Forjar ciência popular

Forjamento Refere-se ao uso de máquinas de forjamento para aplicar pressão a um tarugo de metal, promovendo a deformação plástica, de modo a obter determinadas propriedades mecânicas, forma e dimensões específicas da peça forjada. É um dos dois principais componentes do forjamento (que inclui forjamento e estampagem). Através do forjamento, é possível eliminar defeitos como os da fundição do metal e otimizar a microestrutura. Ao mesmo tempo, como a estrutura metálica é preservada, as propriedades mecânicas da peça forjada são geralmente superiores às da peça fundida do mesmo material. Nas máquinas relacionadas, para peças críticas com alta carga e condições de trabalho rigorosas, com exceção de peças de formato relativamente simples que podem utilizar chapas laminadas, perfis ou peças soldadas, a maioria utiliza peças forjadas.

1. Temperatura de deformação

A temperatura inicial de recristalização do aço é de aproximadamente 727 °C, mas 800 °C é geralmente utilizada como limite; acima de 800 °C, o processo é denominado forjamento a quente; entre 300 e 800 °C, é chamado de forjamento a morno ou semi-quente; e o forjamento à temperatura ambiente é chamado de forjamento a frio. Na maioria das indústrias, o forjamento a quente é a técnica utilizada, enquanto o forjamento a morno e o forjamento a frio são empregados principalmente na fabricação de peças automotivas, máquinas em geral e outros componentes. Ambos os processos permitem uma economia significativa de material.

2. Categoria Forja

Conforme mencionado anteriormente, de acordo com a temperatura de forjamento, o processo pode ser dividido em forjamento a quente, forjamento morno e forjamento a frio. De acordo com o mecanismo de conformação, o forjamento pode ser dividido em forjamento livre, forjamento em matriz, forjamento em anel retificado e forjamento especial.

1) Forjamento livre

Refere-se ao método de processamento que utiliza ferramentas universais simples ou aplica força externa diretamente ao tarugo entre as bigornas superior e inferior do equipamento de forjamento para deformar a peça e obter a geometria e a qualidade interna desejadas nas peças forjadas. As peças forjadas produzidas pelo método de forjamento livre são chamadas de forjados livres. O forjamento livre baseia-se principalmente na produção de peças forjadas em pequenos lotes, utilizando martelo de forjamento, prensa hidráulica e outros equipamentos de forjamento para formar e processar o tarugo, obtendo-se peças forjadas qualificadas. O processo básico de forjamento livre inclui recalcamento, alongamento, puncionamento, corte, dobra, torção, deslocamento e forjamento. O forjamento livre é realizado inteiramente no modo de forjamento a quente.

2) Forjamento em molde

A forjagem em matriz divide-se em forjagem em matriz aberta e forjagem em matriz fechada. O tarugo de metal é comprimido e deformado na câmara da matriz de forjagem, adquirindo uma forma específica para obter as peças forjadas. A forjagem em matriz é geralmente utilizada para a produção de peças de pequeno peso e em grandes lotes. A forjagem em matriz pode ser subdividida em forjagem a quente, forjagem a morno e forjagem a frio. A forjagem a morno e a forjagem a frio representam as futuras tendências de desenvolvimento da forjagem em matriz e também indicam o nível de sofisticação da tecnologia de forjagem.

De acordo com os materiais utilizados, a forjagem em matriz pode ser dividida em forjagem em matriz de metais ferrosos, forjagem em matriz de metais não ferrosos e conformação de produtos em pó. Como o nome sugere, os materiais são metais ferrosos, como... Aço carbonol, metais não ferrosos como cobre e alumínio, e materiais de metalurgia do pó.

A extrusão deve ser atribuída à forjagem em matriz e pode ser dividida em extrusão de metais pesados ​​e extrusão de metais leves.

A forjagem em matriz fechada e a forjagem por recalque fechado pertencem a dois processos avançados de forjagem em matriz. Como não há aresta de corte, a taxa de utilização do material é alta. O acabamento de peças forjadas complexas pode ser realizado em um ou vários processos. A ausência de aresta de corte reduz a área de tensão da peça forjada, diminuindo também a carga necessária. No entanto, é importante observar que o tarugo não deve ser completamente limitado, portanto, o volume do tarugo deve ser rigorosamente controlado, assim como a posição relativa da matriz de forjagem e as dimensões da peça forjada, buscando-se minimizar o desgaste da matriz.

