forjamento a frio versus forjamento a quente

Forjamento a frio versus forjamento a quente

Quando se trata de forjamento a frio ou a quente, todos nós cometemos erros ao entender as diferenças. Nesse contexto, primeiro precisamos entender o que envolve o forjamento. E, na parte final do artigo, indicaremos as diferenças mais comuns entre forjamento a frio e forjamento a quente.

Semelhante a fundição de metais e processos de fundição como fundição de investimentoO forjamento de metais é uma parte muito essencial do setor de manufatura. Há muito o que entender com relação a esse tópico.

O processo de forjamento envolve o aquecimento, a deformação e o acabamento de uma peça de metal. Esse processo usa a força de um aríete em queda em uma bigorna ou em uma prensa de molde que envolve uma peça de metal e comprime o componente para forjar materiais em formas personalizadas.

As peças forjadas podem tolerar pressões severas e preservar a integridade estrutural sob estresse porque os grãos de metal se realinham quando aquecidos e dobrados.

O que é forjamento a frio

O forjamento a frio pode assumir várias formas, como encabeçamento a frio, dobra e trefilação a frio, para produzir uma ampla variedade de itens. O material e a forma da matriz, o material da peça de trabalho, o lubrificante e a temperatura são aspectos essenciais do processo de forjamento a frio.

Normalmente, o forjamento a frio ocorre em temperatura ambiente ou em uma temperatura em que a microestrutura do metal não se altera. É um método compressivo no qual o processo molda plasticamente as peças de metal comprimindo-as entre matrizes contornadas.

O processo começa com uma prensa quimicamente lubrificada que pressiona a barra sob pressões extremamente altas em uma matriz fechada. Depois disso, o metal flui e assume a forma apropriada.

Os materiais de forjamento a frio podem variar de ligas de baixo custo e aços carbono até aço inoxidável das séries 300 e 400, ligas de alumínio, bronze e latão.

Aplicação do forjamento a frio

Quando o processo precisa de 10 libras ou menos para forjar o peso das peças de forjamento a frio, o procedimento é mais econômico. Ele tem prioridade quando se trata de componentes integrais de projeto, como flanges embutidos e implementação de saliências.

As peças forjadas a frio são amplamente utilizadas na fabricação do setor automotivo para produzir componentes de direção e suspensão, sistemas de freio antibloqueio, eixos, bits, cubos de embreagem, engrenagens, pinhões, pinos, eixos intermediários e de passo e mangas.

Processo de forjamento a frio

  • Primeiro, esse processo lubrifica a peça de trabalho antes do forjamento para evitar a aderência da matriz e mantê-la fria durante todo o processo de conformação, pois a deformação pode gerar temperaturas que variam de 250° a 450°.
  • Segundo, coloque o componente de metal em uma matriz que tenha a forma da peça final. Você pode dividir a matriz em duas partes, uma ligada ao martelo e a outra sob a peça de trabalho. O martelo é o componente superior da peça de metal e o mecanismo de impacto que gera a força para dobrá-la.
  • Em terceiro lugar, realize a batida na peça de trabalho ou no curso usando um dos três mecanismos: hidráulico, pneumático ou mecânico. Cada técnica envia um eixo com o martelo para baixo com uma força considerável sobre a peça de trabalho para gerar a forma necessária.
  • Quarto, o Flash é um metal extra presente ao redor de uma matriz ou grupo de matrizes. Ele se projeta do corpo do forjamento como uma placa fina, onde remove as matrizes e durante o corte. O flash restringe o fluxo de metal, resultando em uma impressão precisa.
  • Em quinto lugar, determine a maneira de remover o componente de acordo com o tipo de procedimento. A maioria das fábricas modernas emprega automação, como um transportador ou mão robótica, para remover o item. Outra estratégia de redução de custos elimina a necessidade de manuseio de materiais.
  • Por fim, assim como outros aspectos do processo, ele pode assumir uma variedade de formas. Cortar e entregar a quantidade para expedição em situações que precisam de apenas uma matriz e um curso. Depois disso, transfira as peças com vários aspectos para várias operações de matriz para adicionar recursos.

Prós e contras

Vantagens comuns

  • O pré-processamento, a temperatura e o acabamento contribuem para o baixo custo do forjamento a frio. Outros métodos de modelagem de metal requerem alguma forma de pré-processamento, como o aquecimento da peça de trabalho.
  • Uma vez processada uma peça de trabalho no forjamento a frio, ela está completa e requer um acabamento mínimo, o que reduz os custos de mão de obra.
  • Como há muito pouco desperdício e sucata, o forjamento a frio pode economizar até 70% dos custos de produção em termos de materiais.
  • O forjamento a frio é um processo simples que envolve a colocação da peça de trabalho diretamente na máquina de forjamento, que produz uma peça acabada quase instantaneamente.
  • A eliminação dos requisitos de calor é a principal razão para a compatibilidade ambiental do forjamento a frio, uma vez que os gases e a fumaça do forno causam emissões significativas de carbono.
  • O forjamento a frio melhora o desempenho dos produtos ao reorganizar a estrutura de grãos da peça de trabalho para corresponder à configuração da peça final.
  • Trabalhar com metal pode levar a uma série de problemas. Ao aumentar a resistência geral do metal e minimizar a possibilidade de perda de integridade do material, o forjamento a frio evita alguns dos impactos negativos, como a fadiga por porosidade.
  • As peças forjadas a frio podem suportar muita pressão. A peça pode manter sua forma revisada mesmo quando forçada além de seu limite de elasticidade.

