Defeitos comuns em produtos de perfil: Análise abrangente
Como engenheiro, você sabe que o diabo está nos detalhes quando se trata de projetar e fabricar máquinas. Um aspecto crucial que pode ser decisivo para a qualidade...
Imagine transformar um pedaço de metal em um componente de máquina essencial, projetado para resistir a condições extremas. Essa é a essência do forjamento, um processo vital na fabricação que aprimora as propriedades dos materiais e molda os metais com precisão. Do forjamento a quente ao forjamento em matriz, este artigo explora as técnicas e os benefícios, orientando-o sobre os fundamentos desse poderoso método de usinagem. Mergulhe de cabeça para descobrir como o forjamento pode eliminar defeitos e melhorar a resistência e a durabilidade das peças metálicas, garantindo que elas tenham um desempenho confiável nos ambientes mais difíceis.
O forjamento é um método de processamento de metal que utiliza maquinário 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 em que otimiza a microestrutura. Além disso, como a linha de fluxo completa do metal é preservada, as propriedades mecânicas das peças forjadas geralmente são superiores às das peças fundidas feitas com o mesmo material.
Com exceção de chapas laminadas, perfis ou soldas com formas simples, as peças forjadas são usadas principalmente para componentes cruciais que sofrem altas cargas e condições de trabalho severas em maquinário relevante.
A temperatura inicial de recristalização do aço é de aproximadamente 727°C. No entanto, 800 ℃ é normalmente considerado o limite para forjamento a quente. O forjamento acima de 800 ℃ é chamado de forjamento a quente, enquanto o forjamento entre 300 ℃ e 800 ℃ é chamado de forjamento morno ou semi-quente. O forjamento em temperatura ambiente é chamado de forjamento a frio.
O forjamento a quente é o método mais comumente usado para a fabricação de peças forjadas na maioria dos setores. O forjamento a quente e a frio, por outro lado, é usado principalmente nos setores automotivo, de maquinário geral e de produção de outras peças. Esses métodos podem economizar materiais com eficiência.
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, ele pode ser classificado em forjamento livre, forjamento de matriz, laminação de anel e forjamento especializado com base no mecanismo de formação.
O forjamento livre é um método de processamento que envolve o uso de ferramentas universais simples ou a aplicação direta de força externa para deformar uma peça bruta entre a bigorna superior e inferior do equipamento de forjamento, para obter a geometria e a qualidade interna necessárias.
As peças forjadas produzidas por esse método são conhecidas como peças forjadas livres e, normalmente, são produzidas em pequenos lotes.
Para criar peças forjadas qualificadas, vários equipamentos de forjamento, como martelos de forjamento e prensas hidráulicas, são usados para moldar e processar a peça bruta.
Os processos fundamentais do forjamento livre incluem perturbação, estiramento, perfuração, corte, dobra, torção, deslocamento e forjamento. Esse método normalmente emprega técnicas de forjamento a quente.
O forjamento com matriz pode ser classificado em dois tipos principais: forjamento com matriz aberta e forjamento com matriz fechada. Durante esse processo, uma peça bruta de metal é deformada e pressionada em uma câmara de matriz de forjamento de um formato específico para criar peças forjadas.
Normalmente, o forjamento de matriz é usado para fabricar peças com pesos pequenos e em grandes lotes. Esse processo pode ser dividido em três tipos: forjamento a quenteforjamento a quente e forjamento a frio.
Tanto o forjamento a quente quanto o forjamento a frio são considerados a direção futura do forjamento em matriz e representam avanços na tecnologia de forjamento. O forjamento de matriz também pode ser classificado com base nos materiais usados, inclusive ferrosos matriz metálica forjamento, forjamento de matrizes de metais não ferrosos e formação de produtos em pó.
Metais ferrosos, como aço carbono, metais não ferrosos, como cobre e alumínioNesse processo, são utilizados materiais de metalurgia do pó.
Leitura relacionada: Metais ferrosos versus metais não ferrosos
A extrusão é uma tipo de matriz forjamento que pode ser categorizado em extrusão de metais pesados e extrusão de metais leves.
O forjamento de matriz fechada e o torneamento fechado são dois processos avançados de forjamento de matriz. Uma vantagem significativa desses processos é a alta taxa de utilização de materiais, pois não há flash.
Com um ou vários processos, forjamentos complexos podem ser concluídos.
Além disso, a ausência de flash reduz a área de tensão do forjamento, resultando em cargas mais baixas.
No entanto, é importante observar que o blank não pode ser totalmente limitado. Portanto, é necessário controlar rigorosamente o volume do blank, gerenciar 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 variados usando um equipamento especializado, conhecido como máquina de retificação de anéis. Também é utilizado na produção de peças de rodas, incluindo cubos de automóveis e rodas de trem.
As técnicas especiais de forjamento incluem forjamento de rolosA laminação em cunha cruzada, o forjamento radial, o forjamento com matriz líquida e outros métodos que são mais adequados para a produção de determinadas peças de formato complexo.
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 laminação em cunha cruzada é usada para produzir esferas de aço, eixos de transmissãoe outros componentes semelhantes.
O forjamento radial, por outro lado, é usado para fabricar barris grandes, 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 laminação oscilante, forjamento rotativo oscilante, forjamento em rolo, laminação em cunha cruzada, laminação em anel e laminação cruzada.
O forjamento rotativo, o forjamento rotativo e a laminação de anéis também podem ser processados por forjamento de precisão.
Para melhorar a utilização dos materiais, o forjamento de rolos e a laminação cruzada podem ser usados como o processo anterior para materiais finos.
Assim como o forjamento livre, o forjamento rotativo também é formado localmente.
