. 
A matéria-prima é colocada na parte inferior do molde, então a parte superior desce em alta velocidade e atinge a matéria-prima.
No forjamento das peças procura-se alterar principalmente a elasticidade e a plasticidade dos metais.
Entenda elasticidade como sendo a capacidade que um determinado material tem de se deformar, ao ser aplicado um esforço sobre ele, e de voltar a sua forma inicial quando o esforço deixar de existir, e entenda plasticidade como sendo a capacidade que um dado material tem de se deformar e manter esta deformação, alterando seu aspecto definitivamente.
É necessário tomar muito cuidado da colocação do material, pois pode ser insuficiente para o preenchimento da cavidade, ou então, pode causar sobrecarga de material.
2.2 Forja Pesada
São prensas enormes que exigem um grande número de operários e por isso geralmente são usadas para a fabricação de peças grandes. A força delas varia entre 3000 e 15000 toneladas.
2.3 Forja media
Diferencia-se da anterior porque são menores e mais rápidas. Sua força varia de 1000 a 1500 toneladas. Podem dar de 30 a 150 golpes por minuto conforme sua capacidade.
2.4 Forja de pequeno porte
Podem ser divididas em estampagem e prensas mecânicas horizontais a estampagem é a conformação através de choque ou na pressão sobre o metal contra uma matriz entalhada.
2.5 O processo de forjamento pode ser feito a quente ou a frio.
Conformação a quente:
· Permite grandes deformações; 
· Menores valores de esforços;
· Boa precisão dimensional;
· Formação de rebarba;
· Exige acabamento final;
É feito a uma temperatura acima da temperatura de recristalização do material. No final do processo poderá ocorrer a formação de rebarba devido ao excesso de material.
No processo a quente, os tarugos irão para um forno para serem aquecidos e depois mandados para o forjamento em prensa. O forjamento vai ocorrer em duas ou mais etapas até que ocorra o preenchimento adequado da matriz. Imediatamente as rebarbas são retiradas através do corte.
Conformação a frio:
· Deformações limitadas;
· Necessita maiores esforços mecânicos;
· Ótima precisão; 
· Não há remoção de material;
É um processo que ocorre no campo plástico da liga metálica, não havendo remoção de material. O termo "a frio" refere-se ao fato de que durante o processamento o material conformado encontra-se em temperaturas, na maioria dos casos, ambiente, o que não provoca seu recozimento. 
3. PROCESSOS DE FORJAMENTO
O termo forjamento abrange os seguintes processos de conformação:
· Prensagem, em que o esforço de deformação é aplicado de forma gradual;
· Forjamento simples ou livre, em que o esforço de deformação é aplicado mediante golpes repetidos, com o emprego de matrizes abertas ou ferramentas simples;
· Forjamento em matriz, que difere do anterior, porque é uma deformação vinculada, obtida mediante o emprego de matrizes fechadas;
· Recalcagem, em que se submete uma barra cilíndrica à deformação de modo a transformá-la numa peça determinada; uma variedadedesse processo é a eletro recalcagem, em que a barra cilíndrica, em vez de ser previamente aquecida, atinge a temperatura fixada de deformação na própria máquina de recalcagem. Entretanto, a eletro-recalcagem produz somente peças intermediárias, que devam ser posteriormente conformadas na forma definitiva.
3.1 Prensagem
O processo é usado para a deformação inicial de grandes lingotes, resultando produtos a serem posteriormente forjados, ou então, para forjar os lingotes em grandes eixos, como os de navio, ou para forjar peças de formas simétricas com secção circular ou cônica.
As prensas são de grande capacidade, a qual pode atingir 50.000 toneladas ou mais. Essas prensas são acionadas hidraulicamente.
O êmbolo é movimentado por cilindros hidráulicos e pistões que fazem parte do sistema hidráulico de alta pressão ou por um sistema hidropneumático. A pressão pode ser mudada à vontade, pelo ajuste de uma válvula de controle de pressão. Assim, a velocidade de deformação é controlada. Devido à quase ausência de choque, o custo de manutenção é mais baixo do que no martelamento, pois a pressão é aumentada gradualmente.
O custo inicial de uma prensa hidráulica é, entretanto, maior do que o de uma prensa mecânica de mesma capacidade e sua ação é também mais lenta.
