Forjamento em Matriz

O forjamento em matriz usa blocos de matriz cuidadosamente usinados para produzir
peças forjadas com tolerâncias dimensionais bastante precisas. Normalmente, para justificar
a utilização dessas matrizes relativamente dispendiosas, esse processo é usado para taxas de
produção altas. Em geral, na forja em matriz o tarugo é primeiro desbastado e
esquadrinhado para ajustar o metal nas posições corretas na matriz para o forjamento
subseqüente. O tarugo pré-moldado é então colocado na cavidade da matriz de forja em
bruto para atingir uma forma próxima à desejada. A maior parte da mudança da forma
ocorre quase sempre nessa etapa. Em seguida a peça é transferida para uma matriz de
acabamento, onde é forjada para a forma e dimensões finais .
Normalmente a cavidade de forja em bruto e a cavidade de acabamento são usinadas
no mesmo bloco de matriz. Com freqüência, são feitos o desbaste e a expansão do metal
nos extremos do bloco da matriz.
É importante usar sempre uma quantidade de metal suficiente para encher toda a
cavidade da matriz. Como é difícil colocar a quantidade exata de metal nos lugares corretos
durante o desbaste e a expansão é comum usar-se uma quantidade ligeiramente acima do
necessário. Quando a matriz executa a etapa final de acabamento. o excesso de metal escoa
para fora da cavidade como uma fita de metal chamada de rebarba de forjamento em matriz
fechada. A fim de evitar a formação de uma rebarba muito grande. em geral projeta-se um
ressalto conhecido como uma calha de rebarba . A etapa final no forjamento de uma peça
em matriz fechada é remoção da rebarba com uma matriz para aparar ou matriz de
rebarbação.
A rebarba tem duas funções. Como descrito acima. ela atua como uma "válvula de
segurança" para o excesso de metal na cavidade da matriz. De maior importância é que a
rebarba regula o escape do metal, portanto uma rebarba muito fina aumenta muito a
resistência de escoamento do sistema de maneira que a pressão sobe para valores bem altos,
assegurando que o metal preencha todos os espaços da cavidade da matriz. O segredo do
projeto da rebarba é ajustar de tal forma as suas dimensões de maneira que a extrusão do
metal através da abertura estreita para a rebarba seja mais difícil do que preencher os
detalhes mais intrincados da matriz. Porém, isso não deve ser feito em excesso para não só
criar altas cargas de forjamento, como também evitar problemas com a deformação ou
quebra da matriz. O ideal é projetar a rebarba ao mínimo necessário à realização do
trabalho.
Em forja com matrizes fechadas é extremamente difícil produzir componentes com
filetes muito agudos. almas finas e frisos ou arestas muito altas. Além disso, as matrizes de
forja devem ser afuniladas para facilitar a remoção das peças acabadas. Este ângulo de
saída varia 5°a 7° para superfícies internas e de 7° a 8° para superfícies.
Generalidades Peças de formas complexas ou de precisão não podem ser obtidas por técnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da peça a ser produzida. Tais matrizes são caras, exigindo na maioria das vezes, alta produção para justificar seu custo. A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma única etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. As etapas de pré-forjamento podem ser efetuadas com o auxilio de superfícies especialmente usinadas no próprio bloco das matrizes, ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros processos como a laminação. O objetivo do pré-forjamento redistribuir o metal para posições mais adequadas ao forjamento subseqüente. A pré-forma assim obtida pode ser conformada para uma configuração mais próxima da final em uma matriz de esboço ("blocker die"), que assegura uma distribuição adequada de metal, mas ainda não na forma final. Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de operações unitárias, utiliza-se na maioria dos casos um certo excesso de material, que já na etapa de esboçamento se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes é removida (cortada) antes do forjamento final nas matrizes de acabamento ("finishing dies") . Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presença de atrito, gera alta pressão de conformação.Veja o caso de distribuição de pressão nas cavidades das matrizes, no caso de forjamento de uma pá de turbina
Para evitar um aumento excessivo desta pressão as matrizes são usualmente projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima somente em uma largura pequena (garganta ou costura - “flash land”) sendo permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia ("flash gutter").
A decomposição da conformação de uma peça complexa entre diversas etapas de trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia e material, reduzir o desgaste das ferramentas e aumentar a precisão do forjado.
Métodos do Forjamento em Matriz As operações de obtenção das formas intermediárias de uma peça constituem a conformação intermediária, que se compõe normalmente de três etapas: (i) distribuição de massas; (ii) dobramento (se for o caso); (iii) formação da seção transversal. Na etapa de distribuição de massas se procede à retirada de material das porções nas quais a seção transversal deva ser reduzida, e o acúmulo do material nas posições onde a seção deva ser aumentada (fase (b) da figura abaixo). As operações mais empregadas para esta etapa são: o estiramento, o encalcamento, o alargamento, a laminação, a extrusão e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a secção transversal. O dobramento (segunda etapa), pode ser executado durante o forjamento, sem um estágio especial, quando for paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrário, é efetuado numa etapa específica durante (fase (c) da figura abaixo) ou mesmo após o forjamento da peça. Pode envolver ou não uma redução da seção transversal da peça e uma defasagem do eixo da mesma como o caso do forjamento de virabrequins (ver Dobramentos Intermediários abaixo).

A formação da seção transversal, ou esboçamento é a última etapa da conformação intermediária, na qual as seções transversais são aproximadas das secções definitivas da peça, de modo que as ferramentas acabadoras imprimam a forma e dimensões exatas da peça, com um consumo mínimo de energia. Esta etapa envolve uma distribuição de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da peça (ver fase (d) da figura acima). Observação: Por vezes é necessário mais de um estágio de esboço, quando uma única ferramenta não é capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo de energia além da capacidade do equipamento disponível.

Formação da Rebarba- Funções Na etapa de conformação final, ao iniciar-se a formação da rebarba, em virtude da presença do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes, as tensões compressivas na cavidade das matrizes elevam-se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade. As funções da rebarba, portanto, são duas: Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de metal na cavidade das matrizes; e Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do sistema de modo que a pressão cresça até valores elevados, assegurando que o metal preencherá todos os recessos da cavidade. A figura abaixo é uma curva típica da variação da pressão ou carga de forjamento em função do avanço das matrizes.

Fonte:http://meusite.mackenzie.com.br/carlosmonezi/seminarios/1o_semestre/1_2005/forjamento.pdf