Introduo ao ForjamentoO processo de forjamento vem sendo empregado por diversas indstrias do mundo inteiro para produo de peas em diversas reas (MICHELS, 2013). Segundo Chiaverini (1986, p. 73), O forjamento um processo de conformao mecnica pelo martelamento ou pela prensagem. A grande parte dos metais forjada a quente, acima de sua temperatura de recristalizao. J outros metais nos possibilitam o forjamento a frio.Os processos de conformao atravs do forjamento tm conceitos iniciais que se divergem em dois tipos. O forjamento livre (Figura 1) o material deformado entre ferramentas planas ou de formato simples. O processo de deformao efetuado por compresso direta e o material escoa no sentido perpendicular direo de aplicao da fora (caminho de menor atrito).No forjamento em matriz (Figura 2) o material deformado entre duas metades de matrizes, que fornecem a forma desejada pea. A deformao ocorre sob alta presso em uma cavidade fechada e, assim, se obtm peas forjadas com tolerncias dimensionais mais estreitas (FILHO, 2011).Figura 1 Forjamento Livre

Fonte: Filho (2011) Figura 2 Forjamento em Matriz

Fonte: Filho (2011)

Tenso e TrabalhoFaz-se necessrio entender as tenses atuantes na deformao. Tenso () determinada como a razo entre a fora (F) e a rea (A) onde a fora opera. Um corpo em repouso ou no, quando submetido a um carregamento externo (vrias foras atuando), tem sua forma modificada. Estas foras podem provocar deformaes elsticas ou plsticas (SCHAEFFER, 2004).

Segundo Schaeffer (2006, p. 20), Um corpo quando submetido a um carregamento externo (devido atuao de foras) d origem ao surgimento de tenses na parte interna deste corpo e tambm junto s ferramentas.As foras atuantes na deformao de um corpo representado abaixo (Figura 3), tem reaes internas e opostas ao carregamento aplicado ao material denominada resistncia ideal r.

Figura 3 Atuao da fora deformante.

Fonte: Chiaverini (1986)No forjamento o trabalho realizado pelas foras deformantes, pode ser calculado como no caso da deformao livre o efeito da fora P sobre a superfcie S0 um achatamento livre do corpo. Supondo-se um achatamento elementar dh, o trabalho elementar de deformao dT, medindo no deslocamento dh, expresso por (CHIAVERINI, 1986):

Chamando a resistncia ideal de rd tem-se

Resultado ento,

Onde a e b, so dimenses do corpo representado na Figura 3.Como na deformao o volume permanece constante, tem se:

Ou ento,

O trabalho total necessrio para que o corpo seja deformado de ho a h1 dado pela integral da formula dT:

Logo temos a equao que pode determinar o trabalho realizado:

A tabela mostrada abaixo apresenta a resistncia real aproximada Rd para deformaes acima da temperatura de recristalizao, (1000 a 1200C) do ao por ao dinmica de martelo por ao esttica da prensa.Tabela 1 Deformao x Resistncia Real AproximadaDeformao %Rd (Kgf/mm)

Por ao do marteloPor ao da prensa

0 a 1010 - 154 - 6

10 a 2015 - 206 - 12

20 a 4020 - 3012 - 22

40 a 6030 - 3622 - 28

Acima de 6036 - 5028 - 38

Fonte: Chiaverini (1986)DeformaoSegundo Schaeffer (2006, p. 22), Nos processos de forjamento, a deformao global ou localizada em uma determinada regio na pea deve ser calculada pela deformao verdadeira () (ou de engenharia) e no pela deformao relativa (), como comum na mecnica tcnicaconvencional.Grandes deformaes como as que ocorrem no forjamento devem ser calculadas por:Deformao com Simetria Plana:Deformao em altura Deformao em profundidade Deformao em altura As deformaes, e so as trs deformaes principais quando reportadas a um sistema deeixos cartesianos (direes: h, b e l).Conformao Axi-Simtrica:Deformao em altura Deformao no raio Deformao circunferncia Figura 4 Direes principais na conformao a) Simetria plana; b) Simetria axial.

