Transcript Download - Professor | Amilton Cordeiro

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM
INDUSTRIAL
Faculdade de Tecnologia SENAI Gaspar Ricardo Júnior
CFP 4.02 - SOROCABA - SP
CURSO: Tecnologia de Fabricação Mecânica
Professor: M.Sc. Amilton Cordeiro
 Forjamento
 Forjamento
O que é: Forjamento é o nome dado às operações de
conformação mecânica efetuadas com esforço de
compressão sobre um material dúctil entre duas ferramentas,
de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da
cavidade
na
ferramenta
de
trabalho.
Esforço de compressão: Sucessivos golpes ou Prensagem
gradual para obtenção da peça
 Forjamento
Ferramentas: Na maioria das operações de forjamento
emprega-se um ferramental constituído por um par de
ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas
matrizes.
Usos: 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.
 Histórico
 O forjamento é o mais antigo processo de
conformar metais, tendo suas origens no trabalho
dos ferreiros de muitos séculos AC.
 A substituição do braço do ferreiro ocorreu nas
primeiras etapas da Revolução Industrial.
 Histórico
 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
 Classificação
O forjamento pode ser dividido em dois grandes
grupos de operações:
 Forjamento em matriz aberta ou Forjamento
livre
 Forjamento em matriz fechada
 Forjamento em Matriz Aberta
 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 (ex.: eixos de
navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras,
alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e
em pequeno número;
 também, para pré-conformar peças que serão
submetidas posteriormente a operações de
forjamento mais complexas.
Sem atrito
Com atrito
 Forjamento em Matriz Aberta
Note-se a deformação
altamente heterogênea e
embarricamento.
A forma diferente da secção
inferior da amostra (em
comparação com a parte
superior) resulta da amostra
quente que apoia na parte
inferior do molde, antes da
deformação.
A parte inferior foi resfriada,
assim que apresenta uma
maior resistência e, portanto,
se deforma menos do que a
superfície de topo.
Fonte: JA Schey et al, IIT
Research Institute
 Forjamento em Matriz Aberta
 Forjamento em Matriz Aberta
Vantagens
Matrizes simples e barato; grande faixa de
tamanhos; boa resistência mecânica
Limitações
Somente formatos simples; dificil obter
tolerâncias estreitas; usinagem requerida;
baixa taxa de produção; pobre
aproveitamento do material; maior habilidade
requerida
Filme forjamento
 Forjamento em Matriz Fechada
O material é conformado entre duas metades de
matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo,
impressões com o formato que se deseja
fornecer à peça.
A deformação ocorre sob alta pressão em uma
cavidade fechada ou semi-fechada, permitindo
assim obter-se peças com tolerâncias
dimensionais menores do que no forjamento
livre.
 Forjamento em Matriz Fechada
 Características
As cavidades das matrizes são formadas para
controlar o fluxo de metal
A matriz superior é fixada no martelo ou prensa e a
matriz inferior na bigorna ou mesa
O metal flui e preenche completamente a cavidade
formada entre as duas matrizes
 Características
 Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma
cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é
fundamental a precisão na quantidade fornecida de material:
uma quantidade:
insuficiente 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.
 Características
 Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata
fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno
excesso.
As 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 de metal em
torno da peça forjada.
 Características
O metal em excesso flui para fora da cavidade da matriz
e se aloja na zona oca chamada “bacia”.
– Este excesso de metal é chamado de rebarba
 Forjamento em Matriz Fechada
 Forjamento em Matriz Fechada
As funções da rebarba, portanto, são duas:
Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de
metal na cavidade das matrizes; e
Regular o preenchimento 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. A
figura abaixo é uma curva típica da variação da
pressão ou carga de forjamento em função do avanço
das matrizes.
 Forjamento em Matriz Fechada
Características
O forjamento sem rebarba pode ser realizado se o
metal é deformado numa cavidade que fornece
confinamento total
Muitos produtos forjados são produzidos por uma
série de cavidades
– 1ª impressão é chamada de bordadura, encalcamento ou
dobramento
– Impressões Intermediárias são para ajustar o metal para
próximo da sua forma final
– A forma final é obtida na operação de forjamento final
– A remoção da rebarba é feita numa operação posterior
de corte (Rebarbação).
BorBordadura
Encalcamento
Forjado
Pré-forma
4
3
Rebarbação
Forjamento em matriz fechada
Vantagens
Melhor aproveitamento do material;
Melhores propriedades; boa precisão
dimensional ; Alta taxa de produção; boa
reprodutibilidade
Limitações
Alto custo do ferramental para pequenas
quantidades; Necessidade frequente de
Usinagem
 Equipamentos
Os equipamentos comumente empregados incluem
duas classes principais:
(a) Martelos de forja, que deformam o metal através
de rápidos golpes de impacto na superfície do mesmo;
(b) Prensas, que deformam o metal submetendo-o a
uma
compressão
contínua
com
velocidade
relativamente baixa.
