Conformação P2 Eletrotecnica

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Forjamento 1 
Características: 
Um tarugo é plasticamente deformado entre duas ferramentas para obter uma configuração 
final. Então, uma geometria simples é transformada em uma complexa. 
Em geral o processo de forja não produz sucata e a geometria final é formada em pouco 
tempo. 
É necessário larga produção para amortizar o custo do ferramental. 
Ademais, algumas peças produzidas por forja apresentam propriedades mecânicas melhores 
que as fundidas ou usinadas. 
 
Tipos de processo de forja: 
• Forjamento em matriz fechada com rebarba; 
• Forjamento em matriz fechada sem rebarba; 
• Extrusão frontal; 
• Extrusão por trás; 
• Forja radial; 
• Forja isotérmica; 
• Forjamento em matriz aberta; 
• Electro-upsetting; 
• Orbital forging; 
 
Forjamento em matriz fechada com rebarba: 
Neste processo, um tarugo é deformado a frio ou a quente em matrizes de tal forma que o 
fluxo de metal da cavidade do molde é restrito. O excesso de material é extrudado através das 
aberturas para rebarba. 
Equipamento: prensa hidráulica, mecânica ou parafuso. Bigorna e rebaixo. 
 
Forjamento em matriz fechada sem rebarba: 
Tarugo com volume cuidadosamente controlado é deformado a frio ou a quente por um 
punção em uma matriz sem cavidade para rebarba. 
Equipamento: prensa hidráulica ou mecânica. 
 
 
Electro-Upsetting: 
Processo de forjamento a quente que reune grande quantidade de material em uma 
extremidade de uma barra redonda, aquecendo a extremidade da barra eletricamente e 
empurrando-a contra uma bigorna plana ou cavidade de matriz. 
 
 
Extrusão frontal e traseira: 
Frontal: o metal é forcado a fluir na mesma direção do punção. 
Traseira: o metal é forcado a fluir na direção oposta do punção. 
 
Forjamento radial: 
Forjamento quente ou frio utilizando movimentos radiais e movendo o tarugo contra bitolas 
ou matrizes (também em movimento) para produção de tubos ou componentes com variação 
de seção ao longo do comprimento. 
 
 
Hobbing: 
Processo para fazer rasas impressões em um material. 
Equipamento: prensa hidráulica ou mecânica. 
 
 
 
Forja isotérmica: 
Processo de forjamento em que as matrizes superiores e inferiores estão na mesma 
temperatura. 
Equipamento: prensa hidráulica. 
 
 
Forjamento com matriz aberta: 
Processo com forjamento a quente onde o material é martelado ou pressionado por matrizes 
simples. Usado para forjar grandes e volumosas peças. É usado como preforja. 
Equipamento: prensa hidráulica e martelos. 
 
Orbital Forging: 
É o processo de forjar a frio ou a quente peças incrementalmente entre uma matriz superior 
em orbita e uma matriz inferior não rotativa. 
 
 
Powder Metal (P/M) Forging (pó): 
É o processo de forjamento em matriz fechada com sinterização de pó metálico. 
Equipamento: prensa hidráulica e mecânica. 
 
Upsetting ou Heading: 
Processo de forjamento frio ou quente de modo que a área da seção transversal de uma parte, 
ou de todo, da peça seja aumentada. 
 
 
 
Nosing: 
Forjamento quente ou frio em que a extremidade aberta de uma concha ou componente 
tubular é fechada por prensagem axial com uma matriz. 
 
 
Coining: 
Usado para formar endentações e relevos em peças. Durante o processo, o metal é adelgaçado 
ou espesso para alcançar o recuo necessário ou seções levantadas. é amplamente utilizado 
para rotular chapas metálicas ou componentes como moedas. O assentamento é um tipo de 
processo de cunhagem em que a pressão de fundo provoca reduções na espessura na área de 
curvatura. É um processo sem rebarba e com baixo fluxo do metal. 
 
 
Ironing: 
Ë o processo que alisa e afina a parede de um copo sendo pressionado contra um punção. 
 
 
Cross Wedge Rolling (forjamento por rolamento, laminação): 
Usado como mecanismo de preforja para deixar os perfis com espessuras próximas da peça 
final que será forjada. 
 
