Segredos de Smithy:uma introdução aos métodos de forjamento

Como as modernas instalações de forjamento manipulam metal em peças forjadas?

O que é forjamento?

O forjamento é um processo de fabricação que envolve a moldagem de um metal por meio de martelagem, prensagem ou laminação. Essas forças de compressão são fornecidas com um martelo ou matriz. O forjamento é frequentemente categorizado de acordo com a temperatura na qual é executado - forjamento a frio, quente ou quente.

Uma ampla gama de metais pode ser forjada. Metais típicos usados ​​em forjamento incluem aço carbono, aço liga e aço inoxidável. Metais muito macios como alumínio, latão e cobre também podem ser forjados. O processo de forjamento pode produzir peças com excelentes propriedades mecânicas com o mínimo de desperdício. O conceito básico é que o metal original é plasticamente deformado para a forma geométrica desejada - dando-lhe maior resistência à fadiga e resistência. O processo é economicamente viável com a capacidade de produzir peças em massa e atingir propriedades mecânicas específicas no produto acabado.

Histórico de forjamento

O forjamento é praticado por ferreiros há milhares de anos. No início, o bronze e o cobre eram os metais forjados mais comuns, na Idade do Bronze:mais tarde, com a descoberta da capacidade de controlar a temperatura e o processo de fundição do ferro, o ferro tornou-se o principal metal forjado. Os produtos tradicionais incluem utensílios de cozinha, ferragens, ferramentas manuais e armas afiadas. A Revolução Industrial permitiu que o forjamento se tornasse um processo de produção em massa mais eficiente. Desde então, o forjamento evoluiu junto com os avanços em equipamentos, robótica, controles eletrônicos e automação. O forjamento é agora uma indústria mundial com modernas instalações de forjamento que produzem peças metálicas de alta qualidade em uma vasta gama de tamanhos, formas, materiais e acabamentos.

Métodos de forjamento

Existem vários métodos de forjamento com diferentes capacidades e benefícios. Os métodos de forjamento mais comumente usados ​​incluem os métodos de forjamento por gota, bem como forjamento por rolo.

Forjamento de gota

O forjamento de gota deriva seu nome do processo de soltar um martelo no metal para moldá-lo na forma da matriz. A matriz refere-se às superfícies que entram em contato com o metal. Existem dois tipos de forjamento de gota - forjamento de matriz aberta e forjamento de matriz fechada. As matrizes são tipicamente planas com algumas superfícies com formas distintas para operações especializadas.

Forjamento de matriz aberta (forjamento de ferreiro)

O forjamento de matriz aberta também é conhecido como forjamento de smith. Um martelo atinge e deforma um metal em uma bigorna estacionária. Nesse tipo de forjamento, o metal nunca fica completamente confinado nas matrizes, permitindo que ele flua, exceto nas áreas em que está em contato com as matrizes. É responsabilidade do operador orientar e posicionar o metal para obter a forma final desejada. Matrizes planas são usadas, algumas com superfícies especialmente moldadas para operações especializadas. O forjamento de matriz aberta é adequado para peças simples e grandes, bem como componentes metálicos personalizados.

Vantagens do forjamento em matriz aberta:

• Melhor resistência e força à fadiga
• Reduz a chance de erro e/ou buracos
• Melhora a microestrutura
• Fluxo de grãos contínuo
• Tamanho de grão mais fino

Forjamento em matriz fechada (matriz de impressão)

O forjamento de matriz fechada também é conhecido como forjamento de matriz de impressão. O metal é colocado em um molde e preso a uma bigorna. O martelo é jogado no metal, fazendo com que ele flua e preencha as cavidades da matriz. O martelo é programado para entrar em contato com o metal em rápida sucessão em uma escala de milissegundos. O excesso de metal é empurrado para fora das cavidades da matriz, resultando em flash. O flash esfria mais rápido que o resto do material, tornando-o mais forte que o metal da matriz. Após o forjamento, o flash é removido.

Para que o metal chegue ao estágio final, ele é movido por uma série de cavidades em uma matriz:

1. Impressão de borda (também conhecida como preenchimento ou flexão)
   A primeira impressão usada para moldar o metal em uma forma áspera.

2. Cavidades de bloqueio
   O metal é trabalhado em uma forma que se assemelha mais ao produto final. O metal é moldado com curvas e filetes generosos.