 Martelo de forja
 Martelo de forja - características
 Deformação por impacto e não-uniforme
 O martelo mais simples é o de queda livre
(gravidade)
 Martelos controlados por computador podem
fornecer golpes variáveis
 Recomendado para peças menores e mais finas
 Lotes de até 3000 peças
 Prensa
 Prensas - características
As prensas são usadas para peças grandes ou
espessas
Ação de compressão lenta penetra completamente o
metal
– Produz um fluxo de metal e uma deformação mais
uniforme
– Tempos de contato entre a matriz e peça mais longos
As matrizes podem ser aquecidas (forjamento
isotérmico)
Podem ser mecânicas ou hidráulicas
 Operações unitárias
O que são: São operações relativamente simples
de conformação por forjamento, empregando
matrizes abertas ou ferramentas especiais,
podendo ter as finalidades de:
- produzir peças acabadas de formato simples
- redistribuir a massa de uma peça bruta para
facilitar a obtenção de uma peça de geometria
complexa por posterior forjamento em matriz.
 Recalque ou recalcamento
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
 Estiramento
Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da
sua espessura
 Encalcamento (ingl. fullering)
Variedade de estiramento em que se reduz a secção de
uma porção intermediária da peça, por meio de uma
ferramenta ou impressão adequada.
 Rolamento
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.
 Alargamento
aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura.
Furação
Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de
um punção de formato apropriado.
 QUESTIONÁRIO
1. Em que consiste um processo de forjamento?
2. Quais são os equipamentos utilizados nas operações de
forjamento?
3. Quais as características do forjamento por martelamento?
4. Quais as características do forjamento por prensagem?
5. Quais os tipos de prensas utilizadas nos processos de
forjamento?
6. Qual a principal vantagem da utilização da prensa hidráulica em
relação à prensa mecânica nos processos de forjamento?
7. De acordo com a matriz, como são classificados os processos de
forjamento?
8. Quais as características de uma matriz de forjamento?
9. Quando se deve utilizar forjamento em matriz aberta ou livre?
10. Qual a principal característica do forjamento em matriz fechada?
 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 Ieves
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.
• Trincas internas
originam-se no interior da peça, como conseqüência de tensões originadas por
grandes deformações.
 Defeitos dos produtos forjados II
• 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.
• 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.
 AS VÁRIAS MANEIRAS DE OBTER-SE UMA
DETERMINADA FORMA
 Forjado
Sinterizado 
 Usinado
Fundido 
A diferença estará apenas nos custos e tempos de fabricação?
 PRINCIPAIS PROPRIEDADES DE INTERESSE
• Resistência à Tração
• Dureza
• Tenacidade
MICROESTRUTURA
X
PROCESSAMENTO
Sinterizado
Fundido
Forjado
Usinado
(recozido)
 POR QUE FORJAR ?
Parafusos
 PROJETO
Um projeto engloba a definição de todas as atividades,
etapas, dimensões, sequência de operações, materiais e tratamentos
relacionados com a fabricação de uma dada peça.
O projeto se baseia nas informações iniciais do que se deseja produzir.
- DESENHO DA PEÇA :
AÇO ABNT 4130,
COMO FORJADO,
30.000 PEÇAS
- MATERIAL, TRATAMENTOS, NO DEPEÇAS, ETC.
 DAÍ RESULTAM
• Tipo de forjamento (equipamento) ;
• Número de matrizes e suas dimensões (ferramentaria) ;
• Tratamento térmico das matrizes ;
• Massa, forma e dimensões iniciais do material a ser forjado
;
• Equipamentos auxiliares ;
• Fornos e temperaturas de aquecimento e reaquecimento
das diversas etapas
• etc.
 FORJAMENTO SIMPLES
 Operações Básicas
- Corte da Matéria Prima : serra, disco abrasivo, cisalhamento,
chama, etc.;
- Aquecimento : feito em fornos a óleo, gás, elétricos, etc, a uma
temperatura adequada para facilitar a deformação;
- Conformação : pode ser feita em mais de uma operação algumas preparatórias - usando-se forjamento aberto ou em
matrizes fechadas;
- Rebarbamento : remoção do material que normalmente fica em
excesso na peça;
- Acabamento : limpeza e tratamento.
 CONFORMAÇÃO
Conformação Intermediária
São operações preparatórias do material para a conformação final.
ESTIRAMENTO
 DOBRAMENTO
 LAMINAÇÃO
rotativo.
Pré-conforma para alimentar a matriz final. É um forjamento
 ESTÁGIOS INTERMEDIÁRIOS
São as conformações
intermediárias da peça.