Fonte: Schaeffer (2006)No forjamento a geometria se modifica, porm o volume do corpo deformado idntico ao corpo inicial essa particularidade denomina-se Lei da Constncia de Volume. A Lei da Constncia de Volume pode-se demonstrar que a soma das trs deformaes principais sempre igual zero. Para o caso de um cubo elementar considerando que o volume inicial igual ao volume final, pode-se escrever (SCHAEFFER, 2006):

Ou seja:

E como conseqncia:

Se um corpo apresentar simetria axial, a Lei da Constncia de Volume descrita por:

Famlia de Equipamentos para ForjaEm todo processo de fabricao, temos maquinas e ferramentas, equipamentos que nos possibilitam o aumento da produo e segurana em todo processo produtivo, e basicamente existem duas grandes famlias de equipamentos para forja, as prensas e os martelos e cada um deles se subdividem de forma genrica em alguns tipos peculiares (CAMPANARO, 2013).Os martelos de queda, de dupla-ao ou de contragolpe, realizam golpes sucessivos sobre a superfcie do metal onde a energia de deformao efeito da queda de uma massa cedente, cuja energia cintica transformada em foras deformantes, e as prensas que podem ser hidrulicas, de fuso ou mecnicas, que submetem o material a uma fora compressiva gradual. A mxima fora obtida por um martelo de queda se d no instante em que a massa cadente toca o material, posteriormente, h diminuio desta fora conforme a energia cintica absorvida pela deformao do material. A movimentao dos martelos se d em altas velocidades apresentando elevada taxa de deformao, e sua potencia pode ser fornecida por sistema de gravidade, a vapor ou por ar comprido. (BRITES, 2009). Conforme Michels, (2013, p. 5) Os martelos podem ser classificados em trs tipos: 1. Martelo de queda livre: onde a energia de impacto determinada pela altura e massa do martelo. Aps ser erguido por um sistema hidrulico, pneumtico ou outro, o martelo solto em queda livre; 2. Martelo de dupla-ao: alm da altura e massa do martelo o golpe tem uma acelerao adicional influenciada por um acionamento, que pode ser hidrulico, pneumtico, etc.; 3. Martelo de contragolpe: no momento da descida do martelo, h uma carga adicional na parte inferior que atua golpeando a pea contra o martelo superior . Isso pode ocorrer instalando-se cabos de ao ou atuadores na base inferior.As imagens a seguir demonstram os trs tipos de martelos citados;Figura 5 Martelo de queda Livre

Fonte: http://image. Made-in-china.com2f0j10gBwTGRrcHNuj-Martelo-do-forjamento-do-ferro-feito-C41-40KG-.jpg

Figura 6 Martelo de dupla-ao

Fonte: http://chinesehammers.tradeindia.com/electro-hydraulic-close-die-forging-hammer-351610.html

Figura 7 Martelo de contragolpe

Fonte: http://image.made-in-china.com2f0j10gBwTGRrcHNuj-Martelo-do-forjamento-do-ferro-feito-C41-40KG-.jpg

Prensas de fuso;So constitudas de um par porca/parafuso, com a rotao do fuso, a massa superior se desloca, podendo estar fixada no prprio fuso ou ento fixada porca que neste caso deve ser mvel, dando origem a dois subtipos de prensas; as de fuso mvel; e as de porca mvel. Os acionamentos das prensas de fuso podem ser de trs tipos: Atravs de discos de frico; Por acoplamento direto de motor eltrico; Acionados por engrenagens movimentam de subida da prensa realizado pela inverso de rotao do fuso.Este tipo de prensa muito comum na Europa e se constitui no tipo de prensamais antigos. Comparada com as prensas hidrulicas se caracterizam por serem mais rpidas, ocuparem um espao menor, e possurem uma manuteno mais simples. Com parada com os martelos se caracterizam por serem mais silenciosas, desgastarem menos as matrizes, necessitarem de fundaes menos robustas e serem mais eficiente, aproveitando melhor a energia disponvel (CAMPANARO, 2013).Prensas Excntricas;

