01_Forjamento_Semana_6a

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Conformação Mecânica
UCL
Marden Valente de Souza
Processo a Quente ou a Frio
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Processos Industriais
Forjamento
UCL
Marden Valente de Souza
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O forjamento, um processo de conformação
mecânica em que o material é deformado por
martelamento ou prensagem, é empregado para a
fabricação de produtos acabados ou semi-
acabados de alta resistência mecânica, destinados
a sofrer grandes esforços e solicitações em sua
utilização.
Estes esforço de compressão atuam sobre um
material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir
o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho.
O que é???
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Desde antes de Cristo....
•O forjamento 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. 
•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. 
O Processo
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Os processos convencionais de forjamento são executados
tipicamente em diversas etapas, começando com o corte do
material, aquecimento, pré-conformação mediante operações de
forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e
rebarbação.
Martelamento
O forjamento por 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.
O resultado é que o martelamento produz deformação
principalmente nas camadas superficiais da peça, o que dá
uma deformação irregular nas fibras do material.
No forjamento por
martelamento são usados
martelos de forja que
aplicam golpes rápidos e
sucessivos ao metal por
meio de uma massa de 200
a 3.000 kg que cai
livremente ou é
impulsionada de uma certa
altura que varia entre 1 e
3,5 m.
Na 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.
A deformação resultante é, então, mais regular do que a
produzida pela ação dinâmica do martelamento.
Prensagem
Forjamento por prensagem é
realizado por prensas mecânicas
ou hidráulicas. As prensas
mecânicas, de curso limitado e
podem aplicar cargas entre 100 e
8.000 toneladas. As prensas
hidráulicas podem ter um grande
curso e são acionadas por pistões
hidráulicos. Sua capacidade de
aplicação de carga fica entre 300
e 50.000 toneladas (bem mais
caras que as prensas mecânicas).
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Ferramentas
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.
As matrizes de forjamento são submetidas a altas
tensões de compressão, altas solicitações térmicas e,
ainda, a choques mecânicos.
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.
Matrizes
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À quente ou à frio???
A maioria das operações de forjamento é executada a
quente; contudo, uma grande variedade de peças
pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas,
engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento
a frio.
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Que tipo de matriz???
1. Matriz aberta;
2. Matriz fechada
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O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, 
que normalmente não se tocam.
Forjamento em matriz aberta
É usado geralmente para fabricar peças
grandes, com forma relativamente
simples (p. ex., eixos de navios e de
turbinas, ganchos, correntes, âncoras,
alavancas, excêntricos, ferramentas
agrícolas, etc.) e em pequeno número; e
também para pré-conformar peças que
serão submetidas posteriormente a
operações de forjamento mais complexas.
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Conformação entre duas metades de matriz que possuem, gravadas 
em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à 
peça. 
Forjamento em matriz fechada
A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade
fechada ou semifechada, permitindo assim obter-se peças com
tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.
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. 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.
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É fundamental a precisão na quantidade fornecida de material
Forjamento em matriz totalmente fechada
• Insuficiência de 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.
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Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de 
material, é mais comum empregar um pequeno excesso. 
Rebarbas no forjamento em matriz totalmente 
fechada
Matrizes são providas de uma
zona oca especial para
recolher o material excedente
ao término do preenchimento
da cavidade principal.
O material excedente forma
uma faixa estreita (rebarba)
em torno da peça forjada.
A rebarba exige uma operação
posterior de corte
(rebarbação) para remoção.
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O que são???
Operações unitárias
São operações relativamente simples de conformação por
forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas
especiais, podendo ter as finalidades de:
- produzir peças acabadas de feitio simples
- redistribuir a massa de uma peça bruta para facilitar a
obtenção de uma peça de geometria complexa por posterior
forjamento em matriz.
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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. 
Compressão
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Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura .
Estiramento
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Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção 
intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada.
Encalcamento (fullering)
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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
Rolamento
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Aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura. 
Alargamento
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Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção 
de formato apropriado.
Furação
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Reduz e modifica a secção transversal de uma barra passando-a entre 
dois rolos que giram em sentidos opostos, tendo cada rolo um ou mais 
sulcos de perfil adequado, que se combina com o sulco correspondente 
do outro rolo.
Laminação de forja
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Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas, postas em 
contato, aquecidas e submetidas a compressão.
Caldeamento
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Geralmente realizada a frio, empregando matriz fechada ou aberta, visa 
produzir uma impressão bem definida na superfície de uma peça, sendo usada 
para fabricar moedas, medalhas talheres e outras peças pequenas, bem como 
para gravar detalhes de diversos tipos em peças maiores. 
Cunhagem
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Consiste em separar o material, geralmente aquecido, por meio de um 
mandril de furação provido de gume; depois que a ferramenta foi 
introduzida até a metade da peça, esta é virada para ser fendilhada do lado 
oposto.
