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Engenharia de Fabricação - Forjamento
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4. Forjamento CAPÍTULO 4
O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo
forjamento,Revolução Industrial. Atualmente existe um variado maquinário deA substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas dasuas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo.
(^) capaz (^) de (^) produzir
(^) peças (^) das (^) mais (^) variadas
(^) formas
(^) e
4.1 Definiçãoturbinas e asas de avião.tamanhos, desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até rotores de Forjamento é o nome genérico de operações de conformação
ferramenta de trabalho.dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil damecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material A maioria das operações de forjamento é executada a quente;
a frio.pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamentocontudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, Na (^) maioria
(^) das (^) operações
(^) de (^) forjamento
(^) emprega-se
(^) um
côncava, denominadas matrizes ou estampos.ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser
beneficiamento,aços (comuns e ligados, aços estruturais, aços para cementação e paraforjados. Os mais utilizados para a produção de peças forjadas são os
(^) aços (^) inoxidáveis
(^) ferríticos
(^) e (^) austeníticos,
(^) aços
indústria aeroespacial) e de titânio.Astraloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente namagnésio, de níquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy,ferramenta), ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de O material de partida é geralmente fundido ou, mais comumente,
laminado
(^) - condição
(^) esta (^) que (^) é (^) preferível,
(^) por (^) apresentar
(^) uma
laminadas;não superior a 2 ou 3 kg, são normalmente produzidas a partir de barrasmicroestrutura mais homogênea. Peças forjadas em matriz, com peso
(^) as (^) de (^) maior (^) peso (^) são (^) forjadas
(^) a partir (^) de (^) tarugos
(^) ou
no tamanho adequado. Peças delgadas, como chaves de boca, alicates,palanquilhas, quase sempre também laminados, e cortados previamente
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4.2. Martelamentoa partir de recortes de chapas laminadas. tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, etc., podem ser forjadas O forjamento por martelamento é feito aplicando-se golpes rápidos
medida que a energia do golpe é absorvida na deformação do material.o martelo toca o metal, decrescendo rapidamente de intensidade àe sucessivos no metal. Desse modo, a pressão máxima acontece quando O resultado
(^) é (^) que (^) o (^) martelamento
(^) produz
(^) deformação
principalmente
(^) nas (^) camadas
(^) superficiais
(^) da (^) peça, (^) o (^) que (^) dá (^) uma
deformação
(^) irregular
(^) nas (^) fibras (^) do (^) material.
(^) Pontas
(^) de (^) eixo,
fabricadosvirabrequins, discos de turbinas são exemplos de produtos forjados
(^) por (^) martelamento.
(^) No (^) forjamento
(^) por (^) martelamento
(^) são
impulsionada de uma certa altura que varia entre 1 e 3,5 m.metal por meio de uma massa de 200 a 3.000 kg que cai livremente ou éusados martelos de forja que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao
Figura 4.1 – Martelamento.
4.3. Prensagem Na prensagem, o metal fica sujeito à ação da força de compressão
resultante é, então, mais regular do que a produzida pela ação dinâmicamaterial são atingidas no processo de conformação. A deformaçãoser retirada, de modo que as camadas mais profundas da estrutura doem baixa velocidade e a pressão atinge seu valor máximo pouco antes de
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produtos fabricados por prensagem. do martelamento. Palhetas de turbinas e forjados de liga leve são O forjamento por prensagem é realizado por prensas mecânicas ou
e 50.000 toneladas. Elas são bem mais caras que as prensas mecânicas.pistões hidráulicos. Sua capacidade de aplicação de carga fica entre 300prensas hidráulicas podem ter um grande curso e são acionadas poreixos excêntricos e podem aplicar cargas entre 100 e 8.000 toneladas. Ashidráulicas. As prensas mecânicas, de curso limitado, são acionadas por As operações
(^) de (^) forjamento
(^) são (^) realizadas
(^) a (^) quente,
(^) em
aquecimentoa peça seja aquecida uniformemente e em temperatura adequada. Essetemperaturas superiores às de recristalização do metal. É importante que
(^) é feito (^) em (^) fornos (^) de (^) tamanhos
(^) e formatos
(^) variados,
forjados a frio.de atmosfera e temperatura. Alguns metais não-ferrosos podem serdesde os fornos de câmara simples até os fornos com controle específicorelacionados ao tipo de metal usado e de peças a serem produzidas e vão
Figura 4.2 – Prensagem.
4.4. Matrizes para o forjamento A matriz de forjamento é a responsável por fornecer o formato
final (^) da (^) peça (^) forjada.
