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EM908 – Projeto de Ferramentas para Conformação – Quarta Aula
EM908 – QUARTA AULA
PROJETO DE PEÇA FORJADA A QUENTE
Nesta aula iniciaremos as atividades para o planejamento do processo de
forjamento a quente, em matrizes fechadas, de uma peça metálica,
mostrada na Figura 1, que consistirá no dimensionamento da peça
forjada, que será realizado na aula de hoje, e no projeto das matrizes de
forjamento, a ser realizado na próxima aula.
Os critérios a serem utilizados no projeto da peça forjada a quente são
apresentados a seguir.
Para a realização deste projeto pode-se utilizar o ProE ou o SolidEdge.
EM908 – Projeto de Ferramentas para Conformação – Quarta Aula
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PROJETO DE PEÇA FORJADA A QUENTE
Dimensões e detalhes de uma peça metálica
Figura 1
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PROJETO DE PEÇA FORJADA A QUENTE
Introdução
Todos os processos de fabricação mecânica apresentam limitações ou
causam erros diversos que não permitem que se obtenha numa só etapa
uma peça metálica com todos seus requisitos dimensionais, geométricos,
superficiais e microestruturais.
Isto também acontece com o forjamento a quente que apesar de ser um
processo que apresenta elevada capacidade produtiva e flexibilidade para
obtenção de formatos complexos, gera produtos que necessitam de
operações posteriores de acabamento por usinagem para que se obtenha a
peça final com as características funcionais desejadas.
A seguir serão apresentados diversos critérios para o projeto de uma peça
forjada a quente, considerando as limitações desse processo e os erros que
causa nos produtos forjados.
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PROJETO DE PEÇA FORJADA A QUENTE
Critérios para o projeto de peças forjadas a quente
A partir das dimensões da peça final, deve-se considerar alguns itens
importantes para o dimensionamento do forjado:
a) escolha do sobremetal intimamente relacionada às incertezas do projetista
quanto à rigidez da máquina utilizada, à conformidade dos materiais escolhidos
para a peça e matrizes, bem como à fabricação dessas matrizes (dimensões e
propriedades). O sobremetal também está associado ao erro causado pela
contração térmica verificada após o resfriamento e permite que sejam
removidas posteriormente camadas que foram oxidadas ou que tiveram sua
composição química alterada pelo aquecimento prévio ao forjamento.
Nas tabelas 1 e 2 são apresentados os valores recomendados para sobremetais
(s) na espessura, para os processos de forjamento livre e em matriz fechada.
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PROJETO DE PEÇA FORJADA A QUENTE
peças com pequenas dimensões s = 3 mm
peças com dimensões intermediárias s = 5 a 10 mm
peças com grandes dimensões s = 15 a 20 mm
maior dimensão do corpo (mm) sobremetal (mm)
até 20 0,5 a 1,0
20 a 80 1,0 a 1,5
80 a 150 1,5 a 2,0
acima de 150 2,0 a 3,0
Tabela 1 - Sobremetal indicado para o forjamento livre
Tabela 2 - Sobremetal indicado para o forjamento em matriz fechada
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Critérios para o projeto de peças forjadas a quente
b) tolerâncias dimensionais tais valores devem ser previstos no projeto do
forjado considerando o desgaste acarretado nas matrizes após várias
utilizações, a fim de que não sejam produzidas peças com dimensões fora das
especificações.
Essas tolerâncias têm por base cada dimensão da peça final já adicionado o
correspondente sobremetal, conforme especificados na tabela 3.