3) Alcance o anel

A fresagem de anéis refere-se à produção de peças em forma de anel com diferentes diâmetros através de equipamentos especiais, como a fresadora de anéis, que também é utilizada na produção de peças de rodas, como rodas de carros e rodas de trens.

4) Forjamento especial

A forjagem especial inclui forjagem por laminação, laminação transversal em cunha, forjagem radial, forjagem em matriz líquida e outros métodos de forjagem. Esses métodos são mais adequados para a produção de peças com formatos especiais. Por exemplo, a forjagem por laminação pode ser usada como um processo eficaz de pré-conformação para reduzir significativamente a pressão de conformação subsequente; a laminação transversal em cunha pode produzir esferas de aço e eixos de transmissão; e a forjagem radial pode produzir peças forjadas de grandes dimensões, como canos de armas e eixos escalonados.

5) Molde de forjamento

De acordo com o modo de movimento da matriz de forjamento, o forjamento pode ser dividido em laminação oscilante, forjamento rotativo oscilante, forjamento por rolos, laminação transversal em cunha, laminação de anéis e laminação inclinada. A laminação por rolos, o forjamento rotativo oscilante e a laminação de anéis também podem ser processados ​​por forjamento fino. Para melhorar a taxa de utilização de materiais, o forjamento por rolos e a laminação transversal podem ser usados ​​como o primeiro processo de processamento de materiais delgados. O forjamento rotativo, assim como o forjamento livre, também tem a vantagem de, em comparação com o tamanho da peça forjada, poder ser formado com uma pequena força de forjamento. O método de forjamento, incluindo o forjamento livre, processa os materiais da superfície do molde para a superfície livre; portanto, é difícil garantir a precisão. Assim, o controle da direção de movimento do molde de forjamento e o processo de forjamento rotativo com controle computadorizado permitem o uso de baixa força de forjamento para produtos de forma complexa e alta precisão, como forjados de pás de turbina a vapor de grande porte e com grande variedade de produção.

O movimento do molde no equipamento de forjamento é inconsistente com o grau de liberdade. De acordo com as características de limitação de deformação do ponto morto, o equipamento de forjamento pode ser dividido nas seguintes quatro formas:

Forma de limitação da força de forjamento: a pressão do óleo aciona diretamente a prensa deslizante de óleo.

Modo de limite de curso quase-excessivo: a prensa de óleo aciona a prensa de óleo do mecanismo de ligação da cambota.

Limite de curso: prensa mecânica que aciona o cursor por meio de manivela, biela e mecanismo de cunha.

Modo de restrição de energia: utiliza o mecanismo de parafuso da espiral e a pressão por fricção.

Para alcançar alta precisão, deve-se atentar para evitar sobrecarga no ponto morto inferior e controlar a velocidade e a posição da matriz. Isso porque esses fatores impactam a tolerância de forjamento, a precisão dimensional e a vida útil da matriz. Além disso, para manter a precisão, também é necessário ajustar a folga da guia deslizante, garantir a rigidez, ajustar o ponto morto e utilizar o dispositivo de transmissão auxiliar, entre outras medidas.

Existem também movimentos verticais e horizontais das guias (para forjamento de peças esbeltas, refrigeração com lubrificação e produção de peças forjadas em alta velocidade), e o uso de um dispositivo de compensação pode aumentar o movimento em outras direções. Os métodos acima são diferentes, e a força de forjamento necessária, o processo, a utilização de material, o rendimento, a tolerância dimensional e os métodos de refrigeração com lubrificação também são diferentes, fatores que afetam o nível de automação.

3. Materiais de forja

Os materiais para forjamento são principalmente aço carbono e aço-liga de diversas composições, seguidos por alumínio, magnésio, cobre, titânio e suas ligas. O estado original do material pode ser barra, lingote, pó metálico ou metal líquido. A relação entre a área da seção transversal do metal antes da deformação e a área da seção transversal após a deformação é chamada de taxa de forjamento. A escolha correta da taxa de forjamento, da temperatura e do tempo de aquecimento adequados, da temperatura inicial e final de forjamento, bem como da deformação e da velocidade de deformação adequadas, têm grande influência na melhoria da qualidade do produto e na redução de custos.

Geralmente, as peças forjadas de pequeno e médio porte são barras redondas ou quadradas a partir de tarugos. A organização granular e as propriedades mecânicas do material da barra são uniformes, de boa qualidade, com forma e dimensões precisas, boa qualidade superficial e facilidade de produção em massa. Contanto que a temperatura de aquecimento e as condições de deformação sejam controladas adequadamente, as peças forjadas apresentam excelente desempenho sem grandes deformações.