3. Cavidade de impressão final
   Fase final de acabamento e detalhamento do metal na forma desejada.

Vantagens do forjamento de matriz fechada:

• Produz peças de até 25 toneladas
• Produz formas próximas à rede que exigem apenas uma pequena quantidade de acabamento
• Econômico para produção pesada

Forjamento a rolo

O forjamento de rolos consiste em dois rolos horizontais cilíndricos ou semi-cilíndricos que deformam um estoque de barra redonda ou plana. Isso funciona para reduzir sua espessura e aumentar seu comprimento. Esta barra aquecida é inserida e passada entre os dois rolos - cada um contendo uma ou mais ranhuras moldadas - e é progressivamente moldada à medida que é rolada pela máquina. Este processo continua até que a forma e o tamanho desejados sejam alcançados.

Vantagens do forjamento automático de rolos:

• Produz pouco ou nenhum desperdício de material
• Cria uma estrutura de grão favorável no metal
• Reduz a área da seção transversal do metal
• Produz pontas cônicas

Forjamento de prensa

O forjamento por prensa usa uma pressão ou força lenta e contínua, em vez do impacto usado no forjamento de martelo. O deslocamento mais lento do aríete significa que a deformação atinge mais profundamente, de modo que todo o volume do metal é afetado uniformemente. Em contraste, no forjamento com martelo, a deformação geralmente ocorre apenas no nível da superfície, enquanto o interior do metal permanece um pouco indeformado. Ao controlar a taxa de compressão no forjamento por prensa, a tensão interna também pode ser controlada.

Vantagens do forjamento por prensa:

• Econômico para produção pesada
• Maior precisão nas tolerâncias de 0,01 a 0,02 polegada
• As matrizes têm menos calado, permitindo melhor precisão dimensional
• Velocidade, pressão e deslocamento da matriz são controlados automaticamente
• A automação de processos é possível
• A capacidade das prensas varia de 500 a 9.000 toneladas

Forjamento perturbado

O forjamento invertido é um processo de fabricação que aumenta o diâmetro do metal comprimindo seu comprimento. As prensas de manivela, uma máquina especial de alta velocidade, são usadas em processos de forjamento de recalque. As prensas de manivela são normalmente colocadas em um plano horizontal para melhorar a eficiência e a rápida troca de metal de uma estação para a próxima. Prensas de manivela verticais ou uma prensa hidráulica também são opções.

Vantagens do forjamento retorcido:

• Alta taxa de produção de até 4.500 peças por hora
• A automação completa é possível
• Eliminação do calado de forjamento e rebarbas
• Produz pouco ou nenhum resíduo

Forjamento a quente automático

No forjamento a quente automático, barras de aço do comprimento do moinho são inseridas em uma extremidade da máquina de forjamento à temperatura ambiente, e os produtos forjados a quente emergem da outra extremidade. A barra é aquecida com bobinas de indução de alta potência a uma temperatura que varia de 2190–2370°F em menos de 60 segundos. A barra é descalcificada com rolos e compartilhada em espaços em branco. Neste ponto, o metal é transferido através de várias etapas de conformação que podem ser acopladas a operações de conformação a frio de alta velocidade. Normalmente, a operação de conformação a frio é deixada para o estágio de acabamento. Ao fazer isso, os benefícios do trabalho a frio podem ser colhidos, mantendo a alta velocidade do forjamento a quente automático.

Vantagens do forjamento a quente automático:

• Alta taxa de saída
• Aceitação de materiais de baixo custo
• Mínima mão de obra necessária para operar máquinas
• Produz pouco ou nenhum desperdício de material (economia de material entre 20 e 30% em relação ao forjamento convencional)

Forjamento de precisão (forjamento em forma de rede ou quase em forma de rede)

O forjamento de precisão requer pouca ou nenhuma usinagem final. É um método de forjamento desenvolvido para minimizar os custos e desperdícios associados às operações de pós-forjamento. As economias de custo são alcançadas a partir da redução de material e energia, bem como a redução da usinagem.

Forjamento isotérmico

O forjamento isotérmico é um processo de forjamento em que o metal e a matriz são aquecidos à mesma temperatura. O aquecimento adiabático é usado - não há transferência líquida de massa ou troca térmica entre o sistema e o ambiente externo. As mudanças são todas devido a mudanças internas que resultam em taxas de deformação altamente controladas. Devido à menor perda de calor, máquinas menores podem ser usadas para este processo de forjamento.