Forjamento - Forging

Lingote de metal quente sendo carregado em uma forja de martelo

Um tarugo em uma prensa de forja de matriz aberta

O forjamento é um processo de manufatura que envolve a modelagem de metal por meio de forças compressivas localizadas . Os golpes são desferidos com um martelo (geralmente um martelo elétrico ) ou um dado . O forjamento é frequentemente classificado de acordo com a temperatura em que é executado: forjamento a frio (um tipo de trabalho a frio ), forjamento a quente ou forjamento a quente (um tipo de trabalho a quente ). Para os dois últimos, o metal é aquecido , geralmente em uma forja . As peças forjadas podem variar em peso de menos de um quilograma a centenas de toneladas métricas. O forjamento foi feito por ferreirospor milênios; os produtos tradicionais eram utensílios de cozinha , ferragens , ferramentas manuais , armas afiadas , pratos e joias . Desde a Revolução Industrial , as peças forjadas são amplamente utilizadas em mecanismos e máquinas onde um componente requer alta resistência ; tais peças forjadas geralmente requerem processamento adicional (como usinagem ) para obter uma peça quase acabada. Hoje, o forjamento é uma grande indústria mundial.

História

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Forjando um prego. Valašské muzeum v přírodě, República Tcheca

O forjamento é um dos mais antigos processos de usinagem conhecidos . Tradicionalmente, o forjamento era executado por um ferreiro usando martelo e bigorna , embora a introdução da força da água na produção e no trabalho do ferro no século 12 permitisse o uso de martelos de disparo grandes ou martelos elétricos que aumentavam a quantidade e o tamanho do ferro que poderia ser produzido e forjado. A ferraria ou forja evoluiu ao longo dos séculos para se tornar uma instalação com processos de engenharia, equipamentos de produção, ferramentas, matérias-primas e produtos para atender às demandas da indústria moderna.

Nos tempos modernos, o forjamento industrial é feito tanto com prensas quanto com martelos movidos a ar comprimido, eletricidade, hidráulica ou vapor. Esses martelos podem ter pesos alternativos na casa dos milhares de libras. Martelos elétricos menores , 500 lb (230 kg) ou menos de peso alternativo e prensas hidráulicas também são comuns em ferreiros de arte. Alguns martelos a vapor continuam em uso, mas se tornaram obsoletos com a disponibilidade de outras fontes de energia mais convenientes.

Vantagens e desvantagens

O forjamento pode produzir uma peça mais forte do que uma peça fundida ou usinada equivalente . À medida que o metal é moldado durante o processo de forjamento, sua textura interna de grão se deforma para seguir a forma geral da peça. Como resultado, a variação da textura é contínua ao longo da peça, dando origem a uma peça com características de resistência aprimoradas. Além disso, os forjados podem atingir um custo total mais baixo do que a fundição ou a fabricação. Considerando todos os custos incorridos no ciclo de vida de um produto, desde a aquisição até o tempo de retrabalho, e levando em consideração os custos de sucata, o tempo de inatividade e outras considerações de qualidade, os benefícios de longo prazo dos forjados podem superar a economia de custos de curto prazo que peças fundidas ou fabricações podem oferecer.

Alguns metais podem ser forjados a frio, mas o ferro e o aço quase sempre são forjados a quente . O forjamento a quente evita o endurecimento por trabalho que resultaria da conformação a frio , o que aumentaria a dificuldade de realização de usinagens secundárias na peça. Além disso, embora o endurecimento por trabalho possa ser desejável em algumas circunstâncias, outros métodos de endurecimento da peça, como tratamento térmico , são geralmente mais econômicos e mais controláveis. Ligas que são passíveis de endurecimento por precipitação , como a maioria das ligas de alumínio e titânio , podem ser forjadas a quente, seguido de endurecimento.

A forja de produção envolve despesas de capital significativas com máquinas, ferramentas, instalações e pessoal. No caso do forjamento a quente, um forno de alta temperatura (às vezes chamado de forja) é necessário para aquecer lingotes ou tarugos . Devido ao tamanho dos enormes martelos e prensas de forjamento e das peças que podem produzir, bem como aos perigos inerentes ao trabalho com metal quente, freqüentemente é necessário um edifício especial para abrigar a operação. No caso de operações de estampagem, devem ser tomadas providências para absorver o choque e a vibração gerados pelo martelo. A maioria das operações de forjamento usa matrizes de conformação de metal, que devem ser usinadas com precisão e cuidadosamente tratadas termicamente para dar forma correta à peça de trabalho, bem como para suportar as tremendas forças envolvidas.

