Já se interrogou sobre a forma como o equipamento de forjamento é selecionado para diferentes aplicações? Nesta publicação do blogue, vamos explorar os principais factores que influenciam a escolha de martelos de forjamento, prensas de parafuso e prensas de forjamento a quente. O nosso engenheiro mecânico especialista fornecerá informações sobre cálculos de tonelagem e características de desempenho, ajudando-o a compreender como otimizar o seu processo de forjamento. Prepare-se para mergulhar no fascinante mundo da tecnologia de forjamento!
O martelo de forjamento, a prensa de parafuso e a prensa de forjamento a quente são os três principais equipamentos de forjamento na indústria de forjamento.
Embora as respectivas tecnologias tenham sido desenvolvidas ao longo de muitos anos, têm capacidades diferentes devido às suas características de desempenho únicas.
A tonelagem de forjamento refere-se à força máxima (normalmente medida em toneladas) que uma máquina de forjar pode suportar. Esta força é suficiente para deformar plasticamente os metais, produzindo assim as peças forjadas necessárias.
De acordo com a definição da Associação de Forjamento da China, as peças forjadas de grandes dimensões são produtos forjados livremente produzidos por máquinas hidráulicas com mais de 1000 toneladas e martelos de forjamento livre com mais de 5 toneladas, bem como peças forjadas produzidas por equipamento de forjamento a quente com mais de 6000 toneladas e martelos de forjamento com mais de 10 toneladas.
Em aplicações práticas, a seleção da tonelagem de forjamento adequada envolve a consideração de vários factores, incluindo o tamanho, a forma e o grau de deformação necessário das peças forjadas.
Por exemplo, a tonelagem de uma prensa de parafuso pode ser calculada através da fórmula P= p/q= (64~73)F/q, em que P é a tonelagem da prensa de parafuso (KN), p é a força de deformação necessária para o forjamento do molde (KN) e F é a área de projeção do forjamento juntamente com o flash (cm2).
Além disso, são também utilizados métodos de cálculo teóricos e fórmulas empíricas para determinar a tonelagem do equipamento.
1.1 Características de desempenho
O martelo de forjamento é um equipamento de forjamento utilizado para produzir várias peças forjadas em condições de produção de lotes médios a grandes.
É versátil e pode ser utilizado para várias tipos de matrizes forjamento.
Devido à sua estrutura simples, alta produtividade, baixo custo e adaptabilidade ao processo de forjamento de matriz, é amplamente utilizado como um equipamento de forjamento.
O papel do martelo de forja na indústria de forja moderna depende dos seguintes factores:
A principal vantagem do martelo de forjamento é a sua rápida velocidade de golpe, que resulta num curto tempo de contacto com o molde e o torna ideal para situações que requerem uma deformação a alta velocidade para encher o molde.
Isto inclui peças forjadas com placas de nervuras finas, formas complexase requisitos rigorosos de tolerância de peso.
Devido às suas características de funcionamento rápido e flexível, tem uma forte adaptabilidade e é por vezes referido como equipamento "universal".
Por conseguinte, é particularmente adequado para a produção de vários tipos e pequenos lotes.
Em termos de relação custo-eficácia, o martelo de forja é o mais vantajoso equipamento de moldagem.
1.2 Como selecionar o martelo de forja
A energia máxima de impacto do martelo de forja é o parâmetro mais crítico para determinar a sua capacidade de trabalho.
Para escolher a energia de impacto de martelagem necessária, pode ser utilizada como referência a seguinte fórmula:
E=25（3.5～6.3）KFtotal
Na fórmula:
Quando a produção é efectuada em lotes e é necessária uma elevada produtividade, a fórmula utiliza o valor limite superior de 6,3. Nos casos em que a etapa final de forjamento pode ser efectuada e a produtividade não é uma preocupação, é utilizado o limite inferior de 3,5.
2.1 Características de desempenho
A prensa de parafuso é adequada para processos de forjamento, perturbação, prensagem de precisão, correção, corte e dobragem.
No entanto, a sua capacidade média de carga excêntrica é significativamente menor em comparação com a do forjamento a quente prensa e o martelo de forja.
Por conseguinte, não é adequado para operações de aquecimento multi-processo (tais como descalcificação, pré-forjamento e corte).
Por conseguinte, quando se utiliza uma prensa de parafuso para o forjamento final, é necessário equipamento adicional para efetuar processos auxiliares.
As características de forjamento da prensa de parafuso são determinadas pelo desempenho do equipamento.
Uma vez que a prensa de parafuso tem as características de trabalho duplas do martelo de forjamento e da prensa de forjamento a quente, tem as seguintes características:
Por conseguinte, o forjamento da matriz da prensa de parafuso tem as seguintes características:
A utilização de uma prensa de parafuso para forjar moldes é limitada por factores desfavoráveis, incluindo a tonelagem do equipamento, a baixa velocidade de funcionamento e a necessidade de equipamento auxiliar para o corte. É normalmente utilizada para a produção de pequenos e médios lotes de peças forjadas de pequena e média dimensão.
