Imagine transformar um pedaço de metal num componente crítico de uma máquina, concebido para resistir a condições extremas. Esta é a essência do forjamento, um processo vital no fabrico que melhora as propriedades dos materiais e molda os metais com precisão. Do forjamento a quente ao forjamento em matriz, este artigo explora as técnicas e as vantagens, guiando-o através dos elementos essenciais deste poderoso método de trabalho em metal. Mergulhe para descobrir como o forjamento pode eliminar defeitos e melhorar a resistência e a durabilidade das peças metálicas, assegurando que funcionam de forma fiável nos ambientes mais difíceis.
O forjamento é um método de processamento de metal que utiliza maquinaria de forjamento para aplicar pressão em peças de metal, produzindo deformação plástica que resulta em peças forjadas com propriedades mecânicas, formas e tamanhos específicos. É um dos dois componentes do forjamento, juntamente com a estampagem.
O forjamento elimina defeitos como a porosidade do fundido no processo de fundição, ao mesmo tempo que optimiza a microestrutura. Além disso, uma vez que a linha de fluxo completa do metal é preservada, as propriedades mecânicas das peças forjadas são geralmente superiores às das peças fundidas feitas do mesmo material.
Exceptuando as chapas laminadas, os perfis ou as soldaduras com formas simples, as peças forjadas são principalmente utilizadas para componentes cruciais que são submetidos a cargas elevadas e a condições de trabalho rigorosas em máquinas relevantes.
A temperatura inicial de recristalização do aço é de aproximadamente 727 ℃. No entanto, 800 ℃ é normalmente considerado o limite para forjamento a quente. O forjamento acima de 800 ℃ é referido como forjamento a quente, enquanto o forjamento entre 300 ℃ e 800 ℃ é referido como forjamento a quente ou semi-quente. O forjamento à temperatura ambiente é chamado de forjamento a frio.
O forjamento a quente é o método mais comummente utilizado para o fabrico de peças forjadas na maioria das indústrias. O forjamento a quente e a frio, por outro lado, é utilizado principalmente nas indústrias automóvel, de maquinaria geral e de produção de outras peças. Estes métodos permitem poupar materiais de forma eficiente.
Como mencionado anteriormente, o forjamento pode ser classificado em forjamento a quente, forjamento a quente e forjamento a frio com base na temperatura. Além disso, pode ser classificado em forjamento livre, forjamento em matriz, laminagem em anel e forjamento especializado com base no mecanismo de formação.
O forjamento livre é um método de processamento que envolve a utilização de ferramentas universais simples ou a aplicação direta de força externa para deformar uma peça em bruto entre a bigorna superior e inferior do equipamento de forjamento, para obter a geometria e a qualidade interna necessárias.
As peças forjadas produzidas através deste método são conhecidas como peças forjadas livres e são normalmente produzidas em pequenos lotes.
Para criar peças forjadas qualificadas, são utilizados vários equipamentos de forjamento, tais como martelos de forjamento e prensas hidráulicas, para moldar e processar a peça em bruto.
Os processos fundamentais do forjamento livre incluem o arranque, a estiragem, o puncionamento, o corte, a flexão, a torção, a deslocação e o forjamento. Este método utiliza normalmente técnicas de forjamento a quente.
O forjamento em matriz pode ser classificado em dois tipos principais: forjamento em matriz aberta e forjamento em matriz fechada. Durante este processo, uma peça em bruto de metal é deformada e pressionada numa câmara de forjamento com uma forma específica para criar peças forjadas.
Normalmente, o forjamento sob pressão é utilizado para fabricar peças com pesos pequenos e em grandes lotes. Este processo pode ainda ser dividido em três tipos: forjamento a quenteforjamento a quente e forjamento a frio.
Tanto o forjamento a quente como o forjamento a frio são considerados a direção futura do forjamento sob pressão e representam avanços na tecnologia de forjamento. O forjamento sob pressão também pode ser classificado com base nos materiais utilizados, incluindo ferrosos matriz metálica forjamento, forjamento sob pressão de metais não ferrosos e moldagem de produtos em pó.
Metais ferrosos, como o aço carbono, metais não ferrosos como cobre e alumínioNeste processo, são utilizados materiais de metalurgia do pó.
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A extrusão é uma tipo de matriz forjamento que pode ser classificado em extrusão de metais pesados e extrusão de metais leves.
O forjamento em matriz fechada e o torneamento em matriz fechada são dois processos avançados de forjamento em matriz. Uma vantagem significativa destes processos é a elevada taxa de utilização dos materiais, uma vez que não existe flash.