Processos

Uma seção transversal de uma biela forjada que foi gravada para mostrar o fluxo de grãos

Existem muitos tipos diferentes de processos de forjamento disponíveis; no entanto, eles podem ser agrupados em três classes principais:

• Desenhado: aumenta o comprimento, diminui a seção transversal
• Descontente: diminui o comprimento, aumenta a seção transversal
• Espremido em matrizes de compressão fechadas: produz fluxo multidirecional

Os processos de forjamento comuns incluem: forjamento com rolo, estampagem , dentado , forjamento com matriz aberta, forjamento com matriz de impressão (forjamento com matriz fechada), forjamento com prensa, forjamento a frio, forjamento automático a quente e recobrimento.

Temperatura

Todos os processos de forjamento a seguir podem ser executados em várias temperaturas; no entanto, eles são geralmente classificados se a temperatura do metal está acima ou abaixo da temperatura de recristalização. Se a temperatura estiver acima da temperatura de recristalização do material, é considerado forjamento a quente ; se a temperatura estiver abaixo da temperatura de recristalização do material, mas acima de 30% da temperatura de recristalização (em uma escala absoluta) é considerado forjamento a quente ; se abaixo de 30% da temperatura de recristalização (geralmente temperatura ambiente), então é considerado forjamento a frio . A principal vantagem do forjamento a quente é que pode ser feito de forma mais rápida e precisa e, à medida que o metal é deformado, os efeitos do endurecimento são anulados pelo processo de recristalização. O forjamento a frio normalmente resulta no endurecimento por trabalho da peça.

Forjamento de queda

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Produção de pregos para barcos em Hainan , China

O forjamento solto é um processo de forjamento em que um martelo é levantado e "solto" na peça de trabalho para deformá-la de acordo com o formato da matriz. Existem dois tipos de forjamento de gota: forjamento de gota em matriz aberta e forjamento de gota em matriz de impressão (ou matriz fechada). Como os nomes indicam, a diferença está na forma da matriz, com a primeira não envolvendo totalmente a peça de trabalho, enquanto a última o faz.

Forjamento em molde aberto

Forjamento em molde aberto (com duas matrizes) de um lingote para ser posteriormente processado em uma roda

Um grande cilindro de 80 toneladas de aço quente em uma prensa de forjamento de matriz aberta, pronto para a fase de recuperação do forjamento

O forjamento em matriz aberta também é conhecido como forjamento de ferreiro . No forjamento com matriz aberta, um martelo atinge e deforma a peça de trabalho, que é colocada em uma bigorna estacionária . O forjamento com matriz aberta recebe este nome pelo fato de que as matrizes (as superfícies que estão em contato com a peça de trabalho) não envolvem a peça de trabalho, permitindo que ela flua, exceto quando em contato com as matrizes. O operador, portanto, precisa orientar e posicionar a peça de trabalho para obter a forma desejada. As matrizes são geralmente de formato plano, mas algumas têm uma superfície com formato especial para operações especializadas. Por exemplo, uma matriz pode ter uma superfície redonda, côncava ou convexa ou ser uma ferramenta para fazer orifícios ou ser uma ferramenta de corte. Forjados de matriz aberta podem ser trabalhados em formatos que incluem discos, cubos, blocos, eixos (incluindo eixos escalonados ou com flanges), luvas, cilindros, planos, hexágonos, redondos, placas e alguns formatos personalizados. A forja em matriz aberta se presta a pequenas tiragens e é apropriada para forjaria de arte e trabalhos personalizados. Em alguns casos, o forjamento com matriz aberta pode ser empregado em lingotes de formato bruto para prepará-los para as operações subsequentes. O forjamento em matriz aberta também pode orientar o grão para aumentar a resistência na direção necessária.