 CONFORMAÇÃO FINAL
 REBARBAÇÃO
 SEQUÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE
CONFORMAÇÃO DO FORJAMENTO
 SEQUÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE
CONFORMAÇÃO DO FORJAMENTO
 PEÇAS FORJADAS TÍPICAS
 PEÇAS FORJADAS TÍPICAS
 FORJAMENTO POR ROLOS
“ROLL FORGING”
 FERRAMENTAS TÍPICAS DO FORJAMENTO
POR LAMINAÇÃO
 FORJAMENTO
 QUENTE – MORNO – FRIO
 MARTELOS E PRENSAS
Martelos :
• de queda livre : acionados
por correia ou tábua;
alta taxa de deformação
alta energia, limitada pela
energia cinética do martelo
• mecânicos;
• pneumáticos.
Prensas :
• mecânicas;
• hidráulicas.
capacidade
de
deformação
controlada pelo curso e força
disponível
em
determinadas
posições
 MARTELOS
 MARTELO COM TÁBUA
 MARTELO DE QUEDA LIVRE
 MARTELO PNEUMÁTICO
 MARTELOS DE ALTA ENERGIA
 PRENSAS
Operação da Prensa Excêntrica Mecânica
 PRENSA MECÂNICA
 PRENSA HIDRÁULICA
 PÓS – FORJAMENTO
 USINAGEM
Torneamento Cilíndrico
Externo
Torneamento Cilíndrico Interno
Furação
Retífica
 ACABAMENTO
Jateamento
 ACABAMENTO
 LIMPEZA
PROCESSOS DE
FABRICAÇÃO
CONCORRENTES
 Forjado
Sinterizado 
 Usinado
Fundido 
Afinal, qual o melhor?
 FATORES QUE DETERMINAM A OPÇÃO
PELO FORJAMENTO
Material
Tamanho do lote
Forma
Redução de peso
Integridade do produto
 MATERIAL
Praticamente todos os materiais metálicos podem
ser forjados, desde que a liga seja ajustada para obter a
necessária conformabilidade.
Aplicações que demandam elevada resistência mecânica,
tenacidade, ductilidade e resistência à fluência necessitam
de aços, titânio ou alumínio de alta resistência; em
temperaturas elevadas usam-se aços INOX austeníticos,
titânio ou superligas.
 TAMANHO DO LOTE
Processos com baixo custo de ferramentaria
geralmente demandam grandes gastos de tempo e
mão-de-obra, logo, somente se justificam para
pequenos lotes. Na medida em que o lote cresce o
forjamento se transforma numa opção mais
econômica.
 FORMA
Alguns não têm limitações quanto à geometria
final, contudo costumam necessitar de muito trabalho
e mão-de-obra para alcançar a forma final, além de
proporcionarem menor resistência mecânica.
Algumas vezes, uma montagem de partes fabricadas
por um processo menos intensivo em mão-de-obra
pode ser mais barata.
 REDUÇÃO DE PESO
Em alguns segmentos a minimização do peso
é essencial. O fato do forjamento produzir
componentes com forma muito próxima à forma final
evita a presença de material onde não há solicitação.
Além disso, a resistência mecânica específica é
favorecida pelo forjamento.
 INTEGRIDADE DO PRODUTO
Boas práticas de forjamento garantem
componentes sem porosidade ou falhas internas.
 FORJADOS X FUNDIDOS
•
•
•
•
•
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 MONTAGENS
SOLDADAS
• Mais resistentes
• Mais baratos para grandes lotes
• Inspeção simplificada em relação aos
componentes soldados
• Menor susceptibilidade a defeitos
 FORJADOS X USINADOS
• Maior flexibilidade quanto ao tamanho da peça, já
que não existe limitação com respeito ao tamanho da
placa ou barra disponível
• Grãos orientados com respeito à forma aumentando a
resistência no sentido de solicitação
• Uso mais econômico e ambiental dos materiais
• Menor número de operações
 FORJADOS X SINTERIZADOS
•
•
•
•
Mais resistentes
Ausência de porosidade
Maior flexibilidade no projeto
Matéria-prima mais barata e disponível
 TOLERÂNCIAS
•
•
•
•
•
•
Forjamento a quente –2,50 mm a 1,25 mm
Forjamento a Frio – 0,1 mm
Fundição - 1,5 mm
Fundição de Precisão – 0,03 mm
Sinterizado – 0,1 mm – 0,01 mm
Usinado – 0,01 mm – 0,0005 mm
 QUESTIONÁRIO 2
11. Uma operação de forjamento, normalmente, não se faz de
uma única vez. Comente esta afirmação.
12. Qual o objetivo de se colocar uma calha de rebarba na
matriz de forjamento?
13. Quais as cinco etapas principais do forjamento de uma
peça simples?
14. Quais os tratamentos térmicos aplicados após o
forjamento?
15. Quais os defeitos em peças forjadas?