Processos de conformação mecânica

Marcelo F Moreira

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1. PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA

Os processos de conformação mecânica são processos de fabricação que

empregam a deformação plástica de um corpo metálico, mantendo sua massa e

integridade. Alguns exemplos destes processos são apresentados na figura 1.

Figura 1- Representação esquemática de alguns processos de conformação

mecânica.

Todos os processos podem ser realizados a quente (acima da temperatura de

recristalização) ou a frio (abaixo da temperatura de recristalização).

Os processos a quente são caracterizados pelo emprego de tensões de

compressão menores, ausência de encruamento no produto e alta ductilidade da liga

na temperatura de conformação. Por outro lado, os produtos apresentam superfícies

contendo carepa, resultante da oxidação do metal em alta temperatura e tolerâncias

dimensionais mais abertas. Entretanto, a característica mais relevante dos produtos

conformados a quente é o seu elevado grau de sanidade interna.

Produtos fundidos, geralmente, apresentam vazios de contração (rechupes)

e/ou porosidades decorrentes de gases dissolvidos no metal. Se as superfícies destas

cavidades estiverem limpas (isentas de óxidos), elas poderão ser fechadas por meio

do caldeamento (soldagem por pressão) imposta pelo trabalho mecânico.

Como resultado da operação mecânica, as partículas de segunda fase e

inclusões, tenderão a assumir uma forma e uma distribuição que correspondem

aproximadamente à deformação do metal. De fato, os processos de conformação

mecânica provocam a formação de um "fibramento" na microestrutura dos metais e

ligas. Este "fibramento" será formado pela deformação preferencial de fases e / ou

inclusões, conforme ilustra a figura 2.

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Figura 2- Exemplos do “fibramento” formado pela ação da conformação mecânica.

Os processos de conformação realizados a frio são caracterizados por elevadas

tensões de compressão, encruamento do produto e ductilidade da liga inferior à dos

processos a quente. A qualidade superficial e a precisão dimensional dos produtos

conformados a frio são superiores à obtida pelos processos a quente.

1.1 Forjamento

O forjamento consiste na alteração da forma de um metal por meio de

prensagem ou de martelamento. A maioria das operações de forjamento é realizada a

quente, entretanto certas ligas podem ser forjadas a frio. Empregam-se duas classes

de equipamentos para o forjamento:

o martelo ou martelete de forjamento, que aplica golpes de impacto

rápidos sobre a superfície do metal (velocidades entre 3,0 e 20 m/s) e

prensas hidráulicas ou mecânicas de forjamento, que submetem a liga a

forças compressivas aplicadas com velocidade lenta (velocidades entre

0,06 a 1,5 m/s).

O forjamento pode ser apresentado em duas variantes:

forjamento livre e

forjamento em matriz fechada.

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1.1.1 Forjamento livre

O forjamento livre é realizado entre matrizes planas ou de formas muito

simples. É empregado em peças de grande porte ou quando o número de

componentes é pequeno. Freqüentemente, o forjamento livre é usado para preparar a

forma da peça (esboço) para o forjamento em matriz. A figura 3 apresenta alguns

exemplos de componentes obtidos por meio do forjamento livre.

Figura 3- Exemplos de componentes obtidos por meio do forjamento livre.

1.1.2 Forjamento em matriz fechada

No forjamento em matriz fechada, a peça é deformada entre duas metades de

matriz que dão a forma desejada ao metal, sendo possível obter tolerâncias

dimensionais mais estreitas que no processo de forjamento livre. A figura 4 apresenta

alguns exemplos de componentes forjados em matriz fechada.

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Figura 4- Componentes obtidos por meio do forjamento em matriz fechada.

A matriz de forjamento é fabricada com blocos de aço ferramenta para trabalho

a quente. As cavidades no bloco são produzidas por meio de usinagem, normalmente

envolvendo a eletroerosão. Para justificar o emprego destas matrizes, é necessário

um volume de produção elevado.

Em geral, cada matriz possui diversas cavidades. As primeiras têm a função de

desbastar e expandir a barra formando um esboço. Em seguida, este é forjado na

cavidade de “forja em bruto” para atingir uma forma próxima à desejada, sendo que a

maior parte da deformação ocorre nesta etapa. Depois, a peça é transferida à matriz

de acabamento, onde atinge as dimensões finais e ocorre o corte da rebarba,

conforme ilustra a figura 5.

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Figura 5- Etapas envolvidas na fabricação de uma biela automotiva. As cavidades 1 e 2

realizam o desbaste e a expansão, a cavidade 3 realiza o “forjamento bruto” e as cavidades 4 e

5 o acabamento e a rebarbação, respectivamente.

É importante que a quantidade de metal seja suficiente para preencher toda a

cavidade da matriz. Como é difícil colocar a quantidade exata de metal nas posições

corretas durante o desbaste e a expansão, é comum empregar uma quantidade de

metal ligeiramente acima do necessário. Quando a matriz executa a etapa de

acabamento, o excesso de metal forma uma rebarba de forjamento. A fim de evitar a

formação de uma rebarba muito grande, a matriz de forjamento é projetada como

uma calha de rebarba, conforme ilustra a figura 6. A etapa final no forjamento de uma

peça é a remoção da rebarba em uma matriz ou uma cavidade denominada de

rebarbação.

Figura 6- Calha de rebarba em uma matriz de forjamento.

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1.2 Laminação de chapas

O processo de deformação plástica dos metais no qual o material passa entre

rolos é conhecido como laminação. Na laminação, o metal é submetido a elevadas

tensões de compressão, resultantes da ação de prensagem dos rolos, e tensões

cisalhantes superficiais, resultantes da fricção entre os rolos e o material.

Figura 7- Arranjos típicos de rolos em laminadores.

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Detalhe do laminador a quente de tiras

Detalhe da laminação a frio de tiras

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1.3 Laminação de perfis

1.5- Trefilação de barras e tubos

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1.6- Extrusão

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1.7- Estiramento a frio