Prensagens em matrizes fechadas é empregada na conformação de peças de metais e ligas não-ferrosos, porque esses materiais apresentam maior grau de plasticidade, necessária para preencher as cavidades das matrizes, mediante operação de esmagamento.
Outra vantagem reside no fato de não se necessitar de grandes ângulos de saída ou conicidade nas matrizes, apenas 2º a 3º ao contrário do forjamento em matriz, em que esses ângulos são pelo menos o dobro.
Uma aplicação muito importante desse processo é feita na indústria aeronáutica e outros setores industriais, em peças de alumínio que, pela prática eliminação de conicidade, exigem menos usinagem e, portanto, resultam em maior economia.
3.2 Forjamento livre
Em princípio, o forjamento livre é uma operação em que a partir de blocos, tarugos, etc. procura-se esboçar formas que, em deformações posteriores por forjamento em matriz ou outro processo, são transformadas em objetos de formas mais complexas.
O forjamento livre é feito com ferramentas simples e manuseadas por um operador experiente. Permite uma série de operações, entre as quais são: o esmagamento, conformação de uma flange, dobramento de uma barra, dobramento de uma chapa, corte de uma barra, estiramento de uma barra, etc.
3.3 Forjamento em matriz
	
O forjamento para poder realizar suas operações, e a peça adquirir o formato final desejado, utiliza matrizes (ferramentas ou moldes).  Essas matrizes devem receber muita atenção e cuidado desde a hora da fabricação delas ao seu uso diário, pois são elas que recebem todo o impacto para moldar a peça. Suportando altas pressões de trabalho, tendo que aguentar enormes variações térmicas em ciclos produtivos contínuos e repetitivos, por milhares e até milhões de vezes, etc.
3.3.1 Matriz aberta
O processo de forjamento em matriz aberta consiste em uma  parte da matriz fica presa na parte superior do martelo de forja e a outra parte da matriz fica fixa na parte inferior do equipamento, não havendo nenhuma outra parte nas laterais da peça que venha a restringir ou impedir a deformação, deixando este espaço livre para a deformação do metal.
Neste processo dá-se o golpe, vira-se a peça a 90º e volta-se a bater, quando for possível e o processo for por martelamento, quando for por prensagem a deformação ocorre um único aperto. São utilizadas para a produção de peças grandes (eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em lotes produtivos pequenos. 
3.3.2 Matriz fechada
No forjamento em matrizes fechadas, uma parte da matriz fica presa na parte de cima do martelo de forja e a outra parte fica fixa na parte de baixo do equipamento, só que neste caso, a matriz se fecha por completo quando forjamento ocorre, enclausurando completamente o metal que será forjado e o metal adquire a forma que foi esculpida na matriz, ou seja, ele recebe esforço e se deforma em todas as direções, inclusive nas lateriais, diferente do processo anterior.
Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape. Pouca quantidade de material resulta no não preenchimento da cavidade e falha no volume da peça. Muito material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao operário. 
Por causa da dificuldade de ser totalmente exata a colocação do material, é sempre posto uma pequena quantidade a mais, sendo assim a peça fica com algumas rebarbas que precisarão ser retiradas em outro processo. 
4.0 FORJAMENTO ROTATIVO 
É a operação para redução do diâmetro de um tubo ou um cilindro sólido, sendo geralmente aplicada na extremidade de uma peça para criar uma seção cônica.
O uso de um mandril se faz necessário para os casos em que um controle da forma e dimensão da parte interna do tubo é exigido. 
5.0 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO PROCESSO DE FORJAMENTO
5.1 Vantagens
Com o controle da deformação durante o processo de forjamento, é possível melhorar as propriedades mecânicas da peça produzindo um alinhamento direcional, melhorando assim propriedades de tensão, ductilidade, impacto e resistência à fadiga. E menor custo de fabricação, pois se tem a mínima perda de material.
5.2 Desvantagens
As peças a serem forjadas geralmente necessitam de usinagem antes do processo de forjamento, e os equipamentos são muito caros.
6.0 PROPRIEDADES DE PRODUTOS FORJADOS
Entre os forjados a quente e a frio existe uma grande diferença de características mecânicas (resistência e ductibilidade). 
