Operações de Forjagem Explicadas: Tipos, Métodos, Benefícios e Insights Principais

Neste artigo, discutiremos o que é forjagem, como funciona, tipos de forjagem, operações, vantagens, desvantagens e mais.

O que são Operações de Forjagem?

Operações de forjagem são as operações usadas para dar a forma desejada a qualquer peça de metal aquecendo ou resfriando-a e então golpeando-a com martelo.

O que é Forjagem?

Forjagem é um processo de manufatura que envolve moldar metal com forças compressivas localizadas. Os golpes são entregues com martelo ou matriz. Forjagem é frequentemente classificada segundo a temperatura: forjagem a frio, forjagem a morno ou forjagem a quente.

Método de Forjagem

Pequenos trabalhos de forjagem podem ser feitos golpeando com martelo, mas trabalhos pesados só podem ser feitos por máquinas. Existem três métodos de forjagem:

1. Forjagem manual (Hand forging)
2. Forjagem por queda (Drop forging)
3. Forjagem a potência ou forjagem mecânica (Power forging or machine forging)

1. Forjagem Manual

Forjagem manual ou ferreiro (smithing) é o processo de moldar uma peça golpeando-a com martelo. É empregada apenas para moldar pequeno número de forjados leves, principalmente em oficinas de reparo. Nos últimos anos, foi superada pela forjagem a potência.

2. Forjagem por Queda

Forjagem por queda é o processo de moldar metal e aumentar sua resistência. Na maioria das forjagens, uma matriz superior é forçada contra uma peça aquecida posicionada sobre uma matriz inferior estacionária. Se a matriz superior ou martelo é deixada cair, o processo é conhecido como forjagem por queda.

3. Forjagem a Potência

Forjagem a Potência é um processo de manufatura que resulta na moldagem de metal usando força calculada. Executada com martelo a potência ou matriz durante a moldagem para produzir o desenho pretendido do objeto forjado.

Operações de Forjagem de Ferraria (Smith Forging Operations)

Várias operações são usadas para mudar a forma da matéria-prima à forma final. As operações de forjagem típicas são:

1. Operação de Upsetting (Encabeçamento)
2. Operação de Drawing Down (Estiramento)
3. Operação de Setting Down (Achatamento local)
4. Operação de Dobramento (Bending)
5. Operação de Soldagem (Welding)
6. Operação de Corte (Cutting)
7. Operação de Furação (Punching)
8. Operação de Fullering (Fullering)

Todas estas operações são realizadas com o metal aquecido, que deve ser mantido pegando um "novo calor" quando o trabalho mostra sinais de esfriamento.

1. Operação de Upsetting (Encabeçamento)

Upsetting ou encabeçamento é o processo de aumentar a espessura de uma barra à custa de seu comprimento, provocado por pressão axial. A pressão pode ser obtida batendo a extremidade da barra contra o bigorna, apoiando na bigorna e golpeando com martelo, colocando em furo de bloco de estribo e golpeando, ou prendendo em torno e martelando.

Fig. 8.6 (a) mostra efeito de golpes pesados em barra uniformemente aquecida; (b) mostra efeito de golpes leves. Upsets locais podem ser obtidos aquecendo apenas a extremidade ou o meio da barra.

2. Operação de Drawing Down ou Estiramento (Swaging)

Processo de aumentar o comprimento de uma barra à custa de sua largura ou espessura ou ambos. Na Fig. 8.7, A, B e C ilustram: A = estoque original, B = após martelar com martelo de pena reta ou fuller superior e malho, C = forjado final após uso do aplainador (flatter).

3. Operação de Setting Down (Achatamento Local)

É um estiramento ou swaging localizado como ilustrado em D na Fig. 8.7. Em outras palavras, é o processo de afinamento local efetuado pelo martelo de achatar (set-hammer) ou set. Geralmente, o trabalho é fullerado no local onde o achatamento começa. E mostra achatamento de ambas as bordas de uma barra usando fuller superior e inferior; F ilustra como o aplainador pode ser usado perto de um ombro.

4. Operação de Furação (Punching)

Processo de produzir furos, geralmente cilíndricos, usando punção a quente sobre o furo do pritchel da bigorna, sobre matriz cilíndrica, ou sobre furo do tamanho correto no bloco de estribo. Fig. 8.8 mostra estágios de furar um furo.

