Matrizes para forjamento

1. As matrizes para forjamento estão sujeitas a grandes solicitações mecânicas, podendo chegar a tensões da ordem de 200 Kgf/mm2 bem como a solicitações térmicas, uma vez que o material forjado se encontra a temperaturas apreciáveis • Devido a essas solicitações, as matrizes devem ser construídas de materiais que apresentem as seguintes características: • alta dureza; • elevada tenacidade; • resistência à fadiga; • alto limite de escoamento; • alta resistência mecânica a quente; • tolerância contra oscilações térmicas. Matrizes para forjamento

2. Materiais para Matrizes • Forjamento a frio: • Para forjamento a frio são considerados os chamados aços “indeformáveis” , que são materiais, que apresentam pouca ou nenhuma alteração de forma e/ou dimensão durante o tratamento térmico. • Nas classificações AISI e SAE tais aços são designados pelas letras: • “O” - quando de baixa liga e temperáveis em óleo; • “D” - quando de alta liga e temperáveis em óleo ou ar

3. Materiais para Matrizes

4. Materiais para Matrizes Forjamento a quente: Esses aços são designados pela AISI e SAE com as letras H e dividem-se em quatro grupos: ao Cr-Mo - tipos H11, H12, H13 e H15 ao Cr-W - tipos H14 e H16 ao W - tipos H20, H21, H22, H24 e H26 ao Mo - tipos H41, H42 e H 43

5. Materiais para Matrizes

6. Materiais para matrizes • O tratamento térmico para matrizes deve ser especificado com base nas solicitações mecânicas. • Como valores orientativos temos que: • para forjamento a frio, durezas da ordem de 50 a 65 HRC • para forjamento a quente, durezas da ordem de 30 a 45 HRC

7. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento • Escolha da linha de aparte; • Desenho da peça para forjamento; • Cálculo da contração; • Obtenção das dimensões da rebarba; • Escolha do bloco; • Obtenção da matéria prima necessária; • Estimativa da carga de forjamento

8. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento • Escolha da linha de aparte • Para seleção da linha de aparte alguns critérios podem ser utilizados: • a linha de aparte deve estar posicionada de tal maneira que permita a fácil saída da peça de qualquer uma das duas metades da matriz; • preferencialmente a linha de aparte deve ser plana; • para peças simétricas a linha de aparte deve dividir a peça em duas partes iguais; Errado

9. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento • idealmente a linha de aparte deve se localizar em um ponto que deve ser o último a ser preenchido ; • em peças que serão usinadas posteriormente deve-se localizar a linha de aparte de modo que não dificulte a posterior fixação da peça na máquina

10. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 2. Desenho da peça para forjamento • Definida a linha de aparte já é possível saber a posição da peça na matriz de forjamento. • Assim sendo, partindo-se do desenho da peça usinada deve-se incorporar algumas alterações para que seja possível o seu forjamento. • Estas alterações são: • previsão de sobremetal para usinagem; • previsão de ângulos de saída para as superfícies que forem paralela a direção de forjamento; • previsão de raios de concordância para os cantos; • Definir as tolerâncias dimensionais do forjado de acordo com a Norma NBR 8999

11. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento

12. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 3. Cálculo de contração • Em peças forjadas a quente é necessário levar em conta a contração que irá ocorrer quando do seu resfriamento. Desta forma a cavidade na matriz será construída ligeiramente maior que as dimensões da peça a ser forjada. • Para se obter as dimensões na cavidade multiplica-se as dimensões correspondentes da peça pelo fator de contração, cujo valor é dado por: • FC = 1+ t x  • onde : • FC = fator de contração • t = temperatura do forjado - temperatura da matriz [C] •  = coeficiente de dilatação linear

13. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento Como valores práticos pode-se adotar: Tabela - Valores de contração para algumas ligas

14. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 4. Dimensões da rebarba • Como já foi dito a rebarba é responsável pela elevação da carga de forjamento, de forma a aumentar a pressão sobre o material no final da operação, garantindo assim o completo preenchimento de todos os detalhes da matriz. • Desta forma o cálculo exato da rebarba deveria ser feito levando em consideração este fato e portanto, deveria calcular o valor da pressão necessária e por conseguinte a as dimensões da rebarba que possibilitasse atingir esta pressão.

15. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento C= 2 x e W = 8 x e Dimensões de rebarba

16. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 5. Escolha das dimensões do bloco • As dimensões do bloco devem ser calculadas em função dos esforços a que a matriz estará sujeita, mas como uma primeira aproximação utilizam-se como valores mínimos os constantes na tabela k. • Os valores constantes da coluna 2 são para espessura mínima de parede em matrizes com apenas uma impressão • No caso de matrizes com mais de uma impressão a espessura mínima de parede é dada pela coluna 3 e o valor de “h” deve ser o menor, dentre as impressões • Para altura mínima do bloco, a coluna 4 apresenta valores e neste caso se o bloco possuir múltiplas impressões deve ser utilizado o “h” da maior impressão.

17. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento

18. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 6. Cálculo do blank Para obtenção da matéria prima inicialmente calculamos o peso do forjado como se segue: PF = PLF + POX +PR onde: PF = Peso bruto do forjado [Kg] PLF = Peso da peça forjada [Kg] POX = Peso do óxido que se forma durante o aquecimento no forjamento a quente e que para o aço pode ser estimado como sendo; 6 % do PLF se o PLF < 4,6 Kg 5 % do PLF se o 4,7Kg < PLF < 11,5 Kg 4 % do PLF se o PLF > 11,5 Kg PR = Peso da rebarba

19. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 6. Cálculo do blank – recomendações • Obtido o peso do forjado passamos a procurar a matéria prima em dimensões comerciais que melhor se adapte as condições de forjamento, tendo o cuidado de garantir que o comprimento do material jamais seja maior que 3 vezes a menor dimensão da base, isto para evitar a flambagem, quando da aplicação da carga de forjamento. • Em função da matéria prima escolhida, analisa-se a possibilidade de colocação do material na cavidade inferior da matriz. Se a colocação é possível e o material tem estabilidade suficiente para resistir os esforços de forjamento, a escolha esta terminada, caso contrário, por tentativas tenta-se encontrar um formato comercial que seja adequado as condições, • Se não for possível encontrar uma solução com as dimensões comerciais, isto implica que será necessário forjamentos intermediários de tal forma que seja possível colocar a matéria prima com estabilidade dentro das matrizes.

20. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 7. Estimativa da força de forjamento • O cálculo exato da força necessária para deformação no forjamento é extremamente difícil, pois alem da complexidade própria da deformação plástica já discutida, existe ainda o problema dos atritos da peça com a matriz, os problemas de resfriamento da peça em contato com a matriz etc... . • Em função disto realizasse uma simplificação até certo ponto grosseira que permite a estimativa da ordem de grandeza das forças envolvidas. • Para forjamento em prensa: onde : f = força de forjamento em ton Sp = Área projetada do forjado + rebarba na linha de aparte [mm2] k = coeficiente de complexidade do forjado  = tensão média de escoamento do material na temperatura de forjamento [ton/mm2] ( valor obtido em ensaios ou tabelas)

21. Projeto preliminar de uma matriz para forjamento 7. Estimativa da força de forjamento Valores de "k” para cálculo da força em forjamento com prensa

22. Para forjamento em martelo: onde: f = força do martelo em [Kgf] S = Seção do forjado na linha de aparte (sem a rebarba) [mm2] OBS: o valor de 8 [Kgf/mm2] deve ser usado para matrizes que possuem seções esboçadoras, já o valor de 18 [Kgf/mm2] deve ser usado para matrizes que possuem uma única impressão.

23. Força no forjamento livre DT= P.dh - Trabalho elementar R = P/A – Resistencia a deformação Vc ~ cte na deformação onde: P = Força de forjamento em Kgf V = Volume do corpo em mm3 R = Resistência real à deformação em Kgf/mm2 h0 = Altura inicial do corpo em mm h1 = Altura final do corpo em mm h = h0 - h1

24. CAE (Elementos finitos) no forjamento

25. CAE (Elementos finitos) no forjamento