Forjamento

Ana Lúcia TeixeiraCláudia TeixeiraEmerson GonçalvesFabiano Madureira LessaLuiz Fernando Dal MédicoNeimar de Souza AmorimRaphael Otoni Ferreira

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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;

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.