Outros benefícios

  • Durante toda a produção, ele mantém tolerâncias críticas e estreitas das peças. Elas foram meticulosamente recriadas até o ponto em que cada componente é uma réplica idêntica do original.
  • O forjamento a frio, diferentemente de outros procedimentos, proporciona flexibilidade criativa, permitindo a criação de curvas e formas complicadas que, de outra forma, precisariam de vários métodos secundários distintos e caros.
  • O forjamento a frio, diferentemente de outros procedimentos, proporciona flexibilidade criativa, permitindo a criação de curvas e formas complicadas que, de outra forma, precisariam de vários métodos secundários distintos e caros.
  • Embora existam diferenças nos processos de produção de forjamento a frio, a alta velocidade de fabricação do forjamento a frio pode criar até 400 peças por minuto. O único fator que afeta a velocidade do processo é o tamanho da peça.
  • O forjamento é possível com vários metais, inclusive metais duros, como aço carbono, aço-liga, aço inoxidável e metais macios, como alumínio, latão e cobre.

Desvantagens

  • O forjamento a frio não é perfeito. Como qualquer processo de produção, há limites e desvantagens no forjamento a frio que você precisará examinar antes de adotá-lo em seu próximo projeto de produção.
  • Você pode fabricar apenas formas e padrões primários em grande quantidade. Não é possível criar projetos exclusivos ou complicados por meio do forjamento a frio. Os níveis de deformação e os graus de modelagem são restritos, e os metais forjados a frio têm flexibilidade reduzida.
  • A alteração da estrutura de grãos do metal proporciona maior resistência, mas pode causar estresse residual.
  • Certos tipos de forjamento a frio precisam de tratamentos térmicos para remover quaisquer fraturas ou endurecimento por fluência.
  • Há uma restrição quanto aos tipos de metais que podem ser forjados a frio. Não se deve escolher aqueles com baixa plasticidade e suscetibilidade à deformação para endurecer, pois eles perdem a elasticidade e quebram sob tensão. Somente metais com dureza de HRC 44 na escala Rockwell podem ser utilizados.
  • As operações de produção precisam de uma quantidade considerável de força para fornecer a resistência à compressão e a pressão necessárias. Embora a inclusão da hidráulica e da pneumática tenha diminuído o tamanho do equipamento, ela não eliminou a quantidade de energia que as máquinas utilizam.
  • As ferramentas, matrizes e moldes devem ser cuidadosamente desenvolvidos, duráveis e potentes o suficiente para suportar o estresse contínuo de repetição.

O que é forjamento a quente

Aqueça o metal acima de sua temperatura de recristalização para forjamento a quente. Esse processo reduz a tensão de fluxo e a energia necessárias para produzir o metal, permitindo o aumento do ritmo de produção (ou taxa de deformação). O forjamento a quente simplifica a formação do metal e o torna menos propenso a fraturas.

As temperaturas padrão para forjamento a quente incluem: Ligas de alumínio (Al) - 360° (680°F) a 520°C (968°F); Ligas de cobre (Cu) - 700°C (1 292°F) - 800°C (1 472°F); Aço - até 1 150°C (2 102°F)

Aplicação do forjamento a quente

Normalmente, o forjamento Ho utiliza altas temperaturas no processo de recristalização. O método melhora a conformabilidade e permite que a microestrutura de granulação fina seja ajustada. O forjamento a quente, mais do que qualquer outro método de formação, é conhecido por sua enorme resistência e longevidade.

Ele também permitirá o forjamento a quente em situações em que cargas operacionais elevadas exigem requisitos de componentes especializados. Você pode se referir a essas peças como "Peças críticas para a segurança". Os setores automobilístico e aeroespacial são os principais compradores de peças forjadas a quente.

Processo de forjamento a quente

forjamento a frio versus forjamento a quente
Forjamento a quente

Primeiro, realize o processo de forjamento a quente na temperatura mais significativa possível sem destruir as propriedades metalúrgicas da liga (até 1250 °C para aço, 300 a 460 °C para ligas de alumínio, 750 a 1040 °C para ligas de titânio e 700 a 800 °C para ligas de cobre).

Em segundo lugar, a recristalização ocorre ao mesmo tempo em que a deformação, eliminando o endurecimento por deformação. Consequentemente, e para obter os melhores resultados, a temperatura de forjamento deve ser mantida acima de um determinado mínimo durante toda a operação, dependendo da liga.