Sua vantagem é que, em comparação com o tamanho do forjamento, ele também pode ser formado quando a força de forjamento é pequena.
Nesse método de forjamento, incluindo o forjamento livre, o material se expande de perto da superfície da matriz para a superfície livre durante o processamento.
Portanto, é difícil garantir a precisão.
Ao controlar a direção do movimento da matriz de forjamento e o processo de forjamento rotativo por computador, os produtos com formas complexas e alta precisão podem ser obtidos com baixa força de forjamento, como na produção de peças forjadas, como lâminas de turbinas a vapor com muitas variedades e tamanhos grandes.
O movimento do equipamento de forjamento pode não ser consistente com o grau de liberdade, que pode ser categorizado nos quatro tipos a seguir:
Para obter alta precisão, deve-se prestar atenção à prevenção da sobrecarga no ponto morto inferior, ao controle da velocidade e à posição da matriz, pois esses fatores podem afetar a tolerância do forjamento, a precisão da forma e a vida útil da matriz.
Além disso, para manter a precisão, é necessário ajustar a folga do trilho de guia do bloco deslizante, garantir a rigidez, ajustar o ponto morto inferior e usar um dispositivo de transmissão auxiliar.
Para forjar peças finas, lubrificar o resfriamento e forjar peças para produção em alta velocidade, o controle deslizante pode se mover vertical ou horizontalmente. Os dispositivos de compensação também podem ser usados para aumentar o movimento em outras direções.
Os métodos acima diferem quanto à força de forjamento necessária, ao processo, à utilização de material, à produção, à tolerância dimensional e aos métodos de lubrificação e resfriamento. Esses fatores também afetam o nível de automação.
O materiais de forjamento incluem principalmente aço carbono e ligas de aço com vários componentes, bem como alumínio, magnésio, cobre, titânio e suas ligas. Esses materiais estão disponíveis na forma de barras, lingotes, pó metálico e metal líquido.
A relação de forjamento refere-se à relação entre a área da seção transversal do metal antes da deformação e a área da seção transversal após a deformação. A seleção correta da proporção de forjamento, temperatura de aquecimento e tempo de espera razoáveis, temperatura inicial e final de forjamento razoáveis e 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 usadas como peças em bruto para peças forjadas de pequeno e médio porte. Essas barras têm uma boa e uniforme estrutura de grãos e propriedades mecânicas, forma e tamanho precisos e boa qualidade de superfície, o que as torna convenientes para a produção em massa. Com temperatura de aquecimento e condições de deformação razoáveis, forjados de excelente desempenho podem ser produzidos sem grandes deformações de forjamento.
Em comparação, os lingotes são usados apenas para grandes peças forjadas. Os lingotes têm uma estrutura fundida com grandes cristais colunares e um centro solto. Portanto, é necessário quebrar os cristais colunares em grãos finos e compactá-los por meio de uma grande deformação plástica para obter uma excelente microestrutura de metal e propriedades mecânicas.
A pré-forma de metalurgia do pó pode ser transformada em forjamento de pó por meio de forjamento de matriz sem flash em um 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 a pó é uniforme, sem segregação, o que o torna ideal para engrenagens pequenas e outras peças de trabalho. No entanto, o preço do pó é muito mais alto do que o das barras gerais, o que limita 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 derramado no furo da matriz para solidificá-lo, cristalizá-lo, fluir, deformá-lo plasticamente e moldá-lo sob a ação da pressão, é possível obter peças forjadas com a forma e as propriedades necessárias. Esse método é particularmente adequado para peças complexas de paredes finas que são difíceis de formar por forjamento em matriz geral.
Por fim, as ligas forjadas de superligas à base de ferro, superligas à base de níquel e superligas à base de cobalto também podem ser concluídas por forjamento ou laminação. Entretanto, essas ligas são relativamente difíceis de forjar devido à sua estreita zona plástica. Portanto, há requisitos rigorosos para a temperatura de aquecimento, a temperatura de forjamento aberto e a temperatura de forjamento final de 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: corte da peça bruta de forjamento → aquecimento da peça bruta de forjamento → preparação da peça bruta forjada em rolo → formação por forjamento de matriz → corte → perfuração → correção → inspeção intermediária para verificar o tamanho e os defeitos de superfície do forjamento → tratamento térmico do forjamento para remover a tensão e melhorar corte de metais desempenho → limpeza para eliminar a escala de óxido da superfície → correção → inspeção.
Normalmente, as peças forjadas passam por inspeções de aparência e dureza, enquanto peças forjadas importantes também passam por inspeções para análise de composição química e propriedades mecânicas, tensão residuale outros testes 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 se transformam em estruturas de recristalização equiaxiais com grãos mais finos e uniformes. Esse processo torna a segregação, a porosidade, a inclusão de escória e outras imperfeições originais do lingote 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 garante a continuidade da estrutura da fibra metálica e mantém a consistência da estrutura da fibra com o formato das peças forjadas. O processo completa a linha de fluxo do metal e garante que as peças tenham 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 compressiva apropriada por meio de deformação plástica, normalmente usando um martelo ou pressão. O processo de forjamento refina a estrutura da partícula e melhora as propriedades físicas do metal. Em aplicações práticas, uma peça projetada corretamente pode direcionar o fluxo de partículas no sentido da pressão primária.
A fundição é o processo de obtenção de um objeto moldado em metal usando vários métodos de fundição. O metal líquido derretido é injetado em um molde preparado por meio de vazamento, injeção, sucção ou outras técnicas de fundição. Em seguida, o objeto é resfriado, a areia cai, é limpo e passa por pós-tratamento para atingir uma forma, um tamanho e um desempenho específicos.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
PT_BR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
RU 
KO