Forjamento: Significado, Aplicações e Processos

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: ​​- 1. Introdução ao Forjamento 2. Capacidade da Forja 3. Materiais Formais 4. Temperatura 5. Processos 6. Lubrificação 7. Defeitos em Produtos Forjados 8. Vantagens 9. Desvantagens 10. Aplicações.

Introdução ao Forjar:

O forjamento é um processo de conformação de metal. Envolve o aquecimento do metal para o estado plástico e, em seguida, aplica a pressão com o martelo manual ou o martelo hidráulico para obter uma forma predeterminada do produto. O termo forjar também é usado para definir a deformação plástica de metais na temperatura de forjamento em forma requerida usando forças de compressão que são exercidas através de matrizes por meio de um martelo, uma prensa ou uma máquina de ruptura.

Como outro processo de conformação de metal, o forjamento refina a microestrutura do metal, elimina os defeitos ocultos, como rachaduras e vazios. Este processo reorganiza a estrutura macro fibrosa para conformar o fluxo de metal. Devido a esses méritos e vantagens em relação à fundição e usinagem, o forjamento é muito popular no processo de conformação de metal.

Ao projetar com sucesso as matrizes, o fluxo de metal pode ser empregado para promover o alinhamento das fibras com a direção antecipada da tensão máxima. A Fig. 5.1 mostra os dois virabrequins e ganchos de guindaste diferentes produzidos por usinagem a partir de um estoque de barras e por forjamento.

Como pode ser visto, a direção das fibras na peça de forjamento é mais favorável, porque as tensões nas teias cedem com a direção das fibras onde a força é máxima.

Forjar capacidade:

O termo capacidade de forjar é definido como a capacidade de um material sofrer deformação sem falha ou ruptura. Para o processo de forjamento adequado, é importante conhecer o comportamento de deformação do metal a ser forjado em relação à resistência à deformação e a qualquer efeito adverso previsto, como rachaduras, etc.

Depende dos seguintes fatores:

(i) Composição do material.

(ii) Pureza do material.

(iii) tamanho do grão.

(iv) Temperatura de trabalho.

(v) Taxa de tensão e distribuição de tensão.

(vi) Número de fase presente.

A habilidade de forjar aumenta com o aumento da temperatura de trabalho até um ponto em que a fase muda. Os metais puros têm boa capacidade de forjar.

O material granulado fino tem melhor capacidade de forjar do que o material de granulação grossa.

Embora não haja um teste padrão comumente aceito para a habilidade de forjar, ainda assim, alguns dos seguintes testes são realizados em metais para atribuição quantitativa da capacidade de forjar:

(i) Teste de insatisfação:

O limite máximo de capacidade de perturbação sem quebra ou falha é considerado como uma medida do índice de capacidade de forja. Esse teste envolve o desdobramento de uma série de tarugos cilíndricos com as mesmas dimensões em diferentes graus de deformação.

ii) Ensaio de perturbação da barra dentada:

Este teste é semelhante ao teste acima, exceto que os entalhes longitudinais ou dentições são feitos antes de serem alterados. Esse teste fornece um índice mais confiável de capacidade de forjar.

iii) Ensaio de tração a quente:

Neste teste, o impacto da resistência à tração é considerado como uma medida do índice de capacidade de forja. Uma máquina de teste de impacto equipada com um acessório de teste de tensão é usada para este teste.

(iv) teste de torção quente:

O teste consiste em girar uma barra redonda e quente e contar o número de torções até a falha. Quanto maior o número de voltas, melhor a capacidade de forjar.

Materiais Forgeable:

Qualquer metal ou liga que possa ser levado ao estado plástico através de aquecimento, sem falhas, pode ser forjado. A capacidade de forjar de qualquer metal é afetada pelo número de fatores como a composição do metal ou da liga, as impurezas presentes, o tamanho do grão e o número de fases presentes.