Vantagens do forjamento com matriz aberta

• Chance reduzida de vazios
• Melhor resistência à fadiga
• Microestrutura melhorada
• Fluxo contínuo de grãos
• Tamanho de grão mais fino
• Maior força
• Melhor resposta ao tratamento térmico
• Melhoria da qualidade interna
• Maior confiabilidade das propriedades mecânicas, ductilidade e resistência ao impacto

"Cogging "é a deformação sucessiva de uma barra ao longo de seu comprimento usando uma forja de corte aberto. É comumente usada para trabalhar uma peça de matéria-prima com a espessura adequada. Uma vez que a espessura adequada é alcançada, a largura adequada é obtida por meio de" afiação "."Bordar "é o processo de concentração de material usando uma matriz aberta de forma côncava. O processo é chamado de" bordar "porque geralmente é realizado nas extremidades da peça de trabalho."Fullering "é um processo semelhante que afina seções do forjamento usando uma matriz convexa. Esses processos preparam as peças para outros processos de forjamento.

• 

  Edging

• 

  Fullering

Forjamento em matriz de impressão

O forjamento com matriz de impressão também é chamado de "forjamento com matriz fechada". No forjamento com matriz de impressão, o metal é colocado em uma matriz semelhante a um molde, que é presa a uma bigorna. Normalmente, o molde do martelo também é moldado. O martelo é então largado na peça de trabalho, fazendo com que o metal flua e preencha as cavidades da matriz. O martelo está geralmente em contato com a peça de trabalho na escala de milissegundos. Dependendo do tamanho e da complexidade da peça, o martelo pode cair várias vezes em rápida sucessão. O excesso de metal é espremido para fora das cavidades da matriz, formando o que é conhecido como " flash ". O flash esfria mais rapidamente do que o resto do material; este metal frio é mais forte do que o metal na matriz, então ajuda a prevenir a formação de mais flashes. Isso também força o metal a preencher completamente a cavidade da matriz. Após o forjamento, o flash é removido.

No forjamento com matriz de impressão comercial, a peça normalmente é movida através de uma série de cavidades em uma matriz para ir de um lingote à forma final. A primeira impressão é usada para distribuir o metal na forma rugosa de acordo com as necessidades das cavidades posteriores; esta impressão é chamada de impressão de "afiação", "fullering" ou "dobra". As cavidades a seguir são chamadas de cavidades de "bloqueio", nas quais a peça está trabalhando em uma forma que se assemelha mais ao produto final. Esses estágios geralmente conferem à peça dobras generosas e grandes filetes . A forma final é forjada em uma cavidade de impressão "final" ou "finalizador". Se houver apenas uma pequena tiragem de peças a ser feita, pode ser mais econômico para a matriz não ter uma cavidade de impressão final e, em vez disso, usinar as características finais.

O forjamento com matriz de impressão foi aprimorado nos últimos anos por meio da automação aprimorada, que inclui aquecimento por indução, alimentação mecânica, posicionamento e manipulação, e o tratamento térmico direto de peças após o forjamento. Uma variação do forjamento com matriz de impressão é chamada de "forjamento sem flash" ou "forjamento com matriz fechada verdadeira". Neste tipo de forjamento, as cavidades da matriz são completamente fechadas, o que evita que a peça de trabalho se forme. A principal vantagem desse processo é que menos metal é perdido no flash. O Flash pode representar de 20 a 45% do material inicial. As desvantagens deste processo incluem custo adicional devido a um design de matriz mais complexo e a necessidade de melhor lubrificação e colocação da peça de trabalho.

Existem outras variações de formação de peças que integram o forjamento com matriz de impressão. Um método incorpora a fundição de uma pré-forma de forjamento de metal líquido. A peça fundida é removida depois de solidificada, mas ainda quente. Em seguida, é finalizado em uma única matriz de cavidade. O flash é aparado e, em seguida, a peça é endurecida por têmpera. Outra variação segue o mesmo processo descrito acima, exceto que a pré-forma é produzida pela deposição por pulverização de gotículas de metal em coletores moldados (semelhante ao processo Osprey ).

