Lição 3.1DeformarCapítulo 3 · Conformação volumétrica

Forjamento (em matriz aberta e em matriz fechada)

Espreme metal quente entre matrizes planas ou com forma

O forjamento dá forma a uma peça maciça de metal espremendo-a ou martelando-a, normalmente enquanto ela está rubra de tão quente. Chaves de boca, virabrequins de carros e peças de trem de pouso de aviões começam assim. O metal nunca é fundido, então seu fibramento (o padrão semelhante a fibras dos seus cristais) acompanha o contorno da peça, o que torna as peças forjadas muito tenazes.

Foto: F. Broer, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Forjamento: aqueça, depois dê forma em matrizes abertas ou fechadasOs números circulados correspondem às etapas abaixo: a etapa 2 é a rota de matriz aberta, as etapas 3 a 5 a de matriz fechada.

Forjamento (em matriz aberta e em matriz fechada) em um minuto, por MecMade

Como funciona

Aqueça o tarugo. Um tarugo (um pedaço cortado de barra) vai para um forno. O aço normalmente é aquecido a cerca de 1.100–1.250 °C, até ficar alaranjado-amarelado e mole o bastante para escoar.
Forjamento em matriz aberta: espreme, gira, repete. Matrizes planas (blocos de aço temperado) prensam ou martelam a barra quente uma seção por vez. Um manipulador (uma grande garra mecânica) gira e move a barra entre as pancadas. Pouco a pouco, a barra é esticada, achatada ou recalcada (achatada, ficando mais curta e mais grossa).
Forjamento em matriz fechada: posicione o tarugo. Para a produção em massa, o tarugo quente fica sobre uma matriz inferior que tem metade da forma da peça como cavidade. A matriz superior traz a outra metade.
Feche as matrizes. Um martelo ou prensa empurra a matriz superior para baixo em um a poucos golpes. O metal escoa para todos os cantos da cavidade. O excesso é espremido entre as matrizes como rebarba (uma fina aleta de metal excedente).
Apare e finalize. Uma prensa de rebarbação corta a rebarba, que é reciclada. A peça depois costuma ser limpa da carepa (a película escura de óxido), tratada termicamente e usinada onde for preciso um ajuste preciso.

Dados-chave

Materiais: Aços-carbono e aços-liga, aço inoxidável, alumínio, titânio, ligas de cobre, superligas de níquel
Peças típicas: Virabrequins, bielas, engrenagens, ferramentas manuais, flanges, discos de turbina, eixos de navios e de geradores
Tamanho da peça: Matriz fechada: de alguns gramas a centenas de quilos. Matriz aberta: até eixos e anéis de mais de 100 toneladas
Precisão: Matriz fechada: cerca de ±0,5 mm. Matriz aberta: vários milímetros, depois usinada
Acabamento superficial: Pele rugosa e com carepa; limpa por jateamento, com as faces críticas usinadas
Tamanho de lote adequado: Matriz aberta: de peças únicas a algumas dezenas. Matriz fechada: de milhares a milhões
Custo de ferramental e máquinas: Jogos de matriz fechada: de milhares a dezenas de milhares de dólares. Grandes prensas e martelos: milhões
Velocidade: Matriz fechada: de segundos a cerca de um minuto por peça. Matriz aberta: de minutos a horas por peça, com reaquecimento

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Muito resistente e tenaz: o fibramento acompanha a forma e não há furos ocultos
O trabalho em matriz fechada é rápido e repetível para grandes séries
A matriz aberta pode fazer peças enormes que poucos outros processos conseguem
Eficiente no uso de material: a rebarba e as sobras são recicladas

Limites

Tolerâncias folgadas e pele rugosa, então a maioria das peças forjadas precisa de alguma usinagem
As matrizes fechadas são caras e levam semanas para fazer, então pequenos lotes saem caros
O aquecimento usa muita energia, e o trabalho é quente, barulhento e pesado
Interiores ocos, reentrâncias (formas em balanço) e paredes muito finas são difíceis ou impossíveis

Onde é usado

AutomotivoVirabrequins, bielas, engrenagens, manoplas de direção, cubos de roda
AeroespacialVigas de trem de pouso, discos de turbina, suportes de motor, conexões de asa
EnergiaEixos de geradores e turbinas, anéis de vasos de pressão, corpos de válvulas, flanges de turbinas eólicas
Ferramentas e ferragensChaves de boca, martelos, alicates, cinzéis
Petróleo, gás e mineraçãoCorpos de brocas de perfuração, flanges de tubulação, ganchos pesados, elos de corrente

Como reconhecê-lo

Uma faixa fina em volta da peça onde a rebarba foi aparada, muitas vezes levemente rugosa ou esmerilhada (a linha de partição).
Bordas arredondadas e laterais suavemente inclinadas (ângulo de saída, uma leve conicidade que deixa a peça sair da matriz).
Uma pele escura ou fosca, levemente com cavidades, nas áreas não usinadas, com faces usinadas brilhantes só onde as peças se encaixam.
Letras ou números de peça em relevo, copiados de marcações gravadas na matriz.

Compare com

Fundição em areia1.1a fundição vaza metal líquido em um molde; o forjamento espreme metal sólido, então é mais tenaz, mas menos livre na forma.Laminação3.2a laminação espreme o metal continuamente entre cilindros girando; o forjamento dá forma a uma peça por vez.Recalque a frio3.5uma versão rápida e a frio do forjamento em matriz fechada para peças pequenas, como parafusos.

Assista

Scot Forge Company · Como uma forja aquece, prensa e gira o metal em matrizes abertas

Shubham Kola · Os principais tipos de forjamento explicados lado a lado

CFS Forge · Um virabrequim forjado em matrizes fechadas e depois livrado da rebarba

HBEPRESS · A escala imensa do forjamento em matriz aberta sobre um lingote incandescente

Veja fotos reais

Wikipedia: Forjamento — fotos de martelos, prensas e peças forjadas a quente
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

O forjamento espreme metal sólido, normalmente rubro, até dar forma; nada é fundido nem cortado.
Matrizes abertas dão forma a peças grandes ou únicas pouco a pouco; matrizes fechadas copiam uma cavidade rapidamente para a produção em massa.
Escolha o forjamento quando uma peça não pode quebrar: virabrequins, trem de pouso, ferramentas manuais.