Forjamento de metais características do processo e maquinário

Forjamento de metais características do processo e maquinário

FORJAMENTO DE METAIS

CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO E MAQUINÁRIO

Kelly Araldi Cardoso1

1Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC / Departamento de Engenharia de Materiais, Campus I, Av. Universitária nº 1105, Bairro Universitário, CEP 88.806-000,

Criciúma, Santa Catarina, Brasil.

kellyaraldi_c@hotmail.com

Resumo: Neste artigo será abordado as características do processo de forjamento de metais e o maquinário utilizado para este importante processo metalúrgico. De todos os processos de fabricação, a conformação mecânica tem um fundamental papel porque produz peças com excelentes propriedades mecânicas com a mínima perda de material, oferecendo assim um menor custo de fabricação.

Palavras Chave: Características do processo de forjamento, maquinário...

INTRODUÇÃO

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. [1]

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. [2]

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.

Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes ou estampo. [2]

CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO DE FORJAMENTO

O processo de forjamento pode ser classificado quanto à temperatura de trabalho, ou seja, o material a ser conformado é ou não previamente aquecido a uma determinada temperatura e quanto ao método de aplicação da carga. [3]

Quanto a Temperatura

Conformação após aquecimento:

  • Permite grandes deformações

  • Menores valores de esforços

  • Boa precisão dimensional

Conformação sem aquecimento:

  • Deformações limitadas

  • Necessita maiores esforços mecânicos

  • Ótima precisão dimensional

O forjamento pode ser dividido em dois principais métodos de aplicação de carga: por impacto e por pressão.

Forjamento por Impacto

É o método preferido para forjamento individual, isto é, o “shapeamento” do metal ou outro material é feito através da aplicação de uma pressão instantânea em uma área relativamente pequena. O martelo pode ser acionado por ar comprimido ou hidraulicamente. Este tipo de forjamento pode produzir uma grande variedade de “shapes” e tamanhos e, se reduzidas pode criar um alto grau de refinamento dos grãos ao mesmo tempo. A desvantagem do processo é a necessidade de usinagem após o processo. [3]

Forjamento por Pressão

Nesse tipo de processo uma pressão continua e devagar é aplicada na área a ser forjada. Esta operação pode ser realizada a quente ou a frio. A operação a frio é realizada em materiais recozidos, e o processo a quente é feito em peças para maquinaria pesada.

O forjamento por pressão é mais econômico que o forjamento por impacto, e grandes tolerâncias dimensionais são obtidas. [3]

MAQUINÁRIO

O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operações: Forjamento em matriz aberta ou Forjamento livre e Forjamento em matriz fechada. [1]

Forjamento em Matriz Aberta

O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam como indicado na figura 1. [1]

Figura 1 – Matriz Aberta

É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (p. ex., eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número; e também para pré-conformar peças que serão submetidas posteriormente a operações de forjamento mais complexas. [1]

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 figura 2 indica uma matriz fechada. [1]

Figura 2 – Matriz Fechada

A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semifechada, permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.

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; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário.

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 (rebarba) em torno da peça forjada. A rebarba exige uma operação posterior de corte (rebarbação) para remoção. [1]

Equipamentos e Métodos

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.

Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente em diversas etapas, começando com o corte do material, aquecimento, pré-conformação mediante operações de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e rebarbação. [1]

Síntese Artigo Técnico

Análise Numérica e Experimental da Evolução Microestrutural em Forjamento a Quente de um Aço Microligado ao V-Ti.

Os processos de conformação mecânica a quente requerem basicamente as etapas de aquecimento, seguindo-se etapas de deformação nas quais ocorre uma competição entre mecanismos de restauração e endurecimento do material, e logo após, o seu resfriamento. A utilização de aços microligados forjados a quente tem uma extensa aplicação na indústria automobilística, por terem suprimido os tratamentos térmicos posteriores do produto final, devido ao controle dos fenômenos metalúrgicos. Desta forma, para interpretar os fenômenos metalúrgicos através da evolução microestrutural foram realizadas simulações físicas análogas ao processo de forjamento a quente de um aço microligado ao V-Ti em matrizes em cunha. Conforme as figuras 1 e 2 apresentadas logo abaixo.

Figura 1 - Corpo de prova e ferramentas antes da

deformação. Dimensões em mm.

Figura 2 - Corpo de prova após a

deformação. Dimensões em mm.

A ferramenta em cunha foi escolhida para promover um gradiente de deformação no corpo de prova. A caracterização microestrutural presente dos corpos de prova mostrou regiões correspondentes a recristalização estática, dinâmica e meta-dinâmica e regiões de endurecimento por encruamento. Tais fenômenos metalúrgicos foram sobrepostos ao mapa de deformação obtidos pelo Método dos Volumes Finitos empregando-se o software SuperForge. Na Figura 2, apresentamos o mapa do gradiente de deformação equivalente, obtido pelo método dos volumes finitos. O mapa mostra uma pequena região altamente deformada (1,6), registrada em vermelho e configurando uma frente de deformação na extremidade da cunha. A frente de deformação perde em intensidade em direção à superfície livre do corpo de prova, atingindo uma região de pequena deformação (0,2). Na Figura 3

observam-se as regiões indicadas de (1) a (7) onde foram observados os grãos austeníticos por

fotomicrografias.

Figura 2 - Variações de cores mostrando o gradiente de deformação para o corpo de prova deformado.

Figura 3 - Esquema do corpo de prova

deformado. As regiões de (1) a (7) foram

observadas por fotomicrografias.

Assim, obteve-se uma descrição da evolução microestrutural para o aço microligado que pode ser correlacionada com a deformação obtida no mapa relativo às amostras ensaiadas.

Observa-se que há diferentes fenômenos metalúrgicos atuando no material do corpo de prova.

As fotomicrografias mostram a existência da recristalização dinâmica atuando em conjunto com a metadinâmica.

O mapa de deformação obtido no software Superforge é um indicador da deformação atuante no material para efeitos microestruturais.

REFERÊNCIAS

1 http://www.gefmat.furg.br/material_did/conformacao/ForjamentoUFSC.pdf: Acesso em 07/09/2008.

2 http://www.engmec.fesurv.br/Forjamento.pdf: Acesso em 07/09/2008.

3 http://www.gefmat.furg.br/material_did/conformacao/Forjamento.pdf: Acesso em 07/09/2008.

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