O forjamento em matriz fechada tem um alto custo inicial devido à criação de matrizes e trabalho de projeto necessário para fazer cavidades de matriz de trabalho. Porém, possui baixos custos recorrentes para cada peça, o que torna os forjados mais econômicos com maior volume de produção. Esta é uma das principais razões pelas quais as peças forjadas com matriz fechada são frequentemente utilizadas nas indústrias automotiva e de ferramentas. Outro motivo pelo qual os forjados são comuns nesses setores industriais é que os forjados geralmente têm uma relação resistência / peso cerca de 20% maior em comparação com peças fundidas ou usinadas do mesmo material.

Projeto de ferramentas e peças forjadas de impressão

Matrizes de forjamento são geralmente feitas de alta liga ou aço ferramenta . As matrizes devem ser resistentes a impactos e ao desgaste, manter a resistência em altas temperaturas e ter a capacidade de resistir a ciclos de rápido aquecimento e resfriamento. A fim de produzir uma matriz melhor e mais econômica, os seguintes padrões são mantidos:

• As matrizes partem ao longo de um único plano plano, sempre que possível. Caso contrário, o plano de partição segue o contorno da peça.
• A superfície de partição é um plano que passa pelo centro do forjamento e não perto de uma aresta superior ou inferior.
• Calado adequado é fornecido; geralmente pelo menos 3 ° para alumínio e 5 ° a 7 ° para aço.
• Filetes e raios generosos são usados.
• Costelas são baixas e largas.
• As várias seções são equilibradas para evitar diferenças extremas no fluxo do metal.
• Todas as vantagens são tiradas das linhas de fluxo de fibra.
• As tolerâncias dimensionais não são mais próximas do que o necessário.

O barrilamento ocorre quando, devido ao atrito entre a peça de trabalho e a matriz ou punção , a peça de trabalho se projeta em seu centro de forma a se assemelhar a um barril . Isso faz com que a parte central da peça de trabalho entre em contato com as laterais da matriz mais cedo do que se não houvesse atrito, criando um aumento muito maior na pressão necessária para que o punção termine o forjamento.

As tolerâncias dimensionais de uma peça de aço produzida usando o método de forjamento com matriz de impressão são descritas na tabela abaixo. As dimensões ao longo do plano de partição são afetadas pelo fechamento das matrizes e, portanto, dependem do desgaste da matriz e da espessura do flash final. As dimensões que estão completamente contidas em um único segmento ou metade da matriz podem ser mantidas em um nível significativamente maior de precisão.

Um lubrificante é usado durante o forjamento para reduzir o atrito e o desgaste. Também é usado como barreira térmica para restringir a transferência de calor da peça para a matriz. Finalmente, o lubrificante atua como um composto de separação para evitar que a peça grude nas matrizes.

Forjamento de imprensa

O forjamento por pressão funciona aplicando lentamente uma pressão ou força contínua, que difere do impacto quase instantâneo do forjamento por martelo. A quantidade de tempo que as matrizes ficam em contato com a peça de trabalho é medida em segundos (em comparação com os milissegundos das forjas de martelo). A operação de forjamento por prensa pode ser feita a frio ou a quente.

A principal vantagem do forjamento por prensagem, em comparação com o forjamento por martelo, é sua capacidade de deformar a peça inteira. O forjamento com martelo de queda geralmente deforma apenas as superfícies da peça de trabalho em contato com o martelo e a bigorna; o interior da peça de trabalho permanecerá relativamente indeformado. Outra vantagem do processo é o conhecimento da taxa de deformação da nova peça. Ao controlar a taxa de compressão da operação de forjamento por prensa, a deformação interna pode ser controlada.

Existem algumas desvantagens neste processo, a maioria decorrente do fato da peça estar em contato com as matrizes por um período de tempo tão extenso. A operação é um processo demorado devido à quantidade e extensão das etapas. A peça de trabalho esfriará mais rápido porque as matrizes estão em contato com a peça de trabalho; as matrizes facilitam drasticamente mais a transferência de calor do que a atmosfera circundante. À medida que a peça esfria, ela se torna mais forte e menos dúctil, o que pode induzir rachaduras se a deformação continuar. Portanto, matrizes aquecidas são normalmente usadas para reduzir a perda de calor, promover o fluxo de superfície e permitir a produção de detalhes mais finos e tolerâncias mais estreitas. A peça de trabalho também pode precisar ser reaquecida.