5. Operação de Dobramento (Bending)

Dobramento é operação de forjagem importante e muito usada. Pode ser angular ou curvilíneo. Pode ser feito sobre a borda da face da bigorna, sobre o chifre da bigorna, em formas especiais como bordas do bloco de estribo, ou para barras, inserindo a extremidade no furo do pritchel e dobrando com chave ou alicate.

6. Operação de Soldagem ou Fechamento (Welding or Shutting)

É talvez a principal operação de forjagem realizada pelo ferreiro. O metal que permanece pastoso em ampla faixa de temperatura é mais facilmente soldado; ferro forjado e aço doce têm vantagem. O primeiro requisito para solda sadia é que as superfícies em contato devem estar perfeitamente limpas, mecânica e quimicamente, para que coesão ocorra quando o metal está em estado plástico.

Proteção ao metal é revestimento de fundente que cobre as superfícies e, excluindo o ar, previne oxidação. Fundentes comumente usados consistem em areia de quartzo limpa, borax calcinado, ou mistura de quatro partes de borax com uma de sal-amoníaco.

7. Operação de Corte (Cutting)

Corte é forma de cinzelamento onde peça longa é cortada em vários comprimentos especificados, ou forjado é separado do estoque. Para cinzelar a quente, aço deve ser aquecido em forja ou forno a calor cereja claro (850-950°C). Ao cortar com cinzéis, golpes do martelo são dirigidos à cabeça do cinzel, que deve ser levemente arredondada.

8. Operação de Fullering (Fullering)

Em metalurgia, fuller é ferramenta para formar metal a quente. Tem nariz arredondado, cilíndrico ou parabólico. Fullering ou espalhamento do metal é feito ao longo do comprimento da peça trabalhando em seções separadas. O eixo da peça é posicionado perpendicular à largura da matriz plana.

Nestas operações, o fuller é colocado contra o estoque, e então ou o fuller (para fuller superior) ou o estoque (para fuller inferior) é golpeado com martelo. O nariz arredondado espalha o metal mais eficientemente que a face plana do martelo. O processo deixa relevos no estoque, que podem ser aplainados depois.

9. Operação de Bordas (Edging)

Este processo envolve golpear ou forçar a chapa metálica na forma desejada. A peça é pressionada contra duas bordas de matriz.

Vantagens das Operações de Forjagem

• Resistência à tração do metal é reduzida e ganha propriedade de plasticidade, permitindo moldar às especificações
• Operações de estiramento, upsetting e dobramento são simplificadas pela plasticidade e maleabilidade
• Trabalho forjado é simples de acabar pois sua forma está quase completa e leva menos tempo
• Outras operações de máquina podem ser facilmente realizadas após forjagem em metal manual
• Há pouco desperdício de metal
• Forjagem a quente melhora a estrutura do metal
• Há pouco espaço para tensões e trincas no metal

Desvantagens das Operações de Forjagem

• Quando metal é aquecido, oxidação ocorre, prejudicando o metal
• Metais frágeis são incapazes de serem forjados
• Processo de forjagem não permite acabamento
• Tamanho dos trabalhos muda

MCQs sobre Operações de Forjagem

1. Em qual operação de forjagem nenhum molde especial é usado?
a) Forjagem por queda
b) Forjagem de ferraria
c) Cunhagem
d) Forjagem por prensa

Resposta: b
Explicação: Forjagem de ferraria também chamada forjagem de matriz plana e aberta. Inclui amplo campo de trabalho produzido entre matrizes de face plana, possivelmente suplementado por ferramentas de estoque. Forma final depende da habilidade do ferreiro. Produz peças de menor precisão que forjagem de matriz de impressão ou fechada. Ferramentas simples, baratas, permitem grande variedade de formas.

2. Em qual operação de forjagem martelamento repetido e matriz fechada são usados?
a) Forjagem por queda
b) Forjagem de ferraria
c) Cunhagem
d) Forjagem por prensa

Resposta: a
Explicação: Forjagem a martelo também chamada forjagem por queda onde martelo golpeia peça repetidamente para deformá-la. Existem tipos: queda por gravidade, contra-golpe e martelos a pó.

