Universidade Salgado de Oliveir a Material de Produção Industrial

1. Universidade Salgado de OliveiraMaterial de Produção Industrial Forjamento

2. Equipe: • Ana Lúcia Teixeira • Cláudia Teixeira • Emerson Gonçalves • Fabiano Madureira Lessa • Luiz Fernando Dal Médico • Neimar de Souza Amorim • Raphael Otoni Ferreira

3. Definição de forjamento É o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho.

4. 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. Histórico:

5. 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. Observações importantes:o martelo e a bigorna foram substituídos por máquinas e matrizes que permitem a produção constante de milhares de peças.

6. 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.

7. 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.

8. 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 são produzidas por forjamento a frio.

9. FORJAMENTO A FRIO • é uma deformação plástica de metais, sem aquecimento, onde o material é forçado por compressão, a fluir entre uma matriz e um macho, resultando na obtenção de peças com forma e tolerâncias de precisão. • Suas aplicações estão crescendo rapidamente e seu potencial e desenvolvimento para peças com formas geométricas mais complexas, fabricadas com matérias-primas que permitem maior grau de deformação.

10. VANTAGENS • Menor quantidade de matéria-prima requerida (a peça pode ser obtida em sua forma final sem nenhuma perda de material. • Alta produtividade; • Possibilita a substituição de um material de custo maior (alta liga) forjado a quente, por outro de custo menor (aço carbono) forjado a frio, obtendo-se assim peças forjadas com propriedades mecânicas equivalentes.

11. DESVANTAGENS • Necessidade de prensas de maior capacidade; • Pressões elevadas nas ferramentas, necessitando assim de materiais especiais e geralmente de alto custo; • Necessidade de recozimentos intermediários para obterem-se grandes deformações; • Viável economicamente apenas para lotes grandes de peças; • Tempos de preparação de máquinas e ajuste do ferramental, maiores.

12. FORJAMENTO A QUENTE • Geralmente, a estrutura e propriedades dos metais trabalhados a quente não são tão uniformes ao longo da seção reta como nos metais trabalhados a frio e recozidos, já que a deformação é sempre maior nas camadas superficiais. • Como o interior do produto estará submetido a temperaturas mais elevadas por um período de tempo maior durante o resfriamento do que as superfícies externas, pode ocorrer crescimento de grão no interior de peças de grandes dimensões, que resfriam vagarosamente a partir da temperatura de trabalho.

13. Para se obter peças forjadas com boa qualidade, o processo precisa ser completado a uma temperatura definida para cada tipo de material. Alcance da temperatura dos diferentes metais:

14. Na conformação a quente deve-se se tomar cuidado com as quedas de temperatura, não deixando ultrapassar o limite inferior da tabela 01. • Esta queda de temperatura pode ocorrer devido ao esfriamento da peça em contato com o ar (radiação) e a transmissão de calor da peça para a ferramenta fria. Sendo que os fatores que influem na transmissão do calor são tempo de contato peça-ferramenta e a superfície da peça. • Durante a conformação ocorre também um aquecimento da peça devido à energia de deformação, porem menos importante do que as perdas acima mencionadas.

15. Vantagens • Menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura; • Aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); • Homogeneização química das estruturas brutas de fusão em virtude da rápida difusão atômica interna; • Eliminação de bolhas e poros por caldeamento; • Eliminação e refino da granulação grosseira e colunar do material fundido, proporcionado grãos menores, recristalizados e equiaxiais; • Aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao bruto de fusão.

16. Desvantagens • Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças; • Reações do metal com a atmosfera do forno, levando a perdas de material por oxidação e outros problemas relacionados • Formação de óxidos • Desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil; • Necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de expansão e contração térmica;

17. Processos de forjamento • prensagem: o esforço de deformação é aplicado de forma gradual; • forjamento simples, matriz aberta ou livre: o esforço de deformação é aplicado mediante golpes repetidos, com o emprego de matrizes abertas ou ferramenta simples; • forjamento em matriz fechada: deformação vinculada, obtida mediante o emprego de matrizes fechadas; • recalcagem: quando se submete uma barra cilíndrica à deformação de modo a transformá-la numa peça determinada.

18. 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.

19. Vídeo: Prensagem

20. Forjamento matriz aberta ou livre • o esforço de deformação é aplicado mediante golpes repetidos, com o emprego de matrizes abertas ou ferramenta simples. • as matrizes têm geometria ou formatos bastante simples. Esse tipo de forjamento é usado quando o número de peças que se deseja produzir é pequeno e seu tamanho é grande. É o caso de eixos de navios, turbinas, virabrequins e anéis de grande porte.

21. Etapas do forjamento de matriz aberta ou livre • A operação é iniciada com uma matriz de pequena largura. • O estiramento acontece por meio de golpes sucessivos e avanços da barra (b, c, d, e). • A barra é girada 90° e o processo repetido (f).

22. Vídeo: Forjamento MA

23. Forjamento em matriz fechada • No forjamento em matrizes fechadas, o metal adquire o formato da cavidade esculpida na matriz e, por causa disso, há forte restrição ao escoamento do material para as laterais.

24. Vídeo: Forjamento MF

25. Outros processos de forjamento Forjamento Rotativo • É um processo de redução da área da secção transversal de barras, tubos ou fios, feito com a aplicação de golpes radiais repetidos, com o emprego de um ou mais pares de matrizes opostas. Por esse processo consegue-se reduzir, por exemplo, tubos a partir de 35 cm de diâmetro e, barras a partir de 10 cm de diâmetro. • O forjamento rotativo de tubos é feito objetivando a redução dos diâmetros interno e externo, confecção de conicidade em uma extremidade, melhoria da resistência e obtenção de tolerâncias mais estreitas.

26. Vídeo: Forjamento Rotativo

27. Forjamento cilíndricoO forjamento em cilindros é empregado na redução da secção transversal de barras ou tarugos e, seu processo se dá conforme ilustra a figura.

28. Vídeo: Forjamento Cilíndrico

29. Defeitos dos produtos forjados • falta de redução: penetração incompleta do metal na cavidade da ferramenta. A principal causa são o uso de golpes rápidos e leves do martelo. • trincas superficiais: aparecem devido ao trabalho excessivo nas áreas periféricas da peça em temperatura baixa, ou por fragilidade à quente. • trincas internas: tensões originadas por grandes deformações; • gotas frias: são descontinuidades causadas pela dobra de superfícies (sem soldagem) ou por colocação inadequada do material da matriz; • incrustações de óxidos: camada de óxidos formados durante o aquecimento; • descarbonetação: é a perda de carbono na superfície do aço, causado pelo aquecimento do metal; • • queima: ocorre quando gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos, formando películas de óxidos. Em geral surgem quando o aquecimento é próximo ao ponto de fusão.

30. Aplicações • De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços estruturais, aços para cementação e para beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, aços ferramenta), ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de magnésio, de níquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio.

31. Exemplos de peças fabricadas por forjamento

32. CONCLUSÃO • O forjamento é um processo de manufatura amplamente usado, pois, dependendo do tipo de processo, pode gerar mínima perda de material, boa precisão dimensional e melhorar as propriedades mecânicas da peça conformada. • Seu estudo é fundamental para o engenheiro de materiais, ao qual se oferece mais uma opção no sentido de processamento de materiais metálicos para as diversas aplicações industriais.