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2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais FORJAMENTO 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais O forjamento é, com absoluta certeza, o mais antigo dos processos de transformação mecânica de metais, com registros datando de cerca de 7.000 anos atrás. Há evidências de que o forjamento foi usado no Egito antigo, Grécia, Pérsia, Índia, China e Japão para a fabricação de armas, jóias e uma variedade de utensílios. Naquela época, os artesãos que dominavam as técnicas do forjamento eram tratados com muito respeito e consideração. Por volta de 1600 A.C., na ilha de Creta antiga, placas de pedra gravadas eram usadas como matrizes para gravação em ouro e prata. Isto evoluiu para a fabricação de moedas, mediante um processo semelhante, cujos registros datam de cerca de 800 A.C. Matrizes mais complexas foram usadas em Roma, por volta de 200 A.C. A evolução do for-jamento permaneceu estagnada durante muitos séculos, até o surgimento do martelamento com guia, no final do século VIII D.C. Este desenvolvimento permitiu o ingresso definitivo do forjamento na indústria, como processo de fabricação. Atualmente, o forjamento é um importante processo industrial, larga-mente utilizado na fabricação de componentes de elevada resistência para a indústria automotiva, aeroespacial e outras aplicações. Tais componentes incluem eixos de manivela para motores (virabrequins), bielas, engrenagens, componentes estruturais para aeronaves e peças para turbinas de motores a jato. Além disso, lingotes de aço e outras ligas metálicas são submetidos a operações primárias de forjamento, produzindo formas básicas que são subseqüentemente usinadas. HISTÓRIA 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais Forjamento é um processo de conformação no qual modificam-se a geometria, as dimensões e as propriedades mecânicas de um corpo metálico pela ação de tensões compressivas diretas. FORJAMENTO A QUENTE recuperação e recristalização mais comum FORJAMENTO A FRIO encruamento para peças de geometrias mais simples A ação das matrizes se dá mediante a aplicação de golpes rápidos e repetidos (martelos de queda livre ou acionados) ou pela aplicação lenta de intenso esforço compressivo (prensas hidráulicas, excêntricas e de parafuso). formas complexas (matrizes fechadas) oxidação e contração térmica: sobremetais tolerâncias mais estreitas formas simples (matriz aberta) TEMPERATURA DE TRABALHO CLASSIFICAÇÃO DEFINIÇÃO 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais FORJAMENTO LIVRE (MATRIZ ABERTA) baixa produtividade formas simples e regulares (eixos, rodas, anéis, etc.) FORJAMENTO EM MATRIZES FECHADAS alta produtividade para peças de geometrias complexas peças de grandes dimensões normalmente realizado com martelos, embora operações de desbaste de lingotes devam ser feitas em prensas hidráulicas maior homogeneidade estrutural melhor qualidade dimensional normalmente realizado em prensas mecânicas, embora algumas peças, mais simples, possam ser forjadas em martelos. VARIAÇÃO: Forjamento em Matriz Fechada sem Rebarba controle rigoroso do volume de metal a ser forjado GRAU DE RESTRIÇÃO AO FLUXO DE METAL CLASSIFICAÇÃO 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais FORJAMENTO A QUENTE EM MATRIZ ABERTA As matrizes de forjamento livre são, na maioria das aplicações, planas ou com ligeiros contornos superficiais que auxiliam a amoldar a peça. Além disso, a peça deve ser manipulada freqüentemente (girando-a periodicamente e/ou mo-vendo-a para frente e para trás) para se atingir a mudança de forma desejada. A habilidade do operador é um fator importante para o êxito nestas operações. Um exemplo de forjamento em matriz aberta é a transformação de grandes lingotes fundidos de aço com seção quadrada ou hexagonal em barras de seção transversal circular. Operações de forjamento em matriz aberta produzem formas grosseiras e são necessárias operações subseqüentes de beneficiamento das peças para obtenção da geometria e dimensões finais. Uma importante con-tribuição do forjamento livre a quente é a obtenção de uma estrutura metalúrgica favorável no metal, devida não só aos fenômenos de recuperação e recristaliza-ção, mas, também à diminuição da porosidade interna nas peças forjadas. desbaste utilizando matrizes com superfícies convexas, côncavas e planas, este último caso conhecido como estiramento. corte e fendilhamento, como operação intermediária. recalque de cilindros, para a produção de discos e rodas forjamento de anéis, empregando combinações de matrizes OPERAÇÕES TÍPICAS: 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais ANÁLISE DO FORJAMENTO EM MATRIZ ABERTA DEFORMAÇÃO DO METAL NO ESTIRAMENTO POR FORJAMENTO 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais TENSÕES INDUZIDAS NO RECALQUE DE CILINDROS 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais TENSÕES INDUZIDAS NO ESTIRAMENTO EM ESTADO PLANO 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 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 PRESSÃO CRESCENTE REDUÇÃO DE ALTURA, % CARGA CRESCENTE REDUÇÃO DE ALTURA, % A B D C A D/h 3,0 B 1,7 C 1,0 D 0,5 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais D/h = 3,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 CARGA CRESCENTE REDUÇÃO DE ALTURA, % FACES POLIDAS FACES RETIFICADAS FACES TORNEADAS m crescente REDUÇÃO DE ALTURA, % CARGA CRESCENTE m decrescente 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA ESTIRAR POR FORJAMENTO A QUENTE NO ESTADO PLANO DE DEFORMAÇÃO Estado Plano: wi = wf = w Não se sabe, a priori, se dsx será negativo ou positivo 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais Como já vimos, para o caso do estado plano de deformação, o critério de von Mises estabelece que: S Para deformação a quente é razoável admitir S constante. dsx = dp Condição de contorno: Na borda da matriz (x = b/2), a tensão sx será nula e, de acordo com a equação (1), a pressão p deverá ser igual a S. Ou, finalmente: (1) 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais s Colina de Fricção 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 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: A pressão média é 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais CÁLCULO DO ESFORÇO NECESSÁRIO PARA FORJAR UM DISCO p =Y 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais FORJAMENTO A QUENTE EM MATRIZES FECHADAS Processos básicos: rebarbação corte, aquecimento Recalque de eixos: recalcadoras horizontais Etapas de forjamento: esboçadora, formadora, calibradora acabamento superficial Comparação do forjamento a quente convencional com o de precisão controle da temperatura do aquecimento controle do corte e das dimensões do tarugo recalque, espalhamento e ascensão Seqüência de processamento precisão dimensional e geométrica de matrizes e insertos limpeza, etapas de forjamento tratamento térmico Forjamento em cilindros 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais FORJAMENTO A FRIO Processos básicos: etapas de forjamento corte lubrificação recozimentos intermediários a quente, a frio, morno ou isotérmico martelos (queda livre e auxiliados) recalque e extrusão Seqüência de processamento prensas (excêntricas, de parafuso e hidráulicas) FORJAMENTO DE PRECISÃO menores sobremetais, sem rebarbas, sem ângulos de extração e raios de arredondamento menores EQUIPAMENTOS DE FORJAMENTO recalcadoras 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais SEQÜÊNCIA DE OPERAÇÕES NO ESTIRAMENTO DE UMA BARRA 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais A formação de rebarba visa: garantir preenchimento correto das matrizes acomodar defeitos de forjamento escoar excesso de material do tarugo A rebarba é a região do forjado que sofre deformação mais intensa Operação de rebarbação 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais 2007/1 Prof. Ricardo Domingues MET242 – Transformação Mecânica dos Metais
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