FORJAMENTO

 

 

O que é:

 

Forjamento 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.

  

Ferramentas:

 

Na maioria das operações de forjamento empregam-se equipamentos geralmente constituídos por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes ou estampos.

 

Usos:

 

A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio.

 

1 - Histórico:

 

O forjamento 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. 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.

 

 

 

 

2 - Classificação dos processos:

 

O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operações:

 

 

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.

O forjamento livre se divide em operações unitárias e operações unitárias mais comuns.

 

 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 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 a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de 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.

 

Matriz Aberta

Matriz Fechada

 

Observação: Peças de formas complexas ou de precisão não podem ser obtidas por técnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da peça a ser produzida. Tais matrizes são caras, exigindo na maioria das vezes, alta produção para justificar seu custo.

 

A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma única etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. As etapas de pré-forjamento podem ser efetuadas com o auxílio de superfícies especialmente usinadas no próprio bloco das matrizes, ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros processos como a laminação.

  

O objetivo do pré-forjamento redistribuir o metal para posições mais adequadas ao forjamento subseqüente. A pré-forma assim obtida pode ser conformada para uma configuração mais próxima da final em uma matriz de esboço ("blocker die"), que assegura uma distribuição adequada de metal, mas ainda não na forma final.

 

Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de operações unitárias, utiliza-se na maioria dos casos certo excesso de material, que já na etapa de esboçamento se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes é removida (cortada) antes do forjamento final nas matrizes de acabamento ("finishing dies").

  

Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presença de atrito, gera alta pressão de conformação. Veja o caso de distribuição de pressão nas cavidades das matrizes, no caso de forjamento de uma pá de turbina (vista lateral).

 

 

3 - Equipamentos e Métodos

 

Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais:

 

 

 

 

 

Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente em diversas etapas, começando com o corte do material, aquecimento, pré-conformação mediante operações de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e rebarbação.

 

 

 

 

Tabela – Resistência à Deformação a quente (1000ºC a 1200ºC) de aço por ação de martelo e de prensa

 

Deformação (%)

Rd ( kgf/mm2 )

Por ação do martelo

Por ação da prensa

0 a 10

10 - 15

4 - 6

10 a 20

25 - 20

6 - 12

20 a 40

20 - 30

12 - 22

40 a 60

30 - 36

22 - 28

Acima de 60

36 - 50

28 - 38

 

4 - Aplicações

 

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 ligas, 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 Waspalloy, Astralloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio.

 

O material de partida é geralmente fundido ou, mais comumente, laminado - condição esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais homogênea.

 

Peças forjadas em matriz, com peso não superior a 2 ou 3 kg, são normalmente produzidas a partir de barras laminadas; as de maior peso são forjadas a partir de tarugos ou palanquilhas, quase sempre também laminados, e cortados previamente no tamanho adequado.

 

Peças delgadas, como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, entre outras, podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.

 

A seguir tem-se uma foto de uma biela forjada (peça que transforma o movimento retilíneo em circular no motor dos automóveis).