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A forja foi introduzida pela primeira vez pelos ferreiros há milhares de anos. Utilizavam martelos ou bigornas para produzir diferentes produtos. Hoje em dia, muitas indústrias estão a adotar um processo de fabrico bastante popular. De acordo com a investigação, o receitas da falsificação atingirá 31,6 mil milhões de dólares americanos até 2024.
Normalmente, o forjamento envolve a moldagem do metal por laminagem, martelagem ou prensagem. O processo funciona a diferentes temperaturas; pode ser a frio, morno ou quente. Geralmente, a utilização deste processo oferece-lhe um metal altamente reforçado para a produção de diferentes peças.
O forjamento pode ser efectuado através de vários métodos. Este artigo dar-lhe-á uma visão completa do processo, dos seus métodos e das suas aplicações. Então, vamos mergulhar no artigo!
Definição de forjamento
Forjamento is a metal shaping process that uses localized compressive forces. Usually, the force is applied on the metal workpiece in the form of hammer blows, presses, or rollings. You may power these tools through electricity, hydraulics, or compressed air. However, forging is classified according to the temperatures at which it works— cold (at room temperature), warm (300 to 800°C), and hot forging (above 800°C).
Com a ajuda do forjamento, é possível converter a peça de metal numa variedade de formas. Isto pode acontecer ao forçar a peça de trabalho em formas personalizadas, aplicando a força como um aríete em queda na bigorna. Noutra situação, apertar a peça de metal na cavidade da matriz dá forma ao material.
Esta técnica é compatível com aço-carbono, ligas de aço, aço inoxidável, alumínio, latão, cobre e titânio. O processo permite deformar plasticamente o metal original em várias geometrias com um desperdício mínimo de material. Uma vez forjada a peça de metal bruto, esta torna-se bastante reforçada e resistente à fadiga.
Normalmente, quando um metal é aquecido a uma temperatura elevada e depois é aplicada pressão, as fissuras e os espaços vazios no metal são selados, o que o torna resistente. Além disso, a alternância da estrutura do grão do metal, seguindo a técnica de forjamento, torna o metal resistente e robusto.
Que equipamento é utilizado para forjar?
Abaixo estão algumas das principais ferramentas de forjamento utilizadas para este processo; a sua utilização depende do método que está a utilizar. Vamos dar uma olhadela!
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Martelos
O martelo elétrico é a ferramenta de forja mais utilizada. A máquina de contra-golpe possui um martelo e uma bigorna, sendo a peça metálica mantida entre eles. Funciona batendo continuamente na peça de metal a partir de áreas específicas, de modo a deformá-la ou moldá-la. O martelamento necessita de um golpe de pressão bastante elevado para alterar a forma do metal. Assim, são necessárias quase 50.000 libras de força motriz.
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Prensas
Ao contrário do martelamento contínuo, o metal é prensado entre matrizes de forma personalizada durante as prensas para o moldar. Normalmente, as prensas utilizam pressão mecânica ou hidráulica para aplicar a pressão sobre a matriz de forjamento. As manivelas, cames e manípulos desempenham um papel importante nas prensas mecânicas de cunhagem. Enquanto que, no caso das prensas hidráulicas, a pressão do fluido e um pistão geram a força motriz. Além disso, no caso das prensas, o metal é espremido verticalmente nas cavidades da matriz.
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Upsetters
Os forjadores são muito semelhantes às prensas. A única diferença é o facto de o metal ser espremido horizontalmente durante o forjamento com a viradeira. A força é aplicada numa direção horizontal para mover o metal para a cavidade da matriz.
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Rolos de anel
Como o nome sugere, os rolos de anéis são responsáveis pela produção de anéis de metais. Em primeiro lugar, são capazes de produzir diâmetros de anel que variam de algumas polegadas a quase mais de 300 polegadas. Os rolos de anéis trabalham em peças de metal com forma oca.
Quais são os diferentes tipos de forjamento?
Existem vários métodos de forjamento, cada um com diferentes capacidades e vantagens. Comecemos pelo primeiro método de forjamento:
1. Forjamento por gota
O forjamento por queda é assim designado porque funciona através da queda de um martelo sobre a peça de trabalho para a deformar de acordo com a forma da matriz em que se encontra. A matriz é uma superfície que entra em contacto com a peça de metal. Podem ser planas ou multiformes, consoante as operações.
O forjamento em gota divide-se ainda em dois tipos:
- Forjamento em matriz aberta ou forjamento Smith.
- Forjamento em matriz fechada ou forjamento em matriz de impressão.
Forjamento de matriz aberta
No forjamento com matriz aberta, a peça de metal não é fechada nas matrizes. Em vez disso, a peça de trabalho é colocada numa bigorna estacionária e um martelo bate nela para moldar a forma do material. Por conseguinte, o utilizador é responsável por alterar a posição do metal para obter a forma pretendida.
Além disso, oferece produtos metálicos personalizados. Algumas grandes vantagens do forjamento de ferreiros são dadas abaixo:
- Oferece resistência à fadiga e granulometria fina.
- A probabilidade de vazios é menor.
- Melhora a qualidade interna do produto devido às suas excelentes propriedades mecânicas.
Forjamento em matriz fechada
O forjamento em matriz fechada baseia-se inteiramente em matrizes de diferentes formas. A peça de metal no interior da matriz é largada por um martelo, o que faz com que flua; por fim, as cavidades da matriz são preenchidas. A peça de trabalho numa matriz é fixada a uma bigorna.