 
Forjamento 2 
Tensão 
O metal começa fluir ou deformar plasticamente quando é aplicado uma tensão maior que a 
tensão de escoamento. A tensão aplicada depende da geometria, do atrito e da tensão de 
escoamento do material. 
A tensão aplicada é influenciada por: 
• Composição química; 
• Estrutura metalúrgica; 
• Número de fases; 
• Tamanho de grão; 
• Segregação; 
• Temperatura do processo; 
• Grau de deformação; 
• Taxa de deformação; 
 
Forjamento a frio 
Processo de forjamento à temperatura ambiente. 
Vantagens: 
• Maior precisão, tolerâncias mais apertadas; 
• Melhor superfície de acabamento; 
• Maior resistência e dureza da peça devido ao encruamento; 
• Grãos com direção preferencial (anisotropia); 
• Economia com gastos energéticos dos fornos para aquecimento da peça; 
 
Desvantagens: 
• Maiores forças e potência na operação; 
• Cuidados para garantir que a superfície da peca inicial esteja livre de sujeiras; 
• Ductilidade e encruamento da peca limita a quantidade de deformação que pode ser 
aplicada na peça; 
 
Para superar o problema e reduzir os requisitos de força e potência, muitas operações de 
formação são realizadas a temperaturas elevadas. Existem duas faixas de temperaturas 
elevadas que dão origem aos termos trabalho morno e trabalho a quente. 
 
 
Forjamento a morno 
As propriedades da deformação plástica são normalmente melhoradas pelo aumento da 
temperatura. Sendo assim, o trabalho morno é realizado em temperaturas altas, porém abaixo 
da temperatura de recristalização. 
Vantagens sobre trabalho a frio: 
• Menores forças e potência devido a menor taxa de encruamento; 
• Geometrias mais variadas; 
• Necessidade de recozimento pode ser eliminada; 
 
Forjamento a quente 
Processo que envolve deformação em temperaturas acima da temperatura de recristalização e 
abaixo da temperatura de fusão. Entretanto, o processo de deformação gera calor que pode 
aumentar a temperatura de determinadas regiões da peça e podendo ocasionar a fusão. 
Sendo assim, o processo é capaz de deformar totalmente o material sem encruamento. 
Vantagens sobre o trabalho a frio: 
• Possibilidade de deformar totalmente o material; 
• Menores forças e potência requeridas; 
• Metais que sofreriam fraturas no trabalho a frio podem ser deformados; 
• Isotropia; 
• O material não encrua; 
Desvantagens: 
• Menor precisão dimensional; 
• Alto consumo de energia nos fornos; 
• Oxidação da superfície; 
• Acabamento superficial baixo; 
• Vida da ferramenta reduzida; 
 
Forjamento isotérmico 
Alguns metais de alta liga, como ligas de titânio e níquel, precisam de uma temperatura ainda 
maior de trabalho. Entretanto, esses metais perdem calor muito rapidamente para superfícies 
frias em contato. Essa transferência de calor eleva a dureza do material na superfície em 
contato criando diferentes regiões e causando irregularidade na peça final. 
Sendo assim, no forjamento isotérmico as ferramentas são preaquecidas para que não haja 
troca de calor com o material forjado e consequentemente gradiente térmico durante a 
deformação. Entretanto, esse processo enfraquece a ferramenta e reduz seu tempo de vida. 
 
 
 
Taxa de deformação 
 
 
Fluxo de grãos 
A importância a respeito do fluxo de grãos é na propriedade mecânica do material que varia 
com respeito a orientação relativa do fluxo dos grãos. Esse artefato pode ser considerado 
como uma vantagem na forja. Pode-se controlar o sentido do fluxo de grãos para que a peca 
apresente propriedades superiores em determinadas direções. Entretanto, nem todas as 
propriedades são influenciadas pelo sentido do fluxo de grãos. Dureza e resistência são 
controladas pela composição química e tratamento térmico. Já a preparação de trincas pode 
ser retardada dependendo do fluxo de grãos e da direção da propagação da trinca. Ou seja, 
resistência a fadiga, dureza ao impacto e ductilidade podem ser melhoradas com o controle do 
fluxo de grãos. 
 