3. Em qual operação, em vez de martelamento repetido, força gradual é aplicada?
a) Forjagem por queda
b) Forjagem de ferraria
c) Cunhagem
d) Forjagem por prensa

Resposta: d
Explicação: Forjagem por prensa é variação de forjagem por martelo de queda. Ao contrário, prensas trabalham lentamente aplicando pressão contínua. Tempo de contato das matrizes medido em segundos (vs milissegundos de martelos). Pode ser feita a frio ou quente. Vantagem principal: capacidade de deformar peça completa.

4. Cunhagem e conformação são dois tipos especiais de qual operação de forjagem?
a) Upset
b) Prensa
c) Hubbing
d) Swaging

Resposta: b
Explicação: Cunhagem é operação severa de espremer metal onde fluxo ocorre nas camadas superiores, não por todo o volume. Feita em matrizes fechadas para produzir detalhes finos (cunhagem de moedas, joias). Branco mantido na cavidade e pressão de 5-6 vezes a resistência do material aplicada. Dependendo dos detalhes, mais de uma operação pode ser usada.

5. Qual operação é usada para peças com seção transversal uniforme?
a) Upset
b) Prensa
c) Hubbing
d) Swaging

Resposta: a
Explicação: Em forjagem upset, barra de seção uniforme (geralmente redonda) é mantida entre matrizes ranhuradas, pressão aplicada na extremidade na direção do eixo por ferramenta de encabeçamento que espalha a extremidade por deslocamento de metal.

6. Em qual técnica moldagem de seção transversal de tubos ou barras é feita por impactos ou golpes repetidos?
a) Upset
b) Prensa
c) Hubbing
d) Swaging

Resposta: d
Explicação: Swaging é técnica de deformação mecânica de reduzir ou moldar seção transversal de barras ou tubos por impactos ou golpes repetidos.

7. Encabeçamento (Heading) é tipo de qual operação de forjagem?
a) Furação
b) Repujado
c) Upsetting
d) Cunhagem

Resposta: c
Explicação: Ferramenta de encabeçamento ou ram posicionada perpendicular à face de extremidade de barra presa em matriz. Na aplicação de pressão, comprimento reduz e diâmetro aumenta (upset). Processo usado extensivamente em produção de fixadores, para formar cabeças de parafusos, etc.

8. Em encabeçamento, para evitar flambagem, razão comprimento/diâmetro deve ser?
a) 1:3
b) 2:3
c) 3:1
d) 2:1

Resposta: c
Explicação: Flambagem é falha lateral súbita de membro estrutural sob alta tensão compressiva. Em forjagem upset, razão de aspecto (comprimento/diâmetro) deve ser 3:1.

9. Qual operação é usada para fazer figuras elevadas em chapas com relevo correspondente no outro lado?
a) Forjagem por rolo
b) Repujado (Embossing)
c) Cunhagem
d) Encabeçamento

Resposta: b
Explicação: Repujado é operação onde chapa é estirada a pouca profundidade com matrizes macho e fêmea combinadas. Feita principalmente para enrijecer painéis planos. Também usada para itens decorativos como placas, joias. Com duas matrizes, letras, números e desenhos em peças de chapa podem ser produzidos.

10. Qual operação é usada para fazer esferas de rolamento?
a) Laminação enviesada (Skew rolling)
b) Forjagem por rolo
c) Forjagem por prensa
d) Upsetting

Resposta: a
Explicação: Tipo especial, laminação enviesada, usado para fabricar esferas de aço para moagem, esferas de rolamento.

11. Na operação de forjagem, fullering é feito para:
a) Estirar o material
b) Dobrar o material
c) Upset do material
d) Extrudar o material

Resposta: a
Explicação: Fullering é feito para estirar o material. O material é distribuído para fora da área de forjagem. Fullering é reduzir seção transversal ou alongar preparação do estoque para operação subsequente. Em outras palavras, fullering reduz seção e aumenta comprimento.

Estes foram os vários tipos de operações de forjagem realizadas na indústria. Espero que tenha gostado. Deixe seu feedback nos comentários abaixo.