As prensas excntricas podem atingir at 12.000 toneladas. So compostas de um sistema mais simples que o das prensas hidrulicas. O princpio de funcionamento baseado na transformao do movimento de rotao em movimento linear. Para funcionar, o sistema possui um eixo principal, que de um lado tem um volante (engrenagens de transmisso) e em outro ponto est um excntrico. um sistema similar ao de virabrequim/biela. O lado do volante onde fica o acionamento da prensa. Quem aciona o volante um conjunto formado por motor eltrico, polia motora, correia, polia movida. Por ter grande massa o volante contribui para manter o sistema em movimento contnuo, principalmente nos momentos de maior esforo do sistema. No eixo onde fica o excntrico que se transforma a rotao no movimento linear necessrio ao processo de forjamento. A capacidade da prensa depende da potncia e torque do motor. Entretanto, o resultado final de atuao da prensa depende das relaes dos dimetros das engrenagens, polias e do excntrico da prensa. A variao destes dimetros influencia diretamente na fora final do equipamento. Normalmente estas prensas possuem ajuste no curso de atuao. O controle da velocidade do motor pode alterar a velocidade do trabalho da prensa e realizado com inversores de freqncia conectados ao motor. Outra caracterstica desse tipo de prensa o curso de trabalho cclico, tornando o processo do forjamento repetitivo e contnuo (MICHELS, 2013).

Prensas hidrulicas So mquinas limitadas na carga, na qual a prensa hidrulica move um pisto num cilindro. A principal caracterstica que a carga total depresso transmitida em qualquer ponto do curso do pisto. Essa caracterstica faz com que as prensas hidrulicas sejam particularmente adequadas para operaes de forja o tipo de extruso. A velocidade do pisto pode ser controlada e mesmo variada durante o seu curso. A prensa hidrulica uma mquina de velocidade baixa, o que resulta em tempos longos de contato com a pea que pode levar a problemas com a perda de calor da pea a ser trabalhada e com a deteriorao da matriz. Por outro lado. Prensagem lenta de uma prensa hidrulica resulta em forjamento de pequenas tolerncias dimensionais. As prensas hidrulicas so disponveis numa faixa de 500 a 8.000 toneladas, j tendo sido construdas, tambm, prensas hidrulicas de 50.000 toneladas. O custo inicial de uma prensa hidrulica maior do que o de uma prensa mecnica da mesma capacidade (CAMPANARO, 2013). As imagens a seguir demonstram os trs tipos de prensas citadas;Figura 8 Prensa de Fuso

Fonte: htt://pwww.rossimaquinas.comsiteindex.phpoption=com_virtuemart&view=productdetails&virtuemart_product_id=126&virtuemart_category_id=25

Figura 9 Prensa mecnica

Fonte: htt://pwww.revistaforge.com.brsitesfeditora000302964-4.jpg

Figura 10 Prensa Hidrulica

Fonte: http://www.mecanicaindustrial.com.br/conteudo/576-o-que-e-uma-prensa-de-forjamento-hidraulica