 
Sensibilidade ao fluxo de grãos 
Devido a características da microestrutura, alguns matérias podem exibir sensibilidadeao fluxo 
de grãos e reflete no grau de isotropia que o material pode assumir no forjamento. Na prática, 
alguns materiais apresentam grandes diferenças em suas propriedades de acordo com o 
sentido do fluxo dos grãos. 
Maquinas para forjamento 
 
 
 
Trefilação 
Processo no qual a matéria prima é estirada, normalmente a frio, através de uma matriz de 
canal convergente chamada fieira ou trefila por meio de uma força de tração aplicada na saída 
da matriz. 
A deformação plástica do material resulta das forças de compressão provenientes da reação 
do canal da matriz sobre o material. 
Produtos: 
• Barras; 
• Vergalhões; 
• Arames; 
• Tubos; 
Vantagens: 
• Maior grau de estiramento e redução de seção transversal obtido em conformação; 
• Precisão dimensional maior do que os demais processos de conformação mecânica 
(exceto laminação a frio); 
• Superfície uniforme e com bom acabamento; 
• Através da combinação com tratamentos térmicos é possível obter produtos com 
diferentes propriedades mecânicas; 
 
 
Matérias-primas 
Matéria prima mais comum é o fio-máquina obtido através do processo de laminação a 
quente. Diversos tipos de aço, como os inoxidáveis e de alta resistência assim como os não 
ferrosos como alumínio e cobre podem ser trefilados. 
 
Fluxo do processo 
 
• Descarepação: mecânica ou química (ácida); 
• Recobrimento: neutralização de ácidos, proteção da superfície e suporte para o 
lubrificante; 
• Trefilação: pode ser a seco ou com recobrimento lubrificante; 
 
Comparação entre tolerâncias 
 
 
Fieira 
Dispositivo básico da trefilação, responsável pela geometria e dimensões finais do produto 
trefilado. Possuem quatro zonas geométricas: 
• Ângulo de entrada; 
• Ângulo de trefilação ou abordagem 
• Zona cilíndrica; 
• Ângulo de saída; 
 
 
 
Redução da área na trefilação 
Com o aumento da redução de área há aumento na tensão necessária. Se a redução for grande 
o bastante a tensão pode ultrapassar a tensão de escoamento do metal. Quando isso ocorre o 
material irá alongar sem ser exprimido pela matriz. Para que isso não ocorra, a tensão máxima 
deve ser menor que a tensão de escoamento do material. 
 
Tensões residuais nas barras, arames e tubos 
Dependendo da quantidade de redução, podemos encontrar dois tipos de tensões residuais no 
material. 
Para baixas reduções: 
• Tensões residuais longitudinais são compressivas na superfície e trativas no eixo; 
• Tensões radiais são trativas no eixo e caem a zero na superfície; 
Para grandes reduções: 
• Tensões residuais longitudinais são trativas na superfície e compressivas no eixo; 
• Tensões radiais são trativas no eixo e caem a zero na superfície; 
 
Equipamentos para trefilação 
• Trefiladores de bancada: usado em equipamentos não bobináveis (barras e tubos); 
• Trefiladores de tambor: usado em produção de produtos bobináveis (arames); 
 
 
 
Extrusão 
É um processo de compressão onde o metal é forcado a fluir por uma matriz aberta com 
determinada secção transversal. 
Vantagens: 
• Variedade de formas possíveis (principalmente extrusão a quente); 
• Estrutura dos grãos e propriedades de resistência são aprimoradas na extrusão a frio e 
morno; 
• Tolerâncias apertadas (especialmente em extrusão a frio); 
• Pequena ou nenhuma perda de material. 
 
Um dos problemas da extrusão direta é o atrito existente entre o tarugo e a matriz. O atrito 
gera um aumento substancial na forca. Na extrusão a quente o atrito é agravado pela presença 
de oxido na superfície do tarugo. Para evitar esse problema é colocado um anel com diâmetro 
pouco menor que o tarugo para que a camada de oxido seja retirada antes da entrada do 
tarugo na matriz. 
Extrusão direta: 
 
 
Extrusão indireta: 
 
 
 
Extrusão a quente 
O processo de extrusão ocorre no tarugo em temperaturas abaixo da temperatura de 
recristalização. 
Vantagens: 
• Reduz a resistência e aumenta a ductilidade do metal, permitindo maiores reduções e 
formatos mais complexos; 
• Redução na forca necessária no ram e aumento de sua velocidade; 
• Redução no fluxo de grãos do produto final; 
O resfriamento do tarugo em contato com as paredes do container é um problema que pode 
ser corrigido com o uso da extrusão isotérmica. Lubrificação é crítica em extrusão a quente e o 
uso de lubrificantes especiais foram desenvolvidos para essas condições. O vidro pode ser 
usado como lubrificante na extrusão a quente para reduzir o atrito e isolar termicamente o 
tarugo e o container. 
 
Extrusão a frio e a morno 
Geralmente usadas para produção de partes discretas, finalizadas ou próximas da finalização. 
O termo extrusão de impacto é usado para indicar extrusões a frio com alta velocidade. 
Vantagens: 
• Aumento da resistência devido encruamento; 
• Tolerâncias apertadas; 
• Bom acabamento superficial; 
• Altas taxas de produção; 
• Economia energética (sem uso de fornos); 
 
Lubrificação 
O uso de lubrificante contribui para deformações homogêneas ao longo da extrusão. 
 