O aumento da temperatura também melhora a capacidade de forjar, mas até um certo limite, onde outra fase começa a aparecer ou onde os crescimentos de grãos se tornam excessivos. Neste ponto, qualquer aumento na temperatura diminuirá a capacidade de forjar.

Alguns metais e ligas em ordem decrescente de capacidade de forja são listados abaixo (ou seja, liga com melhor habilidade de forjamento escrita primeiro):

1. Ligas de Alumínio.

2. Ligas de Magnésio.

3. Ligas de cobre.

4. Aços carbono.

5. Aços de baixa liga.

6. Aços inoxidáveis ​​martensíticos.

7. Aços inoxidáveis ​​austeníticos.

8. Ligas de Níquel.

9. Ligas de titânio.

10. ligas de molibdênio,

11, ligas de tungstênio.

A escolha de um material de forjamento depende das propriedades mecânicas desejáveis ​​da peça, como durabilidade, maleabilidade, resistência à usinabilidade, etc.

Forjando Temperaturas:

Existem variedades de materiais que podem ser trabalhados por forjamento. Cada metal ou liga tem sua própria faixa de temperatura de forjamento de plástico. Alguns deles têm ampla faixa de temperatura, enquanto outros têm faixas estreitas. A faixa de temperatura depende dos constituintes e da composição química.

Normalmente, a temperatura de forjamento para metais não ferrosos e ligas é muito menor que a requerida para materiais ferrosos. As faixas de temperatura para as ligas comumente usadas são dadas na tabela 5.1. Estes incluem aços de baixo carbono, alumínio, magnésio e ligas de cobre, bem como muitos dos aços de liga e aços inoxidáveis.

No caso de forjamento manual ou forja de matriz aberta, a temperatura de forjamento é avaliada pela cor do metal quente. Enquanto no caso de forjamento de matriz fechada ou produção forçada em massa, a temperatura de forjamento é determinada pelos termopares e pirômetros ópticos.

Processos de Forjamento:

Todos os processos de forjamento se enquadram em dois tipos principais, de acordo com o método utilizado:

(i) Forjamento de matriz aberta (forjamento forjado ou forjamento de matriz plana).

(ii) forjamento em matriz fechada.

(i) Open-Die Forging:

No forjamento de matriz aberta, o metal é trabalhado entre duas matrizes planas. É feito manualmente por black-smith e, portanto, também chamado de forja smith. Isso pode ser feito manualmente ou com energia. Neste forjamento, o metal é aquecido até a temperatura do estado plástico, colocado em uma bigorna e martelos repetidamente até que a forma desejada seja obtida.

Agora, um dia, o forjamento de forja preta é usado apenas para moldar um pequeno número de forjados leves, este processo é usado principalmente em oficinas de reparo. Formas complicadas com estreita tolerância não podem ser produzidas economicamente por este processo.

A versão do modem, em preto, forja a estampagem, envolve o martelo ou a prensa acionada por força no lugar do martelo manual e da bigorna do ferreiro.

As características do forjamento de matriz aberta são:

a) O forjamento em matriz aberta é utilizado para a produção de peças forjadas pesadas com peso até 300 toneladas.

(b) Este processo também é usado para produzir pequenos lotes de forjados médios com formas irregulares que não podem ser produzidos pelo moderno processo de forja de matriz fechada.

(c) A habilidade do operador desempenha um papel importante na produção da forma desejada da peça por aquecimento e sucessivas batidas de trabalho.

(d) A forma produzida é apenas uma aproximação da peça requerida, e a operação de usinagem subsequente é sempre necessária para produzir a peça exata de acordo com a impressão azul fornecida pelo projetista.

ii) Forjamento a seco:

No forjamento de matriz fechada, o metal é trabalhado em uma impressão fechada de um conjunto de matrizes. O metal é aquecido à temperatura do estado plástico, colocado em uma matriz oca de duas partes e então pressionado. O forjamento de matriz fechada inclui, forjamento de queda, forjamento de prensagem e forjamento de máquina ou chateado.