2.2 Adaptabilidade a outros forjamentos press
A prensa de parafuso funciona com energia de percussão e tem características de funcionamento semelhantes às de um martelo de forja. O curso do cursor da prensa é ajustável e pode ser retornado a qualquer posição antes de atingir o seu ponto mais baixo. A quantidade de energia de percussão e o número de percussões podem ser controlados com base no trabalho de deformação necessário do forjamento.
No entanto, durante o forjamento, a resistência à deformação do forjamento é equilibrada pela deformação elástica do sistema de fecho do leito. A prensa de parafuso tem uma estrutura semelhante à de uma prensa de forjamento a quente, o que faz dela um dispositivo de forjamento com uma certa capacidade de sobrecarga.
A capacidade média de carga excêntrica da prensa de parafuso é menor em comparação com a da prensa de forjamento a quente e do martelo de forjamento de matriz CNC, tornando-a adequada apenas para forjamento de matriz de ranhura única. Pode ser necessário equipamento adicional para completar o processo auxiliar ao usar uma prensa de parafuso para forjamento final.
A prensa de parafuso deslizante tem uma velocidade de curso mais lenta e uma frequência de funcionamento mais baixa, e só pode efetuar uma deformação de golpe único numa ranhura. Durante a deformação de golpe único, a parte central da peça em bruto sofre uma deformação significativa, fazendo com que flua horizontalmente e forme um grande rebordo, dificultando o preenchimento do metal em ranhuras profundas e aumentando a probabilidade de dobragem em comparação com o forjamento a martelo. Isto é particularmente pronunciado para peças forjadas com formas complexas de secção transversal.
Além disso, a prensa de parafuso tem pouca flexibilidade e uma vida útil mais curta em comparação com a CNC martelo de forjamento de matriz. É adequado para forjar peças com uma forma relativamente simples, requisitos de baixa precisão e alta energia de deformação. A energia de impacto e a frequência são geralmente determinadas pelo operador com base no trabalho de deformação necessário para o forjamento.
No entanto, a prensa de parafuso tem um fraco desempenho de controlo em comparação com um martelo de forjamento com matriz CNC, o que leva a uma qualidade de forjamento instável e a dificuldades de automatização. É normalmente utilizada para a produção de pequenos e médios lotes de peças forjadas de pequena a média dimensão.
2.3 Como selecionar prensa de parafuso
A fórmula de cálculo para selecionar a tonelagem da prensa de parafuso é a seguinte
1）P= p/q=（64～73）F/q
Na fórmula:
① Para peças forjadas que requerem um grande curso de deformação, deformação e trabalho de deformação para forjamento de matriz, o valor de q deve estar entre 0,9 e 1,1.
② Para peças forjadas que requerem um curso de deformação menor e trabalho de deformação para forjamento em matriz, o valor de q é 1,3.
③ Para peças forjadas que requerem apenas um pequeno curso de deformação, mas que necessitam de uma grande força de deformação para uma prensagem de precisão, o valor de q é 1,6.
2） P=（17.5～28）K-Ftotal(KN)
Na fórmula:
A fórmula acima aplica-se ao cálculo da tonelagem de equipamento necessária para cursos de forjamento duplos ou triplos. Se for necessário um único curso de forjamento, o cálculo deve ser multiplicado por dois.
3.1 Características de desempenho
As características do forjamento em matriz em prensas de forjamento a quente são determinadas pela conceção estrutural da prensa. Apresenta as seguintes características notáveis
A rigidez da estrutura da prensa de forjamento a quente e do mecanismo de ligação da manivela é elevada, resultando numa deformação elástica mínima durante o funcionamento, o que leva a uma maior precisão nas peças forjadas produzidas.
O cursor possui uma estrutura adicional semelhante a um nariz, aumentando o comprimento da guia e melhorando a precisão da guia. Com um guiamento preciso e a utilização de uma matriz combinada com um dispositivo de guiamento, as prensas de forjamento a quente são capazes de produzir peças forjadas com maior precisão. As ranhuras de cada passo são feitas numa inserção conveniente e fixadas à cofragem universal com parafusos de fixação, eliminando o contra-ataque durante o funcionamento.
O curso de trabalho da prensa é fixo, com uma etapa concluída num só curso e um dispositivo de ejeção automática incluído.
3.2 Adaptabilidade a outros equipamentos de forjamento sob pressão:
A prensa de forjamento a quente tem um determinado curso e funciona a uma velocidade lenta, o que permite que a peça em bruto sofra a deformação predeterminada num só curso. No entanto, isto resulta numa deformação significativa no meio do tarugo, fazendo com que este flua facilmente na direção horizontal e forme um grande flash, o que impede que o metal em ranhuras profundas seja preenchido eficazmente.
Além disso, é mais provável que ocorra a dobragem de peças forjadas do que o martelamento, particularmente para aquelas com formas complexas de secção transversal.