Quando feito em alta produtividade, o forjamento com prensa é mais econômico do que o forjamento com martelo. A operação também cria tolerâncias mais estreitas. No forjamento a martelo, muito do trabalho é absorvido pela máquina; quando no forjamento em prensa, a maior porcentagem de trabalho é usada na peça de trabalho. Outra vantagem é que a operação pode ser utilizada para criar peças de qualquer tamanho, pois não há limite para o tamanho da máquina de forja e prensa. Novas técnicas de forjamento por prensagem têm sido capazes de criar um grau mais alto de integridade mecânica e de orientação. Pela restrição da oxidação às camadas externas da peça, ocorrem níveis reduzidos de microfissuras na peça acabada.

O forjamento com prensa pode ser usado para executar todos os tipos de forjamento, incluindo forjamento com matriz aberta e matriz de impressão. O forjamento em molde de impressão geralmente requer menos estiramento do que o forjamento em gota e tem melhor precisão dimensional. Além disso, os forjados por prensagem muitas vezes podem ser feitos em um fechamento das matrizes, permitindo uma fácil automação.

Forjamento chateado

O forjamento virado aumenta o diâmetro da peça, comprimindo seu comprimento. Com base no número de peças produzidas, este é o processo de forjamento mais utilizado. Alguns exemplos de peças comuns produzidas usando o processo de forjamento invertido são válvulas de motor, acoplamentos, parafusos, parafusos e outros elementos de fixação.

O forjamento virado é geralmente feito em máquinas especiais de alta velocidade chamadas prensas de manivela . As máquinas costumam ser configuradas para trabalhar no plano horizontal, para facilitar a troca rápida de peças de uma estação para a outra, mas o recalque também pode ser feito em prensa de manivela vertical ou hidráulica. A peça de trabalho inicial geralmente é de arame ou barra, mas algumas máquinas podem aceitar barras de até 25 cm (9,8 pol.) De diâmetro e uma capacidade de mais de 1000 toneladas. A máquina de recalque padrão emprega matrizes divididas que contêm várias cavidades. As matrizes abrem o suficiente para permitir que a peça de trabalho se mova de uma cavidade para a próxima; as matrizes então fecham e a ferramenta de encabeçamento, ou aríete, move-se longitudinalmente contra a barra, virando-a para dentro da cavidade. Se todas as cavidades forem utilizadas em cada ciclo, uma peça acabada será produzida a cada ciclo, o que torna esse processo vantajoso para a produção em massa.

Essas regras devem ser seguidas ao projetar peças a serem forjadas:

• O comprimento do metal sem suporte que pode ser rompido com um golpe sem empenamento prejudicial deve ser limitado a três vezes o diâmetro da barra.
• Comprimentos de estoque maiores que três vezes o diâmetro podem ser revolvidos com sucesso, desde que o diâmetro do revolvimento não seja mais do que 1,5 vezes o diâmetro do estoque.
• Em uma virada exigindo comprimento de estoque maior do que três vezes o diâmetro do estoque, e onde o diâmetro da cavidade não é mais do que 1,5 vezes o diâmetro do estoque, o comprimento do metal sem suporte além da face da matriz não deve exceder o diâmetro da barra.

Forjamento a quente automático

O processo de forjamento a quente automático envolve a alimentação de barras de aço do comprimento da usina (normalmente 7 m (23 pés) de comprimento) em uma extremidade da máquina em temperatura ambiente e produtos forjados a quente emergem da outra extremidade. Tudo isso ocorre rapidamente; peças pequenas podem ser feitas a uma taxa de 180 peças por minuto (ppm) e maiores podem ser feitas a uma taxa de 90 ppm. As peças podem ser sólidas ou ocas, redondas ou simétricas, com até 6 kg (13 lb) e até 18 cm (7,1 pol.) De diâmetro. As principais vantagens desse processo são a alta taxa de produção e a capacidade de aceitar materiais de baixo custo. Pouca mão de obra é necessária para operar o maquinário.