Sob impacto (ou apertar), o metal quente flui plasticamente para preencher a cavidade do molde. O fluxo de metal é restrito pela forma da cavidade do molde. O ciclo de fabricação de uma peça forjada inclui outras operações relacionadas, tais como corte de lesmas, aquecimento de lesmas, forjamento de lesmas, corte do flash, tratamento térmico de forjados, descascamento e, finalmente, inspeção e controle de qualidade. Isso é mostrado na Fig. 5.2.

Vantagens do forjamento a céu aberto:

(1) Este processo é utilizado para a produção de peças forjadas pesadas com peso até 300 toneladas,

(2) O processo é adequado para produzir pequenos lotes de forjados médios com formas irregulares que não podem ser produzidos pelo processo de forjamento de matriz fechada moderna.

(3) O processo envolve ferramentas e equipamentos menos onerosos.

(4) O processo não requer nenhuma fonte de energia adicional, ao contrário do forjamento de prensa ou máquina.

(5) O processo não precisa fazer morre fechadas dispendiosas.

(6) O processo pode ser feito em qualquer lugar no lugar requerido.

Vantagens do forjamento a matriz fechada:

(1) Maior consistência dos atributos do produto do que no forjamento ou fundição em matriz aberta.

(2) Maior resistência a menor peso unitário em comparação com peças fundidas ou fabricadas.

(3) Formas complicadas com tolerâncias dimensionais próximas podem ser produzidas facilmente.

(4) Bom acabamento superficial com material excedente mínimo a ser removido por usinagem.

(5) O custo das peças produzidas por forjamento em matriz fechada é geralmente duas ou três vezes menor que o custo das peças produzidas por usinagem.

No entanto, o alto custo das matrizes de forjamento é a principal limitação desse processo, especialmente se formas complexas forem produzidas.

Portanto, o processo só é adequado para a produção em massa de componentes de aço e não ferrosos com peso até 350 kg.

Lubrificação no processo de forjamento:

A lubrificação desempenha um papel importante no processo de formação e não pode ser negligenciada.

As funções da lubrificação são:

(i) Elimine o atrito entre as interfaces do die de trabalho.

(ii) Assegure o fluxo fácil de mete.

(iii) Evita que o metal quente grude no dado.

(iv) Impede que as camadas superficiais do metal quente sejam refrigeradas pela matriz relativamente fria, etc.

A tabela a seguir 5.2 fornece alguns lubrificantes comumente usados ​​no processo de forjamento:

Materiais de forjamento:

Os moldes de forjamento estão sujeitos a condições severas, como altas temperaturas, pressões e abrasão extremamente altas. Portanto, um material da matriz deve ter dureza adequada em temperaturas mais altas, bem como alta resistência para suportar as condições severas.

Aços ferramenta especiais são utilizados para o material da matriz. Eles são ligados com os seguintes aditivos de liga: cromo, níquel, molibdênio e vanádio. Primeiro, os blocos de matriz são recozidos e usinados para fazer as hastes. Em segundo lugar, endurecido e temperado às hastes. Finalmente, as cavidades de impressão são rejeitadas pelos fabricantes de ferramentas.

Defeitos em produtos forjados:

Defeitos podem ser observados no forjamento. Eles podem ser defeitos superficiais ou defeitos no corpo. O tipo de defeito depende do número de fatores como o processo de forjamento, o metal forjado, a temperatura do processo, o projeto da ferramenta, o design da matriz, etc.

A seguir, uma breve descrição dos defeitos geralmente observados:

1. Rachamento:

O defeito de rachadura geralmente é encontrado em cantos e em ângulos retos. As possíveis causas são a distribuição de temperatura não uniforme, alto grau de deformação do que o necessário, tensões de tração durante o processo de forjamento, etc.

2. dobras:

O defeito de dobramento é comumente observado em operações de desvio e direção. As dobras também podem ser observadas nas bordas das peças produzidas pelo smith-forjamento. As possíveis causas são: redução por passe é muito pequena, flambagem de metal, projeto de forjamento defeituoso, etc.