Para ultrapassar estes desafios, é necessário utilizar uma etapa de esvaziamento para aproximar a peça em bruto da forma de forjamento desejada, o que requer uma conceção cuidadosa da etapa de forjamento sob pressão. Por outro lado, os martelos de forjamento têm um elevado número de cursos por minuto e podem controlar o peso do martelo para satisfazer os requisitos de deformação da peça em bruto. Isso facilita a operação e a forja de peças forjadas, como alongamento e laminação.
No entanto, os processos de laminagem longa e de laminagem são difíceis de realizar numa prensa de forjamento a quente. Para peças em bruto do tipo varão longo com grandes diferenças de secção transversal, é necessário outro equipamento, como martelos pneumáticos, forjamento em rolo ou máquinas de forjar planos devem ser utilizadas para o corte e o estiramento/enrolamento.
A prensa de forjamento a quente também enfrenta dificuldades na remoção da escala de óxido na superfície da peça em bruto, especialmente nas suas extremidades, que é facilmente pressionada na superfície do forjamento.
Para evitar esta situação, é necessário utilizar o aquecimento elétrico e outros métodos de aquecimento sem oxidação. A prensa de forjamento a quente adopta uma matriz combinada com um dispositivo de orientação, e as ranhuras de cada passo são feitas em inserções convenientes.
Este design torna o tamanho dos moldes de inserção muito mais pequeno do que o dos martelos, poupando efetivamente material de molde e tornando o fabrico, a utilização e a reparação dos moldes de inserção muito mais convenientes.
3.3 Como selecionar a prensa de forjamento a quente
A tonelagem da prensa de forjamento a quente é determinada com base na resistência máxima à deformação no final do processo de forjamento. A pressão de forjamento (P) pode ser calculada através da seguinte fórmula empírica:
P=（64～73）KF
Na fórmula:
Para peças forjadas com uma forma simples, uma grande superfície redonda, nervuras baixas e grossas e uma parede grossa, o coeficiente de complexidade tem um valor pequeno, e o contrário é verdadeiro.
|
Item | Martelo de vapor | Prensa de parafuso | Prensa de manivela |
Martelo de forja |
| Velocidade de ataque（m/s） | 4～7 | 0.6～0.8 | 0.3～0.7 | 4～6 |
| Tempo de batida a frio (ms) | 2～3 | 30～60 | 30～60 | 2～3 |
| Tempo de formação (ms) | 5～15 | 30～150 | 80～120 | 5～15 |
| Frequência de greve | 80～100 | 6～15 | 40～80 | 80～110 |
| Flexibilidade | Bom | Mau | Mau | Bom |
| Rácio de investimento | 1 | 1～2 | 4 | 2 |
| Adaptabilidade | Lote pequeno multi-variedade | Peça única em grandes quantidades | Peça única em grandes quantidades | Lote pequeno multi-variedade |
| Complexidade da estrutura | Mais simples | Média | Mais complicado | Simples |
| Grau de automatização | Mau | Mau | Bom | Bom |
| Princípio de forjamento | Formação de martelos múltiplos | Formação de um impacto | Formação de pressão estática | Formação de martelos múltiplos |
| Precisão de funcionamento | Mau | Mau | Elevado | Elevado |
| Comparação do consumo de energia | 15 | 2～3 | 3 | 1 |
Ao selecionar equipamento de forjamento com capacidades semelhantes, a relação de conversão entre as capacidades do equipamento de forjamento é a seguinte: um martelo de forjamento com matriz de 25KJ (martelo de dupla ação de 1 tonelada) é equivalente a uma prensa de forjamento a quente de 10.000 KN, que por sua vez é equivalente a uma prensa de parafuso de 3.500 a 4.000 KN.
A seleção da tonelagem de forjamento adequada requer uma consideração inicial do tamanho e da deformação das peças forjadas. Para diferentes tipos de peças forjadas, o equipamento de forjamento necessário, o consumo da unidade de potência de combustível, o consumo do molde, entre outros, variam, o que significa que a escolha da tonelagem deve basear-se nas circunstâncias específicas das peças forjadas.
Por exemplo, as ligas de titânio têm uma elevada resistência à deformação durante o processo de forjamento, pelo que, ao escolher o equipamento de tonelagem de forjamento, deve ser dada especial atenção à dimensão e à deformação das peças.
Além disso, a qualidade do forjamento é um fator importante.
De um modo geral, as peças forjadas com maior resistência e dureza podem suportar maiores cargas e pressões, o que significa que o grau do forjamento também deve ser tido em conta ao selecionar a tonelagem de forjamento. Por exemplo, o aço de grau 3 tem maior resistência e dureza do que o aço de grau 2, pelo que a escolha da tonelagem de forjamento pode exigir equipamento maior para satisfazer as suas necessidades de processamento.
A escolha da tonelagem de forjamento correcta requer uma consideração abrangente do tamanho e da deformação das peças forjadas, do tipo de material e dos custos de produção.
Na prática, isto pode ser conseguido calculando a tonelagem da pressão de forjamento e organizando a posição da cavidade do molde em conjunto com o espaço de trabalho e a estrutura do equipamento, permitindo a conceção global dos componentes do molde de forjamento. Isto garante não só a qualidade das peças forjadas, mas também um controlo eficaz dos custos de produção.
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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