Efeitos da velocidade do ram e da temperatura na pressão da extrusão 
A pressão aumenta com o aumento da velocidade do ram, especialmente em altas 
temperaturas devido à sensibilidade a taxa de deformação. 
Entretanto, o calor gerado pela alta velocidade não é dissipado a tempo e o aumento da 
temperatura pode ocasionar a fusão e consequentemente defeitos no material. 
Os problemas são reduzidos com a diminuição da velocidade de extrusão. 
 
 
Atrito e ângulo de entrada da matriz 
 
 
 
Defeitos 
 
a) Centerbuster: rachadura interna devido às tensões ao longo da linha central da peça 
durante a extrusão. Promovido por ângulos de entrada muito grandes, baixas taxa de 
extrusão e impurezas na microestrutura. Ocorre no centro do material e dificulta 
identificação. 
 
b) Pipings: Defeito associado a extrusão direta. Divisão no final do tarugo. O uso de bloco 
anéis com diâmetro pouco menor que o tarugo ajuda a evitar o piping. 
 
c) Surface cracking: defeito resultado de altas temperaturas de trabalho que causam 
rachaduras na superfície. Ocorre quando a velocidade de extrusão é muito alta aliado 
a altas taxas de deformação, atrito e ao calor gerado. 
 
Extrusão por impacto 
 
 
Altas velocidades e baixo impacto. Usado para fazer componentes individuais e paredes finas. 
Não à impacto na peça, apenas pressão. Pode ser feito com extrusão direta, indireta ou 
combinação das duas. Usualmente feita a frio e em extrusões inversas. Permite grandes 
reduções e alta produtividade. 
 
Extrusão hidrostática 
 
Um dos problemas da extrusão direta é o atrito. Esse problema pode ser resolvido através da 
adição de fluido envolta do tarugo e pressurizado por um ram. Assim, não existe atrito entre o 
container e o tarugo. Consequentemente a força de ram é significantemente reduzida na 
extrusão direta. Ë realizado a temperatura ambiente ou altas temperaturas (com uso de 
fluidos especiais). A extrusão hidrostática aumenta a ductilidade do material. 
Desvantagem: 
• Preparação do tarugo para que funcione como um tampão com o ângulo de entrada 
para que não haja vazamento do fluido. 
 
Hidroconformação 
Guerin Process 
usa uma almofada de borracha para conformar chapas de metal. 
 
 
Hidroconformação 
Utiliza um liquido ou gás pressurizado para deformar plasticamente os metais. Com essa 
técnica algumas geometrias complexas podem ser produzidas com um custo menor que os 
demais processos de conformação. Normalmente é usado apenas um passe de conformação. 
Vantagens: 
• Ferramental com custo não elevado e com baixo tempo de preparação; 
• Baixo custo de desenvolvimento; 
• Elimina defeitos do forjamento convencional; 
• Perda de material minimizado; 
• Ideal para geometrias complexas e irregulares; 
 
Hydromechanical deep drawing 
Processo parecido com a hidroconformação convencional. Entretanto o fluido fica do lado 
oposto do pistão e não é necessário matrizinferior. 
 
Hidroconformação de alta pressão 
Combinação entre deep drawing e hidroconformação. A vantagem desse processo é a 
possibilidade do deep drawing com fluxo controlado de metal na cavidade. O tempo e o custo 
são reduzidos. Usado para medias produções. 
 
 
Hidroconformação de tubos 
Simultâneas aplicações de pressão interna e axial. 
 
 
Propriedade dos materiais para hidroconformação 
• Elongação maior e uniforme; 
• Maior coeficiente de encruamento; 
• Menor anisotropia; 
• Boa qualidade superficial; 
• Tolerâncias apertadas; 
 
 
Resumo 
Processo de conformação que substitui a estampagem e forjamento convencional devido a 
economia em matrizes, número de operações, melhores tolerâncias e geometrias complexas. 
Por outro lado, a produção em massa de tubos é relativamente nova e ainda possui 
ferramental limitado. 
Problemas: 
• Vedação; 
• Otimização do controle interno de pressão. Atualmente a otimização é feita através da 
tentativa e erro. 
• Lubrificantes, revestimentos e meios de determinar os coeficientes de atrito; 
• Aprimoramento em geral devido a tecnologia ser recente.