Como resultado da batida contínua, o excesso de metal sai das cavidades da matriz, o que é chamado de flash. O flash arrefece em menos tempo do que o resto do material na matriz. Este facto torna-o comparativamente mais forte e resistente. Quando o forjamento estiver concluído, o flash pode ser removido. O forjamento de impressão beneficia-o das seguintes formas:
- Gera as formas únicas e altamente acabadas dos produtos.
- Trabalha com produtos até 25 toneladas.
- Oferece taxas de produção mais elevadas.
2. Forjamento de rolos
O método de forjamento por rolo reduz a espessura e aumenta o comprimento de uma peça redonda ou em forma de barra. São utilizados dois rolos horizontais cilíndricos ou semicilíndricos, cada um com ranhuras moldadas. A peça de trabalho redonda aquecida é colocada entre os rolos e, à medida que os rolos rodam, a peça de trabalho é sucessivamente moldada na máquina. Posteriormente, é deslocada para o conjunto de ranhuras seguinte. O processo continua até se obter a forma e o tamanho desejados da barra.
O ponto positivo do forjamento por laminação é o facto de não produzir desperdício de material. Além disso, reduz a área da secção transversal da haste e forma extremidades cónicas.
3. Forjamento por pressão
O forjamento por pressão lida com o fator de compressão. A peça metálica é colocada numa matriz estacionária e é aplicada uma pressão contínua para obter a forma pretendida. A tensão interna pode ser controlada através da gestão da taxa de compressão.
A prensa de forjamento é preferida pelas seguintes razões:
- Oferece uma precisão notável.
- 500-9000 toneladas de pressão podem ser aplicadas por forjamento por pressão.
- É possível controlar automaticamente a pressão, a velocidade e o curso da matriz.
4. Forjamento de defeitos
O Upset Forging comprime o comprimento da peça para aumentar o seu diâmetro. As prensas de manivela são máquinas de alta velocidade que permitem o forjamento invertido. Na maioria das vezes, as prensas de manivela são colocadas em planos horizontais para melhorar a eficiência do trabalho. No entanto, também podem ser utilizadas prensas hidráulicas ou prensas de manivela verticais. O forjamento invertido beneficia o utilizador ao aumentar a taxa de produção. Além disso, é fornecida uma automatização total.
5. Forjamento a frio
O forjamento a frio é um dos métodos de forjamento que produz produtos com um excelente acabamento de superfície e dimensões de tolerância apertadas. O forjamento a frio é muito diferente de outros métodos de forjamento, uma vez que não utiliza calor. Em vez disso, é necessária uma temperatura fria para dar forma às peças.
Além disso, oferece uma vasta gama de formas, incluindo peças em forma de eixo, peças ocas, configurações dobradas e reviradas, componentes em forma de taça, etc.
6. Forjamento isotérmico
O forjamento isotérmico é uma forma avançada de forjamento a quente em que tanto o material como o molde são aquecidos à mesma temperatura. Por conseguinte, deve existir um dispositivo de aquecimento do molde e de controlo da temperatura para manter a verificação e o equilíbrio adequados. O processo utiliza aquecimento adiabático, o que significa que não ocorre qualquer troca térmica entre o sistema e o meio envolvente. Assim, devido à menor perda de calor, podem ser utilizadas máquinas mais pequenas.
Normalmente, o forjamento isotérmico é adequado para materiais com uma gama de temperaturas estreita, como ligas de titânio, superligas, superligas de potência, etc.
7. Forjamento automático a quente
Durante o forjamento automático a quente, as barras de metal são introduzidas numa extremidade da máquina de forjar à temperatura ambiente. Enquanto os produtos forjados a quente saem da extremidade oposta. Todo o processo decorre rapidamente. Geralmente, pode produzir 180 peças pequenas num minuto, mas as maiores podem ser produzidas a um ritmo de 90 peças por minuto.
A principal vantagem deste método é o facto de apenas ser necessária alguma mão de obra para operar a máquina de forjar; o resto do processo é automático. Para além disso, não é produzido nenhum flash, pelo que o material não é desperdiçado.
8. Forjamento de precisão ou forjamento em forma de rede e quase em forma de rede
O forjamento de precisão é tipicamente uma técnica de forjamento de forma quase líquida sem flash. O seu objetivo é minimizar os custos e o desperdício durante o funcionamento. O custo é economizado porque menos material é consumido, o uso de energia é limitado e a usinagem é reduzida. Por conseguinte, este processo só é preferido se alguém pretender uma redução do custo.
Acima de tudo, o forjamento de precisão é uma técnica de refinamento que não requer processamento adicional após o forjamento.
Aplicações do forjamento
O forjamento é uma técnica de fabrico de metais altamente aplicável. Pode ser utilizada para criar pequenos componentes de forjamento de alguns centímetros até peças bastante grandes que pesam toneladas. Seguem-se algumas utilizações comuns:
- É responsável pelo fabrico de peças sensíveis das aeronaves.
- O processo reforça o equipamento automóvel.
- Produz igualmente ferramentas manuais, por exemplo, parafusos, rebites, cinzéis, cavilhas, etc.
- Devido à excelente resistência à fadiga do metal de forjamento, é ideal para a maioria dos componentes móveis, como as engrenagens da árvore de cames e as cambotas.
- A técnica é aplicável na construção de estruturas de navios.
- Os rotores de geradores e os motores de turbinas são também exemplos de forjados
- Também desempenha um papel na fortificação do motor e das peças da transmissão.
Conclusão
Hopefully, you are there with enough knowledge about the basics and several methods of the forging process. Forging enables you to enjoy metal parts containing outstanding mechanical properties, offering toughness, ductility, and fatigue resistance. On top of that, Forging provides products with various sizes and design flexibilities. Yet, you need to take high safety measures while dealing with forging techniques in industries. Your slight negligence may prove risky to you.
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