Com um ou vários processos, podem ser realizadas peças forjadas complexas.
Para além disso, a ausência de flash reduz a área de tensão do forjamento, resultando em cargas mais baixas.
No entanto, é importante notar que o espaço em branco não pode ser totalmente limitado. Por conseguinte, é necessário controlar rigorosamente o volume da peça em bruto, gerir a posição relativa da matriz de forjamento e medir o forjamento para minimizar o desgaste da matriz de forjamento.
A retificação de anéis é o processo de produção de peças de anéis com diâmetros variáveis utilizando equipamento especializado, conhecido como máquina de retificação de anéis. Também é utilizada na produção de peças de rodas, incluindo cubos de automóveis e rodas de comboios.
As técnicas especiais de forjamento incluem forjamento em roloA laminagem em cunha cruzada, o forjamento radial, o forjamento em matriz líquida e outros métodos que são mais adequados para a produção de determinadas peças de forma complexa.
O forjamento por laminação, por exemplo, pode servir como um processo eficiente de pré-formação que reduz significativamente a quantidade de pressão necessária para as operações de formação subsequentes.
A laminagem em cunha cruzada é utilizada para produzir esferas de aço, veios de transmissãoe outros componentes semelhantes.
O forjamento radial, por outro lado, é utilizado para fabricar grandes barris, eixos de passo e outros tipos de peças forjadas.
De acordo com o modo de movimento da matriz de forjamento, o forjamento pode ser dividido em rolamento oscilante, forjamento rotativo oscilante, forjamento em rolo, rolamento em cunha cruzada, rolamento em anel e rolamento cruzado.
O forjamento rotativo, o forjamento rotativo e a laminação de anéis também podem ser processados por forjamento de precisão.
A fim de melhorar a utilização dos materiais, o forjamento em rolo e a laminagem cruzada podem ser utilizados como processo anterior para materiais delgados.
Tal como o forjamento livre, o forjamento rotativo também é formado localmente.
A sua vantagem é que, em comparação com o tamanho do forjamento, também pode ser formado quando a força de forjamento é pequena.
Neste método de forjamento, incluindo o forjamento livre, o material expande-se da proximidade da superfície da matriz para a superfície livre durante o processamento.
Por conseguinte, é difícil garantir a exatidão.
Ao controlar a direção do movimento da matriz de forjamento e o processo de forjamento rotativo por computador, os produtos com formas complexas e é possível obter uma elevada precisão com uma força de forjamento reduzida, como é o caso da produção de peças forjadas como lâminas de turbinas a vapor com muitas variedades e grandes dimensões.
O movimento do equipamento de forjamento pode não ser consistente com o grau de liberdade, que pode ser classificado nos quatro tipos seguintes:
Para obter uma elevada precisão, é necessário prestar atenção à prevenção da sobrecarga no ponto morto inferior, ao controlo da velocidade e à posição da matriz, uma vez que estes factores podem ter impacto na tolerância do forjamento, na precisão da forma e na vida útil da matriz.
Além disso, para manter a precisão, é necessário ajustar a folga da calha de guia do bloco deslizante, assegurar a rigidez, ajustar o ponto morto inferior e utilizar um dispositivo de transmissão auxiliar.
Para forjar peças delgadas, lubrificar o arrefecimento e forjar peças para produção a alta velocidade, o cursor pode mover-se verticalmente ou horizontalmente. Podem também ser utilizados dispositivos de compensação para aumentar o movimento noutras direcções.
Os métodos acima referidos diferem na força de forjamento necessária, no processo, na utilização do material, na produção, na tolerância dimensional e nos métodos de lubrificação e arrefecimento. Estes factores também afectam o nível de automatização.
O materiais de forjamento incluem principalmente aço carbono e ligas de aço com vários componentes, bem como alumínio, magnésio, cobre, titânio e suas ligas. Estes materiais estão disponíveis sob a forma de barras, lingotes, pó metálico e metal líquido.
A relação de forjamento refere-se à relação entre a área da secção transversal do metal antes da deformação e a área da secção transversal após a deformação. A seleção correcta da relação de forjamento, a temperatura de aquecimento e o tempo de espera razoáveis, a temperatura de forjamento inicial e final razoáveis e a velocidade de deformação e deformação razoáveis são essenciais para melhorar a qualidade do produto e reduzir os custos.
As barras redondas ou quadradas são geralmente utilizadas como peças em bruto para peças forjadas de pequena e média dimensão. Estas barras têm uma estrutura de grão uniforme e boa e propriedades mecânicas, forma e tamanho precisos e boa qualidade de superfície, tornando-as convenientes para a produção em massa. Com uma temperatura de aquecimento e condições de deformação razoáveis, podem ser produzidas peças forjadas de excelente desempenho sem grandes deformações de forjamento.