No forjado feito a frio o material é encruado, isto é, com limites de resistência maiores, e ductibilidades menores. Em alguns casos é possível substituir um material de custo maior (aço-liga), usado no processo de forjamento a quente, por outro de custo menor (aço-carbono), aplicando o processo de forjamento a frio, obtendo assim uma peça forjada de propriedades mecânicas equivalentes. 
Em uma peça conformada, a frio ou a quente, quanto maior a sua secção transversal, maior é a diferença de propriedades (por exemplo, a dureza) entre as regiões superficiais e centrais da peça. Além disso, é marcante também a diferença de propriedades entre as direções de escoamento do material (longitudinal e transversal) e as direções normais (direção de aplicação do esforço de conformação). Isso decorre da formação de "fibras", ou melhor, da orientação cristalina preferencial. Consequentemente, no projeto da peça devem-se considerar as direções das solicitações mecânicas, estáticas e dinâmicas, que serão aplicadas quando em serviço de forma compatível com as direções de maior resistência na peça. 
O estado da superfície também depende de como o processo é conduzido, se a quente ou a frio. No caso do último, obtém-se um índice de rugosidade superficial bem menor. Outros fatores, no entanto, também influenciam: intensidade da deformação, condições de lubrificação e estado superficial da ferramenta (nova e usada). De forma geral, quanto maior o número de operações de forjamento aplicado a uma peça, menor será a rugosidade superficial. 
7.0 DEFEITOS DE PRODUTOS ACABADOS E SEMIACABADOS.
O defeito é uma falha no componente típica do processo, porém não inevitável, e a correta fabricação deles pode acabar eliminando a maioria deles.
Alguns defeitos dos forjados podem ser causados pelo superaquecimento onde causa fadiga na matéria e a perda de propriedades dependendo da direção do esforços. As trincas internas é outro defeito geralmente encontrado no forjamento, e são causadas por operações de forjamento inadequadas.
8.0 MAQUINAS UTILIZADA NO PROCESSO
Os equipamentos para forjamento são divididos basicamente em duas grandes famílias, são elas martelos e prensas. 
O martelo de forja é a peça mais comumente usada, e possui trêstipos:
8.1 Martelo de Queda Livre com Prancha: Com esse Martelo, a matriz superior e a massa cadente são elevadas por rolos de atrito com engrenagens à uma prancha, correntes ou outros mecanismos. Quando o mecanismo é liberado, a massa cadente cai sob a influência da gravidade produzindo a energia da pancada e logo em seguida o mecanismo é imediatamente elevado para nova pancada.
O forjamento com um martelo é normalmente feito com pancadas repetidas. E os martelos podem dar entre 60 e 150 pancadas por minuto dependendo do tamanho e capacidade.
8.2 Martelos de Duplo Efeito: O martelo de duplo efeito possui uma capacidade de forja maior, onde ele é acelerado no seu curso descendente por vapor ou ar comprimido, que também podem ser usados para elevar o martelo.
8.3 Martelos de Contragolpe: Nos martelos de queda o choque produzido pela queda da massa é transmitido para toda a estrutura da máquina, bem como para as fundações. Para amenizar este problema foi desenvolvido o martelo de contragolpe, em que ambas as partes (superior e inferior) se movimentam ao mesmo tempo encontrando-se no meio do percurso. Desta forma a reação do choque praticamente inexiste e não é transmitida para a estrutura da máquina e fundações. Porém esse tipo de martelo possui algumas 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.
8.4 Prensas
As prensas de forjamento são equipamentos que exercem uma força constante, pressionando o material para dentro das cavidades da matriz.
8.4.1 Prensas de fuso: Estas prensas são constituídas de um par porca/parafuso, com a rotação do fuso, a massa superior se desloca, podendo estar fixada no próprio fuso ou então fixada à porca onde esta devera ser móvel, dando origem a dois tipos de prensas, as de fuso móvel, e as de porca móvel. Ligado ao fuso há um disco de grande dimensão que funciona como disco de inércia, acumulando energia que é dissipada na descida.