Não há produção de flash, portanto, a economia de material fica entre 20 e 30% em relação ao forjamento convencional. O produto final tem consistência de 1.050 ° C (1.920 ° F), portanto, o resfriamento a ar resultará em uma peça que ainda é facilmente usinável (a vantagem é a falta de recozimento necessário após o forjamento). As tolerâncias são geralmente ± 0,3 mm (0,012 pol.), As superfícies são limpas e os ângulos de inclinação são de 0,5 a 1 °. A vida útil da ferramenta é quase o dobro do forjamento convencional porque os tempos de contato são da ordem de 0,06 segundos. A desvantagem é que esse processo só é viável em peças simétricas menores e custo; o investimento inicial pode ser superior a US $ 10 milhões, portanto, grandes quantidades são necessárias para justificar esse processo.

O processo começa aquecendo a barra a 1.200 a 1.300 ° C (2.190 a 2.370 ° F) em menos de 60 segundos usando bobinas de indução de alta potência. Em seguida, ele é descalcificado com rolos, cortado em espaços vazios e transferido por vários estágios de conformação sucessivos, durante os quais é recortado, pré-formado, forjado final e perfurado (se necessário). Este processo também pode ser acoplado a operações de conformação a frio de alta velocidade. Geralmente, a operação de conformação a frio fará o estágio de acabamento para que as vantagens do trabalho a frio possam ser obtidas, enquanto se mantém a alta velocidade do forjamento automático a quente.

Exemplos de peças feitas por esse processo são: rolamentos da unidade do cubo da roda, engrenagens de transmissão, pistas de rolamentos de rolos cônicos, flanges de acoplamento de aço inoxidável e anéis de pescoço para cilindros de gás propano líquido (LP). As engrenagens da transmissão manual são um exemplo de forjamento a quente automático usado em conjunto com o trabalho a frio.

Forjamento de rolo

O forjamento a rolo é um processo em que o estoque de barras redondas ou planas é reduzido em espessura e aumentado em comprimento. O forjamento por rolo é executado usando dois rolos cilíndricos ou semicilíndricos, cada um contendo uma ou mais ranhuras moldadas. Uma barra aquecida é inserida nos rolos e, quando atinge um ponto, os rolos giram e a barra é progressivamente moldada à medida que é rolada pela máquina. A peça é então transferida para o próximo conjunto de ranhuras ou girada e reinserida nas mesmas ranhuras. Isso continua até que a forma e o tamanho desejados sejam alcançados. A vantagem desse processo é que não há brilho e confere uma estrutura de grão favorável à peça de trabalho.

Exemplos de produtos produzidos usando este método incluem eixos , alavancas cônicas e molas de lâmina .

Forjamento em forma de rede e próximo à rede

Este processo também é conhecido como forjamento de precisão . Ele foi desenvolvido para minimizar custos e desperdícios associados às operações de pós-forjamento. Portanto, o produto final de um forjamento de precisão precisa de pouca ou nenhuma usinagem final. A economia de custos é obtida com o uso de menos material e, portanto, menos refugo, a redução geral na energia usada e a redução ou eliminação da usinagem. O forjamento de precisão também requer menos calado, 1 ° a 0 °. A desvantagem deste processo é o seu custo, portanto, ele só é implementado se uma redução significativa de custo puder ser alcançada.

Forjamento a frio

O forjamento próximo à forma líquida é mais comum quando as peças são forjadas sem aquecer o pacote, barra ou tarugo. O alumínio é um material comum que pode ser forjado a frio dependendo da forma final. A lubrificação das peças que estão sendo formadas é crítica para aumentar a vida útil das matrizes de acoplamento.

Forjamento por indução

Ao contrário dos processos acima, o forjamento por indução é baseado no tipo de estilo de aquecimento usado. Muitos dos processos acima podem ser usados ​​em conjunto com este método de aquecimento.

Forjamento multidirecional

O forjamento multidirecional é a conformação de uma peça de trabalho em uma única etapa em várias direções. A formação multidirecional ocorre por meio de medidas construtivas da ferramenta. O movimento vertical do aríete da prensa é redirecionado por meio de cunhas que distribuem e redirecionam a força da prensa de forjamento nas direções horizontais.