O lingote é utilizado apenas para peças forjadas de grande porte. Trata-se de um material fundido com cristais colunares maiores e um núcleo frouxo. Portanto, é necessário quebrar os cristais cilíndricos em grãos finos e realizar uma compactação frouxa para obter uma organização metálica refinada e propriedades mecânicas adequadas.

O tarugo pré-fabricado de metalurgia do pó, prensado e sinterizado, pode ser forjado a quente sem matriz de contato lateral. O pó para forjamento apresenta densidade próxima à do forjamento em matriz convencional, com boas propriedades mecânicas e alta precisão, o que pode reduzir a necessidade de usinagem subsequente. As peças forjadas em pó são bem organizadas, sem segregação, e podem ser utilizadas na fabricação de peças como engrenagens de pequeno porte. No entanto, o preço do pó é muito superior ao do tarugo convencional, o que limita, em certa medida, sua aplicação na produção.

A pressão estática é aplicada ao metal líquido vertido na câmara do molde para solidificação, cristalização, escoamento, deformação plástica e conformação sob pressão, obtendo-se assim a forma e o desempenho desejados. A forjagem em matriz de metal líquido é um método de conformação intermediário entre a fundição sob pressão e a forjagem em matriz. É especialmente adequada para peças complexas de paredes finas, difíceis de conformar na forjagem em matriz convencional.

Para forjar materiais além dos materiais usuais, como vários componentes de aço carbono e aço liga, seguem-se alumínio, magnésio, cobre, titânio e suas ligas, ligas de alta temperatura à base de ferro, ligas de alta temperatura à base de níquel e ligas de alta temperatura à base de cobalto, por meio de forjamento ou laminação. No entanto, devido à sua zona plástica relativamente estreita, a forja dessas ligas é bastante complexa, e diferentes materiais apresentam requisitos rigorosos quanto à temperatura de aquecimento, temperatura de forjamento e temperatura final de forjamento.

4. Fluxograma do processo

Diferentes métodos de forjamento possuem processos distintos, sendo o processo tecnológico de forjamento a quente o mais longo. A ordem geral das etapas é: alimentação do tarugo para forjamento; aquecimento do forjamento; preparação do forjamento por rolos; forjamento em matriz; corte da aresta; puncionamento; correção; inspeção intermediária, verificando as dimensões e defeitos superficiais das peças forjadas; tratamento térmico das peças forjadas para eliminar as tensões residuais e melhorar o desempenho de corte do metal; limpeza, principalmente para remover a camada de oxidação superficial; correção; inspeção. As peças forjadas em geral devem passar por inspeção de aparência e dureza, enquanto as peças mais importantes devem ser submetidas a análises de composição química, propriedades mecânicas, tensões residuais e ensaios não destrutivos.

5. Características das peças forjadas

Em comparação com peças fundidas, o metal pode ter sua estrutura e propriedades mecânicas aprimoradas. Após o processo de forjamento, a deformação térmica em peças fundidas, devido à deformação do metal e à recristalização, transforma os grãos dendríticos e colunares espessos originais em grãos finos, uniformes e com organização axial uniforme. Isso faz com que a segregação, a porosidade, a escória e a segregação originais se compactem e se unam, tornando a organização mais coesa e melhorando a plasticidade e as propriedades mecânicas do metal.
As propriedades mecânicas das peças fundidas são inferiores às das peças forjadas do mesmo material. Além disso, o processo de forjamento garante a continuidade da organização das fibras metálicas, de modo que a organização das fibras na peça forjada e sua forma, bem como o fluxo de metal, sejam completos, assegurando que as peças apresentem boas propriedades mecânicas e longa vida útil. As peças forjadas produzidas por forjamento em matriz de precisão, extrusão a frio, extrusão a quente e outros processos são incomparáveis ​​às peças fundidas.
A forja é a fabricação de um objeto metálico sob pressão para criar uma forma desejada ou obter uma compressão adequada. Essa compressão geralmente é realizada por meio de um martelo ou pressão. O processo de forjamento cria uma estrutura de partículas finas e melhora as propriedades físicas do metal. No uso prático das peças, um projeto adequado faz com que as partículas fluam na direção da pressão principal. A fundição é a conformação de um objeto metálico obtido por diversos métodos de fundição, como a fusão do metal líquido, o vazamento, a prensagem, a sucção ou outros métodos de fundição em um molde preparado, o resfriamento após a remoção da areia, a limpeza e o pós-tratamento, resultando em um objeto com determinada forma, tamanho e características.