Essa condição também elimina a possibilidade de falta de aplicabilidade, levando a fraturas, uma vez que diminui a flexibilidade em temperaturas mais baixas. Após o tempo, o procedimento de forjamento permanece abaixo dessas restrições de temperatura.

Quarto, se o processo não terminar o forjamento quando atingir o limite inferior, será necessário reaquecimento, se possível. Caso contrário, trate o item como forjado e faça o acabamento de uma maneira diferente. Como o intervalo de temperatura necessário para o processo de forjamento a quente é muito crítico, todas as ferramentas são aquecidas para evitar que o componente perca temperatura durante o estágio de forjamento.

Esse método levou a uma tecnologia de forjamento de matriz fechada exata e precisa, conhecida como "forjamento isotérmico".

Quinto, manter o aquecimento das ferramentas (realmente matrizes) na temperatura de forjamento desejada durante o forjamento isotérmico. Entretanto, dependendo do material e, portanto, da temperatura de forjamento, essa noção é implementada de várias maneiras. O material da matriz deve manter as características mecânicas elevadas necessárias para deformar o material do componente na temperatura de forjamento.

Em sexto lugar, o processo isotérmico pode variar de acordo com o material, por exemplo:

  • Como o alumínio esfria rapidamente e a temperatura de forjamento é baixa, é essencial para o forjamento de alumínio: todos os tipos de matriz devem manter as qualidades mecânicas necessárias.
  • Isso é possível para ligas de cobre e titânio se as matrizes forem de qualidade sofisticada (e cara).
  • Para ligas de aço, em que pouquíssimos materiais morrem para manter a tensão de forjamento de 1250 °C, isso é um desafio.

Como resultado, o forjamento isotérmico é incomum para ligas de titânio. E, altamente secreto para aço e ligas à base de níquel (dedicado aos discos de turbina mais difíceis para motores a jato, por exemplo).

Prós e contras

Vantagens

  • A principal vantagem do forjamento a quente é que o processo de recristalização elimina os efeitos de endurecimento por tensão quando o metal é deformado.
  • As peças têm maior elasticidade, o que as torna adequadas para uma ampla gama de aplicações.
  • Estrutura de grãos com homogeneização
  • A falta de porosidade permite uma ampla variedade de procedimentos de acabamento, como polimento e tratamento de superfície
  • Ao lidar com metais mais rígidos, como o aço, essa é uma técnica eficiente.

Desvantagens

  • As tolerâncias são menos exatas.
  • O empenamento do material durante o processo de resfriamento é uma possibilidade.
  • A estrutura de grãos do metal varia.
  • Possíveis interações entre o metal e o ambiente (formação de incrustações)

Forjamento a frio versus forjamento a quente

O forjamento a frio versus o forjamento a quente é um tópico muito importante a ser discutido atualmente. A contribuição desses dois processos é enorme. A diferença de temperatura entre o forjamento a quente e a frio é diferente. O forjamento a frio estressa e tensiona os metais à temperatura ambiente. Por outro lado, o forjamento a quente aquece os metais próximo ou em suas temperaturas de fusão.

A recristalização é a chave para a faixa de temperatura. O forjamento a frio ocorre antes da recristalização, enquanto o forjamento a quente ocorre após a recristalização.

Com base nos fatores a seguir, a decisão entre forjamento a frio e a quente é tomada:

  1. Equipamentos e usinagem de fabricantes: Para tirar o máximo proveito de seus equipamentos, os produtores se especializam em uma técnica ou outra.
  2. Demanda do cliente: Os engenheiros decidem sobre o procedimento ideal para gerar suas ideias durante a fase de design da criação de componentes.
  3. Tipos de componentes produzidos: O design do componente geralmente determina as limitações na seleção da técnica apropriada, pois determinadas peças só podem ser forjadas a quente. Em contrapartida, outras são ideais para forjamento a frio. Os componentes forjados a frio têm projetos básicos com poucos detalhes complicados, mas os membros forjados a quente podem ter elementos minúsculos microscópicos incrivelmente exatos.

Os fabricantes preferem o forjamento a frio sempre que possível, pois ele precisa de menos equipamentos e não inclui aquecimento, reduzindo substancialmente os custos de fabricação.

Resumo

O processo de forjamento envolve o aquecimento, a deformação e o acabamento de uma peça de metal. Há dois tipos de forjamento: forjamento a frio e forjamento a quente.

O forjamento a frio pode assumir várias formas, como encabeçamento a frio, dobra e trefilação a frio, para produzir uma ampla variedade de itens. Por outro lado, o forjamento a quente ocorre com o aquecimento do metal acima da temperatura de recristalização para forjamento a quente.

Apresentamos as diferenças comuns entre forjamento a frio e forjamento a quente entre os processos de forjamento a frio e forjamento a quente. Esperamos poder mencionar as diferenças específicas entre eles.

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