Aula - Forjamento (1)

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Forjamento
Processos de Transformação Mecânica
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas 
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de 
Materiais 
1
Relembrando...
2
Aplicação gradual de 
pressão
Forjamento
Prensagem
ImpactoMartelamento
A obtenção da nova forma se dá pela ação 
de tensões compressivas diretas
https://www.youtube.com/watch?v=G60llMJepZI
https://www.youtube.com/watch?v=G60llMJepZI
Relembrando...
3
GENERALIDADES DE PROCESSOS DE FORJAMENTO
• Geralmente realizado a quente;
• Máquinas de forjamento:
• Martelos de forja;
• Prensas
Relembrando...
4
O material deve adotar a forma da matriz;
Formas mais complexas; 
Grandes restrições ao espalhamento livre.
Forjamento
Matriz fechada
Matrizes de geometrias simples;
Pequenas restrições laterais
Matriz aberta
Grande variedade de peças possíveis de 
produzir por forjamento
Passos de forjamento em matriz fechada
5
Relembrando...
Biela forjada em matriz fechada
Fibragem
6
Relembrando...
Fibragem – efeito da linha de partição
7
Relembrando...
• Cálculo dos esforços e dimensionamento das matrizes e dos 
passos de forjamento, visando:
– Mínimo de energia necessária; 
– Linhas de fluxo adequadas; 
– Evitar o aparecimento de falhas; 
– Otimizar o aproveitamento do material, e a perda por 
refugo e rebarba.
16
Análise do processo de forjamento
Análise do Forjamento em Matriz Aberta
18
DEFORMAÇÃO DO METAL NO ESTIRAMENTO POR 
FORJAMENTO
FACE 2
FACE 1
hi hf
FACE 1
b
τ
p
p
↑
𝑊𝑖
ℎ𝑖
⇨ Estado plano de deformações
Análise do Forjamento em Matriz Aberta
19
DEFORMAÇÃO DO METAL NO ESTIRAMENTO POR 
FORJAMENTO
Análise do Forjamento em Matriz Aberta
20
DEFORMAÇÃO DO METAL NO ESTIRAMENTO POR 
FORJAMENTO
Análise do Forjamento em Matriz Aberta
21
TENSÕES INDUZIDAS NO RECALQUE DE CILINDROS
O modo de deformação depende da relação D/h
Análise do Forjamento em Matriz Aberta
22
INFLUÊNCIA DAS ZONAS DE FLUXO RESTRINGIDO SOBRE O 
ESFORÇO NECESSÁRIO PARA O FORJAMENTO EM MATRIZ 
ABERTA
A B C D E
D/h 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80
A B C D E
C
A
R
G
A
 C
R
E
S
C
E
N
T
E
REDUÇÃO DE ALTURA, %
C
A
R
G
A
 C
R
E
S
C
E
N
T
E
REDUÇÃO DE ALTURA, %
A B DC
A
D/h 3,0
B
1,7
C
1,0
D
0,5
Análise do Forjamento em Matriz Aberta
23
INFLUÊNCIA DAS ZONAS DE FLUXO RESTRINGIDO SOBRE O 
ESFORÇO NECESSÁRIO PARA O FORJAMENTO EM MATRIZ 
ABERTA
D/h = 3,0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
C
A
R
G
A
 C
R
E
S
C
E
N
T
E
REDUÇÃO DE ALTURA, %
FACES
POLIDAS
FACES
RETIFICADAS
FACES
TORNEADAS
m crescente
Método dos Blocos 
24
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
FACE 2
FACE 1
FACE 1
b/2 b/2
p
t
p
t
h
dx
x x’
sx + dsx sx
Estado Plano: wi = wf = w
x
Método dos Blocos 
25
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
FACE 1
b/2 b/2
p
t
p
t
h
dx
x x’
sx + dsx sx
Equilíbrio de forças no eixo x:
x
( ) 0hwwd2hwd =−++ xxx x stss
0hpd2hdh =−++ xxx x smss
pm=t
0
h
pd2
d =+
x
x
m
s
Método dos Blocos 
26
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
Aplicação do C.E de von Mises para o estado plano de deformação
Y
3
2
σp =− x
Para um processo de deformação a quente:
𝝈𝒆𝒇,𝒄𝒓𝒊𝒕 = cte  S = cte
 dsx = dp
𝟐
𝟑
𝝈𝒆𝒇,𝒄𝒓𝒊𝒕 = S
Método dos Blocos 
27
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
0
h
pd2
d =+
x
x
m
s
 dsx = dp
E.F :
C.E :
xd
h
2
p
dp m
−=
 −= xdh
2
p
dp m
teC
h
2
pln +−= x
m
Método dos Blocos 
28
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
Na borda da matriz (x = b/2), a tensão σx será nula e, de acordo
com a equação obtida pelo C.E, a pressão p deverá ser igual a S.












−
m
= xexpx
2
b
h
2
S)p(
Válida para
0
2
b
 x
teC
2
b
h
2
Sln +−=
m
b
h
SlnCte +=
m
Sln
h
b
h
2
pln ++−=
mm
x 





−= x
2
b
h
2
S
p
ln
m
Condição de contorno:
Método dos Blocos 
29
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
Método dos Blocos 
30
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
( ) ( ) xxxx dpwwdpP
2b
2b
2b
2b  −− ==
Considerando a simetria da distribuição de pressão sobre a peça e
a expressão encontrada para p(x), obtemos:
A carga total, P, para executar a operação é dada por:
xxexp d
2
b
h
2
Sw2P
2b
0 










−
m
= 





−
m
m
= 1
h
b
h
Sw
P exp
Método dos Blocos 
31
CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR 
FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO
A pressão média é
bw
P
p =