Em comparação, os lingotes são utilizados apenas para grandes peças forjadas. Os lingotes têm uma estrutura fundida com grandes cristais colunares e um centro solto. Por conseguinte, é necessário quebrar os cristais colunares em grãos finos e compactá-los através de uma grande deformação plástica para obter uma excelente microestrutura metálica e propriedades mecânicas.
A pré-forma de metalurgia do pó pode ser transformada em forjamento de pó por forjamento de matriz não flash num estado quente. O forjamento de pó tem propriedades semelhantes às dos forjados em geral, incluindo boas propriedades mecânicas e alta precisão, e pode reduzir o corte subsequente. A estrutura interna do forjamento em pó é uniforme, sem segregação, tornando-o ideal para pequenas engrenagens e outras peças de trabalho. No entanto, o preço do pó é muito mais elevado do que o das barras gerais, limitando a sua aplicação na produção.
O forjamento em matriz de metal líquido é um método de formação entre a fundição e o forjamento em matriz. Ao aplicar pressão estática ao metal líquido vertido no furo da matriz para o fazer solidificar, cristalizar, fluir, deformar plasticamente e moldar sob a ação da pressão, podem ser obtidas peças forjadas com a forma e as propriedades pretendidas. Este método é particularmente adequado para peças complexas de paredes finas que são difíceis de formar por forjamento geral.
Por último, as ligas forjadas de superligas à base de ferro, superligas à base de níquel e superligas à base de cobalto podem também ser completadas por forjamento ou laminagem. No entanto, estas ligas são relativamente difíceis de forjar devido à sua estreita zona plástica. Por conseguinte, existem requisitos rigorosos para a temperatura de aquecimento, a temperatura de forjamento aberto e a temperatura de forjamento final dos diferentes materiais.
Vários métodos de forjamento empregam processos diferentes e, entre eles, o forjamento a quente tem o fluxo de processo mais longo.
A sequência típica é a seguinte: esboço do esboço de forjamento → aquecimento do esboço de forjamento → preparação do esboço de forjamento em rolo → formação por forjamento em matriz → corte → perfuração → correção → inspeção intermédia para verificar a dimensão e os defeitos de superfície do forjamento → tratamento térmico do forjamento para eliminar as tensões e melhorar corte de metais desempenho → limpeza para eliminar as incrustações de óxido da superfície → correção → inspeção.
Normalmente, as peças forjadas são submetidas a inspecções de aspeto e dureza, enquanto as peças forjadas importantes também são submetidas a inspecções para análise da composição química e propriedades mecânicas, tensão residuale outros ensaios não destrutivos (NDT).
Em comparação com as peças fundidas, o forjamento pode melhorar a microestrutura e as propriedades mecânicas dos metais.
Quando o metal é deformado e recristalizado pelo método de forjamento a quente, as estruturas originais de grãos dendríticos e colunares grosseiros transformam-se em estruturas de recristalização equiaxiais com grãos mais finos e uniformes. Este processo torna a segregação original do lingote, a porosidade, a inclusão de escória e outras imperfeições mais compactas e soldadas, o que melhora a plasticidade e as propriedades mecânicas do metal.
As propriedades mecânicas das peças fundidas são geralmente inferiores às das peças forjadas do mesmo material.
Além disso, o forjamento assegura a continuidade da estrutura da fibra metálica e mantém a coerência da estrutura da fibra com a forma das peças forjadas. O processo completa a linha de fluxo do metal e garante que as peças possuam boas propriedades mecânicas e uma longa vida útil.
As peças forjadas produzidas por forjamento de precisão, extrusão a frio, extrusão a quente e outros métodos são superiores às peças fundidas.
O forjamento envolve a prensagem do metal na forma desejada ou a aplicação de uma força de compressão adequada através da deformação plástica, normalmente utilizando um martelo ou pressão. O processo de forjamento refina a estrutura das partículas e melhora as propriedades físicas do metal. Em aplicações práticas, uma peça corretamente concebida pode direcionar o fluxo de partículas no sentido da pressão primária.
A fundição é o processo de obtenção de um objeto metálico moldado utilizando vários métodos de fundição. O metal líquido fundido é injetado num molde preparado através de vazamento, injeção, sucção ou outras técnicas de fundição. O objeto é então arrefecido, a areia cai, é limpo e submetido a um pós-tratamento para obter uma forma, tamanho e desempenho específicos.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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