3. Seções impróprias:

As seções impróprias incluem zonas de metal morto, tubulação e fluxo de metal irregular ou violento. Eles são basicamente devido a má ferramenta e design de morrer.

4. Seções não preenchidas:

As seções não preenchidas no forjamento podem ser causadas pelo metal que não preenche a cavidade do molde corretamente. As possíveis causas são: quantidade inadequada de metal, extravio do metal na matriz, baixa temperatura de aquecimento, projeto de forjamento deficiente e ferramenta da piscina ou projeto da matriz.

5. Forjados incompatíveis:

A incompatibilidade de peças forjadas é observada quando as partes superior e inferior do molde estão desalinhadas durante o golpe.

6. Nadadeiras e Raivas:

Barbatanas e trapos são pequenas projeções de metal solto na superfície do forjamento. As possíveis causas são: acabamento inadequado, projeto de molde ruim, etc.

7. Superaquecido e Metal Queimado:

Às vezes, o metal fica superaquecido devido a isso; o metal perde sua força. As possíveis causas são: Temperatura mais alta do que a necessária, a peça aquecida por um tempo muito longo, aquecimento inadequado e não uniforme.

8. Escala Pits:

As covas de escala são depressões superficiais rasas. Estes são causados ​​pela escala que não foi removida do boleto de trabalho ou da superfície da matriz antes de forjá-lo. A limpeza freqüente das matrizes e a temperatura adequada do forjamento podem evitar esse defeito.

9. linhas de fluxo de fibra rompidas:

Isto é devido ao fluxo rápido do metal.

Razões para defeitos de forja:

Os defeitos de forjamento são devidos a um ou mais dos seguintes motivos:

1. Má qualidade dos lingotes e lajes utilizados para produzir os componentes forjados.

2. Má resistência mecânica dos lingotes.

3. Má ferramenta e design de matriz.

4. Composição incorreta do material sendo falsificado.

5. Aquecimento e arrefecimento indevido de peças forjadas.

6. Em operações precisas de forjamento.

7. Alinhamento incompatível das partes inferiores e superiores das matrizes.

8. Escala de morrer e lingotes usados, etc.

Vantagens de forjar:

A seguir estão as vantagens do processo de forjamento:

1. Estrutura refinada de grãos.

2. Melhor resistência das peças

3. Razoável de precisão.

4. Forjados podem ser facilmente soldados.

5. Realização de acabamento superficial suave.

6. Usinagem não ou negligenciável necessária.

7. Poupança de material como desperdício é menor.

8. Taxa de produção mais rápida.

9. Mais adequado para produção em massa.

10. Redução do peso morto de peças forjadas.

Desvantagens de forjar:

As desvantagens do processo de forjamento são:

1. Alto custo de ferramentas.

2. Manutenção dispendiosa de ferramentas.

3. Tratamento térmico necessário após forjar em alguns casos.

4. Limitação de forma e tamanho.

5. Projeto de forjamento inadequado pode produzir defeitos de forjamento como rachaduras, curvas etc.

6. Tolerâncias fechadas difíceis de manter.

Aplicações de forjamento:

As peças forjadas podem ser classificadas nas seguintes três categorias:

1. Forjados Pequenos:

Forjados pequenos incluem porcas e parafusos, chave de fenda, anéis, etc. Cinzéis e pequenas ferramentas de corte são usados ​​nesta categoria. Forjados pequenos são forjados a partir de estoques de barras.

2. Forjados Médios:

Os forjados médios incluem hastes de conexão, eixos de manivelas pequenos, alavancas, ganchos, eixos de vagão ferroviário, acoplamentos de flange, etc. Os forjados médios são forjados a partir de barras e chapas.

3. forjamentos mais pesados:

Forjados mais pesados ​​incluem grandes hastes de geradores de usinas, turbinas e navios, bem como colunas de prensas e rolos para laminadores. Partes mais pesadas são trabalhadas a partir de lingotes.