Outra tolerância dimensional diz respeito à excentricidade permitida entre as
duas partes da matriz (Figura 2) que deve ser limitada a valores que não
conduzam à existência de um momento de tombamento quando do
forjamento e que não produza peças que venham a ser refugadas. A tabela 4
apresenta valores para a excentricidade transversal (e1) e a excentricidade
longitudinal (e) de acordo com as dimensões do forjado já obtidas
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dimensão (mm) forjamento normal
limites (mm)
forjamento de precisão
limites (mm)
até 30 + 0,5
- 0,5
+ 0,3
- 0,2
de 30 a 50 + 0,6
- 0,6
+ 0,4
- 0,3
de 50 a 80 + 0,9
- 0,7
+ 0,5
- 0,4
de 80 a 125 + 1,2
- 0,8
+ 0,6
- 0,5
de 125 a 200 + 1,5
- 1,0
+ 0,8
- 0,6
de 200 a 250 + 1,8
- 1,2
+ 0,9
- 0,7
de 250 a 315 + 2,2
- 1,3
+ 1,0
- 0,8
de 315 a 400 + 2,6
- 1,4
-
de 400 a 500 + 3,0
- 1,5
-
de 500 a 630 + 3,4
- 1,6
-
Tabela 3 - Tolerâncias dimensionais para peças forjadas a quente
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Tabela 4 - Tolerância de excentricidade para o forjamento a quente
Figura 2 - Excentricidade transversal e longitudinal para forjados
comprimento
l (mm)
Excentricidade longitudinal e (mm)
forjamento normal forjamento de precisão
até 63 0,8 0,4
de 63 a 160 1,1 0,5
de 160 a 400 1,6 0,8
de 400 a 1000 2,2 1,3
de 1000 a 2500 3 2
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Tabela 4 - Tolerância de excentricidade para o forjamento a quente
Excentricidade transversal e1 (mm)
d (mm) forjamento normal
l (mm)
forjamento de precisão
l (mm)
Até
400
400 a
630
630 a
1000
1000 a
1600
1600 a
2500
Até
400
400 a
630
630 a
1000
1000 a
1600
1600 a
2500
até 50 0,4 0,5 0,6 0,8 1 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8
de 50 a 80 0,5 0,6 0,8 1 1,2 0,4 0,5 0,6 0,8 1
de 80 a 125 0,6 0,8 1 1,2 1,6 0,5 0,6 0,8 1 1,2
de 125 a 200 0,8 1 1,2 1,6 2 0,6 0,8 1 1,2 1,6
de 200 a 315 1 1,2 1,6 2 2,5 0,8 1 1,2 1,6 2
de 315 a 500 1,2 1,6 2 2,6 3 1 1,2 1,6 2 2,5
de 500 a 800 1,6 2 2,5 3 4 1,2 1,6 2 2,5 3
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Critérios para o projeto de peças forjadas a quente
c) ângulos de saída tomados a partir das dimensões do forjado, servem para
facilitar a extração da peça do interior das matrizes. Para evitar o trancamento
dos mandris quando da gravação das matrizes, os ângulos internos são
realizados menores que os externos. Podem ser adotados os seguintes valores
para os ângulos da saída:
internos (α) = 5 a 7° externos (α1) = 7 a 8°
d) arredondamento de cantos salientes e reentrantes devem ser feitos com
raios tão grandes quanto possíveis a fim de reduzir o desgaste nos cantos
salientes e o fissuramento nos cantos reentrantes que exigiria uma profunda
retificação das impressões, isso se a matriz não ficasse inutilizada por ruptura.
A tabela 5 apresenta valores para os raios de arredondamento segundo
algumas dimensões do forjado.
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Tabela 5 - Raios de arredondamento em peças forjadas a quente
h, h1,h2 e d r r1 r2
até 25 5 0,5 1
de 25 a 40 8 1 1,5
de 40 a 63 12 1,5 2
de 63 a 100 20 1,5 2,5
de 100 a 160 30 2 3
de 160 a 250 50 2,5 3,5
A figura 3 apresenta uma peça forjada com as principais dimensões alteradas
por esses critérios.
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Figura 3 - Peça forjada contendo as principais dimensões para projeto.
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Critérios para o projeto de peças forjadas a quente
Considerados todos os itens aneriores no projeto do forjado deve-se verificar
se as dimensões satisfazem valores mínimos de espessura e seções transversais
nas direções paralela e perpendicular à direção de conformação a fim de que
as matrizes não sejam sobrecarregadas.
A tabela 6 apresenta as espessuras mínimas de nervuras e de espelho
representadas na figura 4.
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Figura 4 - Valores mínimos para espessuras de parede, nervuras e fundos.
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h (mm) s2 (mm) r3 (mm)
até 10 3 5
de 10 a 16 4 6
de 16 a 25 5 8
de 25 a 40 8 12
de 40 a 63 12 20
de 63 a 100 20 32
de 100 a 160 32 50
sl (mm)
b ou d
(mm)
l até 3b
(3d)
l acima de 3b (3d)
até 25 2 3
de 25 a 40 3 4
de 40 a 63 5 6
de 63 a 100 6 8
de 100 a 160 8 10
de 160 a 250 12 16
Tabela 6 - Valores mínimos para espessuras em forjados a quente