Tecnologias TriviaisChiaverini, (1986, p.79) Em linhas gerais, o forjamento abrange os seguintes processos de conformao: Prensagem, em que o esforo de deformao aplicado de forma gradual;Forjamento Simples ou livre, em que o esforo deformante aplicado mediante golpes repetidos, com o emprego de matrizes abertas ou ferramentas simples;Forjamento em matriz, que difere do anterior, porque uma deformao vinculada, obtida mediante o emprego de matrizes fechadas; Recalcagem, em que submete uma barra cilndrica deformao de modo a transform-la numa pea determinada; uma variedade desse processo a eletro-recalcagem, em que a barra cilndrica, em vez de ser previamente aquecida, atinge a temperatura fixada de deformao na prpria mquina de recalcagem. Entretanto a eletro-recalcagem. Entretanto, a eletro-recalcagemproduz peas somente peas intermedirias, que devam ser posteriormente conformadas na forma definitiva.Para Chiaverini (1986, p. 73), O processo prensagem, usado para deformao inicial de grandes lingotes, resultando produtos a serem posteriormente forjados ou, ento para forjar os lingotes em grandes eixos, como de navio, ou para forjar peas de forma simtricas com seco circular ou cnica.No processo de forjamento simples o material deformado livremente, ou seja, no h utilizao de matrizes fechadas para conformao so usuais ferramentas simples. Comumente o forjamento livre usado para pr-conformar a pea para o forjamento em matriz (FILHO, 2011).Peas de formas complexas ou de preciso no podem ser obtidas por tcnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da pea a ser produzida. No forjamento em matrizes fechadas, o metal adquire o formato da cavidade esculpida na matriz e, por causa disso, h forte restrio ao escoamento do material para as laterais. Essa matriz construda em duas metades: a metade de baixo fica presa bigorna e nela colocado o metal aquecido. A outra metade est presa ao martelo (ou parte superior da prensa) que cai sobre a metade inferior, fazendo o material escoar e preencher a cavidade da matriz (FENILI, 2010).Recalcagem trata-se essencialmente de um processo de conformao a quente em que uma barra, tubo ou outro produto de seco uniforme, geralmente circular, tem uma parte de sua seco transversal alongada ou re-conformada. Em princpio, o processo levado mantendo-se a pea original aquecida entre matrizes e aplicando-se presso numa de suas extremidades, na direo do eixo, com o emprego de uma ferramenta de recalcar, que alarga (recalca) a extremidade, mediante deslocamento do metal (CAMPANARO, 2013).

Aplicaes

Os produtos forjados so aplicados em diversas reas do cotidiano, todo o material passivo de conformao podem ser forjado. Podemos confeccionar atravs deste processo produtos para indstria automobilstica, indstria medica, alimentcia dentre outras. Os materiais mais utilizados para a produo de peas forjadas so os aos, ligas de alumnio, cobre, ligas de magnsio, de nquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspalloy, Astralloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indstria aeroespacial) e ligas de titnio (FENILI, 2010).Figura 11 Anis de cobre forjados

Fonte: http://www.manutencaoesuprimentos.com.brimagensaneis-forjados-sem-emenda_.jpg

Figura 12 Diversidade de peas forjadas

Fonte: htt://pesperancaforjados.com.brimagesprodutoscomplexas_01.png

Referencias BibliogrficasCHIAVERINI, Vicente. Tecnologia mecnica processos de fabricao e tratamentos volume II. So Paulo: McGraw-Hill, 1986. SCHAEFFER, Lirio. Conformao Mecnica. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2004.

SCHAEFFER, Lirio. Forjamento introduo ao processo. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2006.

FILHO, Ettore. B. Conformao plstica dos metais 6 Edio. Campinas: Editora da Unicamp, 2011.

BRITES, Fabiano. S. Desenvolvimento integrado de produtos para forjamento. 2009. Dissertao para obteno do ttulo de mestre em engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009.

MICHELS, Lucas B; LIMA, D. R. S.; SCHAEFFER, L.; GRUBER, Vilson. Uma viso geral sobre os equipamentos utilizados no processo de forjamento. Ferramental, Curitiba, 2013.

Fenili, Cleber. P. Avaliao de forjamento a quente, a morno e a frio. Universidade do Extremo Sul Catarinense. Florianpolis. 2010.

Campanaro, Guilherme. Tecnologia de fabricao I. 2013. Dissertao para obteno de ttulo bacharel em engenharia mecnica, Escola Federal de Engenharia de Itajuba Instituto de Engenharia Mecnica. Itajuba. 2013.