Forjamento isotérmico

O forjamento isotérmico é um processo pelo qual os materiais e a matriz são aquecidos à mesma temperatura ( iso significa "igual"). O aquecimento adiabático é utilizado para auxiliar na deformação do material, fazendo com que as taxas de deformação sejam altamente controladas. Normalmente usado para forjar alumínio, que tem uma temperatura de forjamento mais baixa do que aços. As temperaturas de forjamento do alumínio estão em torno de 430 ° C (806 ° F), enquanto os aços e superligas podem ser de 930 a 1.260 ° C (1.710 a 2.300 ° F). 5.2.2.4 Matriz a quente e forjamento isotérmico | Forging Industry Association

Benefícios:

• Formatos próximos à rede que levam a menores requisitos de usinagem e, portanto, menores taxas de refugo
• Reprodutibilidade da parte
• Devido à menor perda de calor, máquinas menores podem ser usadas para fazer o forjamento

Desvantagens:

• Maiores custos de material de matriz para lidar com temperaturas e pressões
• Sistemas de aquecimento uniformes são necessários
• Atmosferas protetoras ou vácuo para reduzir a oxidação das matrizes e do material
• Baixas taxas de produção

Materiais e aplicações

Tarugos de aço forjados sólidos (brilhando incandescentemente) sendo carregados em um grande forno de câmara industrial, para reaquecimento

Forjamento de aço

Dependendo da temperatura de formação, o forjamento de aço pode ser dividido em:

• Forjamento a quente de aço
  • Temperaturas de forjamento acima da temperatura de recristalização entre 950-1250 ° C
  • Boa formabilidade
  • Forças de formação baixas
  • Resistência à tração constante das peças de trabalho
• Forjamento a quente de aço
  • Temperaturas de forjamento entre 750-950 ° C
  • Menos ou nenhuma escala na superfície da peça de trabalho
  • Tolerâncias mais estreitas alcançáveis ​​do que no forjamento a quente
  • Formabilidade limitada e forças de formação mais altas do que para forjamento a quente
  • Forças de conformação mais baixas do que na conformação a frio
• Forjamento a frio de aço
  • Temperaturas de forjamento em condições ambientes, autoaquecimento até 150 ° C devido à energia de formação
  • Tolerâncias mais estreitas alcançáveis
  • Sem escamação na superfície da peça
  • Aumento da resistência e diminuição da ductilidade devido ao endurecimento por deformação
  • Baixa conformabilidade e altas forças de formação são necessárias

Para processos industriais, as ligas de aço são forjadas principalmente a quente. Latão, bronze, cobre, metais preciosos e suas ligas são fabricados por processos de forjamento a frio, enquanto cada metal requer uma temperatura de forjamento diferente.

Forjamento de alumínio

• O forjamento de alumínio é realizado em uma faixa de temperatura entre 350–550 ° C
• As temperaturas de forjamento acima de 550 ° C são muito próximas da temperatura de solidus das ligas e levam, em conjunto com várias deformações eficazes, a superfícies de peça de trabalho desfavoráveis ​​e, potencialmente, a uma fusão parcial, bem como à formação de dobras.
• As temperaturas de forjamento abaixo de 350 ° C reduzem a conformabilidade, aumentando a tensão de escoamento, o que pode levar a matrizes não preenchidas, rachaduras na superfície da peça e aumento das forças da matriz

Devido à estreita faixa de temperatura e alta condutividade térmica, o forjamento de alumínio só pode ser realizado em uma janela de processo particular. Para fornecer boas condições de conformação, é necessária uma distribuição homogênea da temperatura em toda a peça de trabalho. Portanto, o controle da temperatura da ferramenta tem grande influência no processo. Por exemplo, ao otimizar as geometrias da pré-forma, as deformações efetivas locais podem ser influenciadas para reduzir o superaquecimento local para uma distribuição de temperatura mais homogênea.

Aplicação de peças forjadas de alumínio

Ligas de alumínio de alta resistência têm a resistência à tração de ligas de aço de média resistência, proporcionando vantagens de peso significativas. Portanto, as peças forjadas de alumínio são usadas principalmente na indústria aeroespacial, automotiva e em muitos outros campos da engenharia, especialmente naqueles campos, onde os mais altos padrões de segurança contra falha por abuso, choque ou tensões vibratórias são necessários. Essas peças são, por exemplo, pistões, peças do chassi, componentes da direção e peças do freio. As ligas comumente usadas são AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) e AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ). Cerca de 80% de todas as peças forjadas de alumínio são feitas de AlSi1MgMn. A liga de alta resistência AlZnMgCu1,5 é usada principalmente para aplicações aeroespaciais.