Fendilhamento
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Visa alargar uma fenda ou furo, fazendo passar através do mesmo uma 
ferramenta de maiores dimensões ; geralmente se segue ao 
fendilhamento.
Expansão de furo
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Em que casos são usadas???
Forjamento em matriz fechada
Peças de formas complexasou de precisão não podem
ser obtidas por técnicas de forjamento livre,
exigindo matrizes especialmente preparadas que
contenham o negativo (ou contorno) da peça a ser
produzida. Tais matrizes são caras, exigindo na
maioria das vezes, alta produção para justificar seu
custo.
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Qual é o uso principal ???
Forjamento em matriz fechada
A obtenção de um formato complexo normalmente não
é possível com uma única etapa de trabalho, exigindo
uma ou mais etapas de pré-forjamento. As etapas de
pré-forjamento podem ser efetuadas com o auxilio de
superfícies especialmente usinadas no próprio bloco
das matrizes, ou em equipamento separado, ou mesmo
por meio de outros processos como a laminação.
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Objetivos
Forjamento em matriz fechada
O objetivo do pré-forjamento é redistribuir o metal
para posições mais adequadas ao forjamento
subseqüente. A pré-forma assim obtida pode ser
conformada para uma configuração mais próxima da
final em uma matriz de esboço ("blocker die"), que
assegura uma distribuição adequada de metal, mas
ainda não na forma final.
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Rebarbas !!!
Forjamento em matriz fechada
Diante da dificuldade para se distribuir precisamente
o material nas etapas de operações unitárias, utiliza-
se na maioria dos casos um certo excesso de material,
que já na etapa de esboçamento se permite escapar
por entre as duas matrizes, formando uma rebarba
que por vezes é removida (cortada) antes do
forjamento final nas matrizes de acabamento
("finishing dies") .
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Acabamento
Forjamento em matriz fechada
Na etapa de acabamento o excesso de material
também forma rebarba, que tem de ser fina para
assegurar o preenchimento total da matriz e
tolerâncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina,
em presença de atrito, gera alta pressão de
conformação.
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Para evitar um aumento excessivo desta pressão as matrizes são usualmente 
projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima somente 
em uma largura pequena (garganta ou costura - “flash land”) sendo permitido ao 
restante escoar livremente dentro da calha ou bacia ("flash gutter").
Alívio de pressão e presença de calhas nas 
matrizes
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1. Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de metal na cavidade das matrizes; 
2. Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do sistema 
de modo que a pressão cresça até valores elevados, assegurando que o metal preencherá 
todos os recessos da cavidade. 
Funções das rebarbas
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Recalque: redução da altura inicial com escoamento de metal perpendicularmente à 
direção do movimento das matrizes; 
alargamento quando ocorre uma grande movimentação transversal de material sob 
atrito.
Operações de forjamento
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As operações de obtenção das formas intermediárias de uma peça constituem a 
conformação intermediária, que se compõe normalmente de três etapas: 
(i) distribuição de massas; 
(ii) dobramento (se for o caso); 
(iii) formação da seção transversal. 
Métodos de fabricação
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Extrusão: escoamento de material numa direção paralela ao do movimento das matrizes.
Quando o sentido do movimento do material é contrário ao do trabalho, tem-se a
extrusão inversa ou ascensão, que geralmente aumenta a altura da peça e envolve um
grande deslocamento de material sob atrito; neste caso são requeridas tensões elevadas
na garganta da rebarba, para possibilitar a ascensão completa do material na matriz.
Outras operações de forjamento
Defeitos dos produtos forjados
• 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.
• 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.
Elas se iniciam nas rebarbas e podem penetrar na peça
durante a operação de rebarbação.
Defeitos dos produtos forjados
• Trincas internas - originam-se no interior da peça, como
consequência de tensões originadas por grandes
deformações.
• Gotas frias - são descontinuidades originadas pela dobra
de superfícies, sem a ocorrência de soldagem. Elas são
causadas por fluxos anormais de material quente dentro das
matrizes, incrustações de rebarbas, colocação inadequada
do material na matriz.
• 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.
Defeitos dos produtos forjados
• Descarbonetação - caracteriza-se pela perda de carbono
na superfície do aço, causada pelo aquecimento do metal.
• Queima - gases oxidantes penetram nos limites dos
contornos dos grãos, formando películas de óxidos. Ela é
causada pelo aquecimento próximo ao ponto de fusão.
• Mais resistentes
• Possuem microestrutura mais refinada
• Mais confiáveis (menos defeitos)
• Mais baratos para grandes lotes
• Suas plantas de produção são mais adaptáveis a diferentes
produtos
FORJADOS X FUNDIDOS
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Uma fábrica com muitos clientes na indústria automobilística.
http://www.forjas.com.br/
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Alguns produtos do forjamento
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Próxima vez que passa por um ônibus, caminhão, etc., observe como a potência do motor 
é transmitida às rodas e você verá uma cruzeta.