(^) De (^) acordo (^) com (^) o tipo (^) de (^) matriz (^) usada, (^) o
forjamento pode ser classificado em:
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As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de forjamento em matrizes fechadas. forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre;
compressão, altas solicitações térmicas e, ainda, a choque mecânicos. Devido a essas condições de trabalho, é necessário que essas
matrizes (^) apresentem
(^) alta (^) dureza,
(^) elevada
(^) tenacidade,
(^) resistência
(^) à
matrizes são fabricadas com metal duro.e tratadas termicamente. Quando as solicitações são ainda maiores, asPor isso, elas são feitas, em sua maioria, de blocos de aços-liga forjadosfadiga, alta resistência mecânica a quente e alta resistência ao desgaste. No (^) forjamento
(^) livre, (^) as (^) matrizes
(^) têm (^) geometria
(^) ou (^) formatos
caso de eixos de navios, turbinas, virabrequins e anéis de grande porte.peças que se deseja produzir é pequeno e seu tamanho é grande. É obastante simples. Esse tipo de forjamento é usado quando o número de
Figura 4.3 – Forjamento livre.
A operação de forjamento livre é realizada em várias etapas. Como
de golpes sucessivos e avanços da barra (b,c,d,e). A barra é girada 90com uma matriz de pequena largura. O estiramento acontece por meioObserve a peça inicial (a) e o resultado final (e). A operação é iniciadaexemplo, a ilustração mostra o estiramento de uma parte de uma barra.
eo^
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Figura 4.8 – Calha para diminuir rebarba.
Para peças não muito complexas, são aplicadas as seguintes etapas
no forjamento em matriz fechada:
- Tratamentopeça;4. Forjamento final – feito em matriz, já com as dimensões finais daconformação em uma única etapa;3. Forjamento intermediário, realizado somente quando é difícil a2. Aquecimento – realizado em fornos;necessário;1. Corte do blank, ou seja, do pedaço de metal em barra no tamanho
térmico
para a remoção
das tensões,
propriedades mecânicas.homogeneização da estrutura, melhoria da usinabilidade e das
4.5. Defeitos dos produtos forjados Os produtos forjados também apresentam defeitos típicos. Eles
são: rebarbasmetais ou porque as rebarbas são pequenas. Elas se iniciam nas Trincas nas rebarbas – causadas pela presença de impurezas nosda peça em temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente. Trincas superficiais – causadas por trabalho excessivo na periferiaacontece quando são usados golpes rápidos e leves do martelo.metal na cavidade da ferramenta. Isso altera o formato da peça e Falta de redução – caracteriza-se pela penetração incompleta do
(^) e podem (^) penetrar
(^) na (^) peça (^) durante
(^) a (^) operação
(^) de
Trincasrebarbação. (^) internas
(^) – (^) originam-se
(^) no (^) interior
(^) da (^) peça, (^) como
conseqüência de tensões originadas pr grandes deformações.
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Gotas (^) frias (^) – (^) são (^) descontinuidades
(^) originadas
(^) pela (^) dobra (^) de
fluxossuperfícies, sem a ocorrência de soldagem. Elas são causadas por (^) anormais
(^) de (^) material
(^) quente
(^) dentro
(^) das (^) matrizes,
Descarbonetaçãose desprendem ma, ocasionalmente, podem ficar presas nas peças.formam durante o aquecimento. Essas incrustações normalmente Incrustações de óxidos – causadas pela camada de óxidos que sematriz.incrustações de rebarbas, colocação inadequada do material na
(^) caracteriza-se
(^) pela (^) perda (^) de (^) carbono
(^) na
grãos, Queima – gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dossuperfície do aço, causada pelo aquecimento do metal. (^) formando
(^) películas
(^) de (^) óxidos.
(^) Ela (^) é (^) causada
(^) pelo
aquecimento próximo ao ponto de fusão.
4.6. Determinação do peso do lingote para forjamento de peças O principal problema do forjamento é a determinação do peso total
Exemplo:por exemplo. Para isso, procede-se conforme o exemplo dado à seguir:do lingote necessário para a fabricação de peças mecânicas, como eixos,
(^) calcular o peso de um lingote necessário para forjar um eixo
de 800 (^) mm (^) de (^) diâmetro
(^) e 5000 (^) mm (^) de (^) comprimento,
(^) com (^) dois
peso específico de 7,85 g/cmaquecimentos, forjado em martelo, sabendo-se que o material possui
.^3
totalWA determinação do peso total do lingote segue a expressão: (^) = W f (^) + W ps (^) + W pi (^) + W ce (^) + W c
fW^ onde: (^) = peso do forjado psW (^) = peso da parte superior do lingote piW (^) = peso da parte inferior do lingote ceW (^) = peso de cortes e entalhes cW (^) = peso da carepa fW A determinação do peso do lingote, dá-se seguindo a expressão: (^) = V. (^)! onde:
! (^) = peso específico do materialV = volume do lingote
