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Forjamento
Definição
É um processo de conformação mecânica. Tem como objetivo mudar as dimensões e as propriedades mecânicas da peça permanentemente. O forjamento resulta em um aumento da resistência mecânica da peça, devido a um refinamento da estrutura metalúrgica do metal.
É dividido em dois grandes grupos:
Forjamento em Matriz Aberta ou Forjamento Livre
Forjamento Matriz Fechada
Matriz Aberta ou Livre
Normalmente são u�lizadas matrizes planas de formatos simples que geralmente não se encostam.
No forjamento em matrizes abertas as matrizes normalmente tem formatos de geometria básica e bem simples e em pequenas quantidades. Uma parte da matriz fica presa na parte superior do martelo de forja e a outra parte da matriz fica fixa na parte inferior do equipamento, não havendo nenhuma outra parte nas lateriais da peça que venha a restringir ou impedir a deformação, deixando este espaço livre para a deformação do metal. No forjamento em matrizes abertas da-se o golpe, vira-se a peça a 90º e volta-se a bater, quando for possível e o processo for por martelamento, quando for por prensagem a deformação ocorre um único aperto. São utilizadas para a produção de peças grandes e em lotes produtivos pequenos. Como eixos de aviões e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc. Pode ser utilizado como uma pré-conformação simples com função de preparar a peça para uma conformação posterior mais complexa
Matriz Fechada
A matriz fechada também apresenta duas matrizes, porém as matrizes fechadas são utilizadas para forjar formas mais complexas portando apresentam em baixo-relevo a forma que a peça final deve apresentar. Nesse processo a deformação ocorre sob elevada pressão em uma cavidade fechada ou semi-fechada, com isso permitindo a obtenção de peças com menores tolerâncias dimensionais. Geralmente as matrizes apresentam uma zona de escape (zona oca) para que o material sobressalente vá para tal região para que o maquinário não sofra uma sobrecarga. Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata de material a ser utilizada. Devido a presença de rebarbas há a necessidade de uma operação posterior de corte para a remoção da mesma.
No forjamento em matrizes fechadas, uma parte da matriz fica presa na parte de cima do martelo de forja e a outra parte fica fixa na parte de baixo do equipamento, só que neste caso, a matriz se fecha por completo quando forjamento ocorre, enclausurando
completamente o metal que será forjado e o metal adquire a forma que foi esculpida na matriz, ou seja, ele recebe esforço e se deforma em todas as direções, inclusive nas lateriais, diferente do processo anterior.
Neste tipo de forjamento deixa-se uma região pré-determinada na matriz para receber o excesso de material que é deslocado para uma cavidade extra na matriz e posteriormente eliminado, este excesso de material chama-se de rebarba.
Este tipo de forjamento exige muito mais das matrizes, porque esforços são aplicados, sobre as mesmas, em todas as direções. Devido a essas condições de trabalho, é necessário que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade, resistência à fadiga, alta resistência mecânica a quente e alta resistência ao desgaste. Este tipo de matriz é muito mais caro que o anterior.
Forjamento por martelamento
O forjamento por martelamento é feito aplicando-se pancadas (golpes ou batidas) rápidas e sucessivas no metal, aplicando pressão sobre a peças no momento em que existe o contato do martelo de forja e a peça metálica. Por sua vez, esta pressão é absorvida pelo metal que se deformando muito rapidamente.
No forjamento por martelamento são usados martelos de forja que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao metal por meio de uma massa que varia de poucos quilos a várias toneladas, que cai de uma altura que varia de alguns centímetros a alguns metros. Este processo haje sobre as camadas mais externas do material, podendo ou não gerar pontos de tensão, que se não forem controlados podem gerar falhas. Exemplo de peças que são fabricadas por este processo são as Pontas de Eixo e os Virabrequins na Indústria Automotiva, outro exemplo, são as Pontas de Ganchos.
Quando as peças metálicas são forjadas procura-se alterar principalmente as propriedades de elasticidade e de plasticidade do metal.
Forjamento por prensagem
No forjamento por prensagem o metal recebe uma força de compressão em baixa velocidade, diferente do processo anterior, e a pressão atinge seu grau máximo antes de ser retirada, de modo que até as camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas, conformando-se mais homogeneamente e melhorando ainda as características metalúrgicas.
peça, faltando partes da mesma, ou porque a força aplicada não foi suficiente para fazer isso.
Trincas Superficiais : Rachaduras que aparecem na superfície da peça, isto se deve ao excessivo trabalho na superfície da peça em temperatura baixa ou por fragilidade aquente inerente ao material (metal), conforme exemplificado acima no caso dos aços inoxidáveis e aços ferramenta.
Trincas nas Rebarbas : Rachaduras que aparecem nas região das rebarbas, após o rebarbamento que é a retirada do excesso de metal do forjamento, aparecem porque o metal apresenta impurezas oriundas da fundição ou porque o as rebarbas são pequenas e migram das rebarbas para a peça forjada, outro motivo, é que quando ao se rebarbar o esforço aplicado é muito lento, não cortando, mas sim arrancando a rebarba.
Trincas Internas : Rachaduras que aparecem na parte interna da peça, isto ocorre devido as tensões originárias por grandes deformações, elevadas temperaturas de trabalho e impurezas presentes no metal.
Gota Fria : Aparente rachadura que apresenta o formato de uma ruga na superfície da peça e pode ser mais ou menos profunda, isto ocorre devido a baixa temperatura de forjamento do metal ou da baixa temperatura de trabalho da matriz.
Tratamentos Térmicos
O pré-aquecimento tem como objetivo evitar a fratura e a distorção do material. Para isso o material é colocado em uma série de fornos, na qual sua temperatura irá aumentar gradualmente.
Este processo deve anteceder o forjamento. Este tratamento termico é chamado recozimento. Que tem como função reduzir as tensões internas do material e torna-lo menos quebradiço ou mais maleável e dúctil. Este tratamento térmico baseia-se em elevar a temperatura acima da zona crítica e deixa-lo esfriar lentamente.
Para melhorar a estrutura cristalina do aço, e com isso melhorar as suas propriedades mecânicas, é preciso realizar a normalização. Com a elevação da temperatura do material acima da zona crítica e deixa-lo refriar ao ar, é o que é necessário para que ocorra a normalização. Isto permite um refinamento do tamanho de grão.
O enfurecimento pode ser realizado depois do processo de forja, para isso realiza-se a tempera. Aquecendo o material lentamente até acima da zona crítica, para que ocorra uma mudança uniforme na estrutura do aço, e esfriando-a rapidamente em um tanque de água ou óleo.
Vantagens e Desvantagens:
Vantagens
- Controlando a deformação durante o processo de forjamento, pode-se melhorar as propriedades mecânicas da peça produzindo um alinhamento direcional, melhorando assim as propriedades de tensão, ductilidade, impacto e resistência a fadiga
- (^) As fibras podem ser alinhadas na direção dos pontos onde ocorrem as maximas tensões
- Menor custo de fabricação, pois se tem a mínima perda de material
Desvantagens
- Peças a serem forjadas geralmente precisam ser usinadas antes do processo de forjamento
- (^) Equipamentos caros