Forjamento de magnésio

• O forjamento de magnésio ocorre em uma faixa de temperatura entre 290-450 ° C

As ligas de magnésio são mais difíceis de forjar devido à sua baixa plasticidade, baixa sensibilidade a taxas de deformação e temperatura de formação estreita. O uso de forjamento a quente com matriz semiaberta com uma prensa de forjamento de três lâminas (TSFP) tornou-se um método de forjamento recentemente desenvolvido para a liga de Mg-Al AZ31, comumente usada na formação de suportes de aeronaves. Este método de forjamento demonstrou melhorar as propriedades de tração, mas carece de tamanho de grão uniforme. Embora a aplicação de ligas de magnésio aumente de 15 a 20% a cada ano na indústria aeroespacial e automotiva, o forjamento de ligas de magnésio com matrizes especializadas é caro e um método inviável de produzir peças para o mercado de massa. Em vez disso, a maioria das peças de liga de magnésio para a indústria são produzidas por métodos de fundição.

Equipamento

Martelo hidráulico

(a) Fluxo de material de um disco convencionalmente forjado; (b) Fluxo de material de um disco forjado impactador

O tipo mais comum de equipamento de forjamento é o martelo e a bigorna. Os princípios por trás do martelo e da bigorna ainda são usados ​​hoje em dia em equipamentos de martelo . O princípio por trás da máquina é simples: levante o martelo e solte-o ou impulsione-o na peça de trabalho, que está apoiada na bigorna. As principais variações entre os martelos de queda estão na forma como o martelo é acionado; os mais comuns são os martelos pneumáticos e a vapor. Os martelos rebaixados geralmente operam na posição vertical. A principal razão para isso é o excesso de energia (energia que não é usada para deformar a peça de trabalho) que não é liberada porque o calor ou o som precisa ser transmitido para a fundação. Além disso, uma grande base de máquina é necessária para absorver os impactos.

Para superar algumas deficiências do martelo, a máquina de contra - sopro ou impactador é usado. Em uma máquina de contra-sopro, tanto o martelo quanto a bigorna se movem e a peça de trabalho é mantida entre eles. Aqui, o excesso de energia torna-se recuo. Isso permite que a máquina trabalhe horizontalmente e tenha uma base menor. Outras vantagens incluem menos ruído, calor e vibração. Ele também produz um padrão de fluxo distintamente diferente. Ambas as máquinas podem ser usadas para forjamento em matriz aberta ou fechada.

Prensas de forja

Uma prensa de forja , geralmente chamada apenas de prensa, é usada para forjar por prensa. Existem dois tipos principais: prensas mecânicas e hidráulicas. As prensas mecânicas funcionam usando cames, manivelas e / ou alternadores para produzir uma predefinição (uma força predeterminada em um determinado local do curso) e um curso reproduzível. Devido à natureza deste tipo de sistema, diferentes forças estão disponíveis em diferentes posições de curso. As prensas mecânicas são mais rápidas do que suas contrapartes hidráulicas (até 50 cursos por minuto). Suas capacidades variam de 3 a 160 MN (300 a 18.000 toneladas-força curtas). As prensas hidráulicas usam pressão de fluido e um pistão para gerar força. As vantagens de uma prensa hidráulica em relação a uma prensa mecânica são sua flexibilidade e maior capacidade. As desvantagens incluem uma máquina mais lenta, maior e mais cara para operar.

Os processos de forjamento a rolo, recorte e forjamento automático a quente usam maquinário especializado.

Veja também

• Casting
• Dimensionamento a frio
• Hammerscale
• Tixoformação
• Temperatura de forjamento

Referências

Bibliografia

• Degarmo, E. Paul; Preto, JT; Kohser, Ronald A. (2011). Materiais e Processos na Manufatura (11ª ed.). Wiley. ISBN 978-0-470-92467-9.
• Doege, E .; Behrens, B.-A .: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (em alemão), 2ª edição, Springer Verlag, 2010, ISBN  978-3-642-04248-5
• Ostermann, F .: Anwendungstechnologie Aluminium (em alemão), 3ª edição, Springer Verlag, 2014, ISBN  978-3-662-43806-0

links externos

• Glossário de termos e definições de falsificação
• Evidências de história de falsificação