8.4.2 Prensas excêntricas ou mecânicas: Essa prensa pode ser constituída por um par biela/manivela, no qual transforma um movimento de rotação, em um movimento linear recíproco da massa superior da prensa. E o curso do martelo é menor nesse tipo de prensa. São encontradas prensas mecânicas de 300 a 12.000 toneladas.
8.4.3 Prensas hidráulicas: As prensas hidráulicas são máquinas limitadas na carga, na qual ela movimenta um pistão num cilindro. E sua principal característica é que sua carga total de pressão é transmitida em qualquer ponto do curso do pistão. A velocidade do pistão pode ser também controlada e ate variada durante o seu curso.
Porém a prensa hidráulica é uma máquina de velocidade baixa, o que resulta em tempos longos de contato com a peça que pode levar a alguns problemas com a perda de calor da peça a ser trabalhada e com a deterioração da matriz. As prensas hidráulicas são disponíveis numa faixa de 500 a 50.000 toneladas.
8.5 Matriz: Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. Ela ajuda a fornecer o formato final da peça forjada, além de ser determinante na classificação dos processos de forjamento.
9.0 TRATAMENTO TÉRMICO
Dependendo da aplicação da peça forjada, as suas propriedades mecânicas poderão ser melhoradas por um tratamento térmico, anterior ou posterior à operação de forjamento.
9.1 Pré-aquecimento: É feito para prevenir fratura ou distorção do material. Consiste em colocar o material em uma serie de fornos que irão aumentando gradativamente a temperatura desse material.
9.2 Recozimento: Este processo deve ser feito antes do forjamento para que o material se torne menos quebradiço, ou mais maleável e dúctil, e também para reduzir as tensões internas. Este tratamento é feito aquecendo-se o aço acima da zona critica e deixá-lo resfriar lentamente.
9.3 Normalização: Este processo é utilizado para melhorar a estrutura cristalina do aço, obtendo assim melhores propriedades mecânicas. Consiste em aquecer o material acima da zona critica e deixando-o resfriar ao ar. Isto permite um refinamento no tamanho do grão.
9.4 Endurecimento: Pode ser realizado após o processo de forjamento, por um tratamento de tempera, aquecendo-se o material vagarosamente até a zona critica, para que haja uma transformação uniforme na estrutura do aço, e então e resfriando-o rapidamente em um tanque com água ou óleo.
10.0 TEMPERETURAS DE TRABALHO
Após o material estar com sua composição química definida e com sua estrutura já homogeneizada, se faz a escolha do intervalo de temperaturas para as etapas do forjamento. Mas tal intervalo é escolhido segundo algumas condições de processo:
• elevar e manter durante o processo a ductilidade do material a forjar, reduzindo por este meio as cargas de trabalho (temperaturas acima da temperatura de recristalização); 
• evitar a descarbonetação e oxidação excessivas que conduzem a uma perda de material e de propriedades mecânicas; 
• conforme o número de etapas de conformação evitar temperaturas abaixo do limite inferior para forjamento; 
• evitar o crescimento excessivo dos grãos cristalinos com a consequente diminuição da tensão limite de ruptura e possibilidade de refugo do forjado.
11.0 CONCLUSÃO
As operações de forjamento geralmente são executadas a quente, porem, uma grande variedade de peças pequenas são produzidas por forjamento a frio, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc. O forjamento a quente tem a vantagem de requerer menor força para deformar o metal, porem tem alto gasto energético para aquecê-lo; já no forjamento a frio temos a vantagem de uma menor quantidade de matéria-prima requerida e boa precisão dimensional, porem necessita-se de prensas de maior capacidade. 
Comparando com a usinagem, o forjamento tem uma perda de material bem menor, em quanto na usinagem as perdas de volume do material são de 74%, no processo de forjamento as perdas são de 6% em volume. 
O forjamento é feito com martelos ou prensas e toda operação possui uma matriz para fornecer o formato final da peça.
12.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
APOSTILA DE CONFORMAÇÃO PLASTICA DOS METAIS – UNICAMP
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PRODUTOS METÁLICOS-BLUCHER
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABRlUAA/trabalho-forjamento-completo
http://www.cimm.com.br/portal/verbetes/exibir/435-forjamento
http://www.carneirocarbon.com.br/inftecnicas/forjamento.php
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABMB8AK/forjamento