Forjamento

Forjamento

Introdução

   O forjamento é uma operação de conformação mecânica que tem como objetivo dar forma aos metais através de martelamento ou esforço de compressão. Acredita-se que os forjamentos mais antigos tenham se iniciado em algumas regiões do Oriente Médio 8.000 a.C, onde ferro e bronze fundidos foram forjados pelo processo a quente, por esses homens da antiguidade para produzir ferramentas manuais, instrumentos e armas, como facas, adagas e lanças.

   Durante a Segunda Guerra Mundial, o forjamento a frio foi aplicado e aprimorado na Alemanha para a fabricação de peças de aeronaves e munição para armas.

   No decorrer do tempo, diferentes tipos de máquinas para forjamento foram desenvolvidos e introduzidos. Foi procurado obter maiores forças de conformação, aperfeiçoar o processo de duplicação de peças através de moldes fechados ou aumentar a resposta das ferramentas no trabalho a altas temperaturas.

  Na atualidade, o forjamento é um processo que permite um bom custo-benefício na fabricação de peças.

Forjamento a Quente

   O forjamento a quente é o processo de conformação onde o metal a ser forjado se encontra acima da temperatura de recristalização. Isto faz com que durante a deformação os mecanismos de recuperação e recristalização aconteçam, inibindo a geração de tensões internas e favorecendo a ductilidade pela formação e aumento dos grãos. 

   Abaixo é apresentada uma tabela que relacionam alguns metais e suas faixas de temperatura para forjamento:

   Para que o forjamento seja bem sucedido é necessário que todo o corpo esteja a uma temperatura uniforme, que é conseguida através de fornos de câmara, de indução e de atmosfera controlada quando necessário.

   No forjamento a quente, deve-se ter um cuidado especial por conta da formação da carepa (um óxido originado ao redor da peça aquecida que pode chegar de 2% a 4% do peso) que como qualquer óxido, tem como característica uma dureza elevada podendo ocasionar defeitos a peça ou até mesmo danificar a matriz.

   Assim como no forjamento a frio, este processo se utiliza de prensas martelo, hidráulicas e excêntricas diferindo na energia/força que será aplicada (menor, pois o metal aquecido flui com maior facilidade) e na resistência as altas temperaturas.

As matrizes podem ser tanto abertas (livres) quanto fechadas, sendo que a primeira é bastante utilizada para se consegui as dimensões necessárias a segunda. Normalmente são necessárias varias etapas para se obter a peça final. 

Vantagens do Processo

- O processo a quente necessita de menor energia para deformar o metal, já que a tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura, que por sua vez aumenta a capacidade do material de escoar sem se romper (ductilidade);

-Maior conformabilidade/forjabilidade;

- Homogeneização química da estrutura;

Desvantagens do Processo

-  As matrizes fechadas devem possuir calha de rebarba;

- O acabamento superficial e a tolerância geométrica (devido à expansão e contração do metal) são inferiores ao tratamento a frio;

-  Geração de carepa;

- Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças;

- Desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil.

Forjamento a Frio

  O forjamento a frio tem esse nome, pois o processo é realizado abaixo da temperatura de recristalização do material forjado.

  A carga utilizada para a conformação por forjamento a frio é muito grande, podendo chegar até a 15000 toneladas para prensas de grande porte. Isso causa um grande desgaste das ferramentas e da matriz.

  A velocidade de trabalho também influencia na vida da ferramenta, e um patamar de velocidade deve ser escolhido de acordo com a carga aplicada.

  O acabamento superficial e a exatidão dimensional de uma peça forjada a frio são superior ao do forjamento a quente e até de outros processos de conformação e fundição. Geralmente as peças forjadas a frio já saem da matriz pronta para serem utilizadas, sem necessidade de ajustes de superfície ou dimensão

Matrizes


   Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. Ela ajuda a fornecer o formato final da peça forjada, além de ser determinante na classificação dos processos de forjamento, os quais podem ser:

·         Forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre;

·         Forjamento em matrizes fechadas.  

   As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de compressão, altas solicitações térmicas e, ainda, a choques mecânicos. 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. Por isso, elas são feitas, em sua maioria, de blocos de aços-liga forjados e tratados termicamente. Quando as solicitações são ainda maiores, as matrizes são fabricadas com metal duro.

Forjamento em Matriz Aberta ou Forjamento Livre

  O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam. 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. Como exemplos de peças produzidas por este processo têm-se eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, etc.

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 deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semi-fechada, 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 à dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso e incorporar as matrizes 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.

  Comparativamente ao forjamento livre, esta operação em matriz fechada, usa ferramentas mais complexas (e mais dispendiosas) e um menor número de operações para fabricar a peça. Por usar matrizes mais dispendiosas o forjamento em matriz fechada é normalmente usado para a fabricação de peças que serão produzidas em massa, para que assim valha o investimento feito nas matrizes. A presença de rebarba, cortada na operação final, é uma característica do processo.