Revista Forge - Abril/2011

A Revista Internacional da Forjaria

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Abril 2011

Minimizando Vibrações dos MARTELOS DE FORJAMENTO Spray em Matrizes de Forjamento - Parte II Simulação dos Processos de Aquecimento por Indução Monitoramento de Tonelagem para Prensas Mecânicas Veja como participar na pág. 4

Parâmetros do Forjamento a Quente em Matriz Aberta

Soluções de indução.

Duros de bater!

Parceiro mundial para soluções confiáveis de indução Aquecimento por indução Sistemas de aquecimento por indução para conformação a quente e morno de forjados de barras ou tarugos Solda por indução, recozimento do cordão de solda e sistemas de aquecimento para tubos e perfilados Sistemas para aquecimento de tiras e lados de tiras Sistemas de têmpera e revenimento de produtos longos Soluções especiais para aplicações de aquecimento por indução

SMS-MEER Metalurgia do Brasil Ltda Al. Rio Negro 1.030, Conj. 803, 06454-020 Alphaville, Barueri, São Paulo, Brasil

Têmpera por indução Sistemas de têmpera e resfriamento por indução Sistemas de usinagem a laser Sistemas de têmpera por refusão Soluções especiais para aplicações de têmpera por indução Assistência técnica mundial Assistência rápida e qualificada Tempo de parada reduzido – maior produtividade

Fone: 11 4191-8181 Email: j.machado@sms-elotherm.com.br Fax: 11 4191-8177 Internet: www.sms-elotherm.com

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- Abril 2011

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CONTEÚDO

A R T I G O S

NÚMERO 6 • Abril 2011

Spray de Matrizes - Técnicas para Forjadores - Parte II

Os sistemas robotizados de borrifação de matrizes oferecem às forjarias muitas opções e flexibilidade para resolver problemas de lubrificação. Além disso, existe uma variedade de bicos de pulverização (ou borrifação) e de projetos de bocais (ou pontas) que podem ajudar a manter a qualidade e a consistência de um ciclo de forjamento.

16 Minimizando as Vibrações dos Martelos de Forjamento

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Enquanto os martelos de forjamento tornam-se mais rápidos e poderosos, também aumenta a necessidade de isolar suas vibrações. Este artigo analisa as formas de isolar ou minimizar a transferência de vibração para o chão da fábrica, os funcionários e os equipamentos adjacentes.

Simulando Processos de Aquecimento por Indução para Forjamento

Atualmente simulações avançadas por computador são utilizadas para modelar os processos de aquecimento e forjamento. Os projetistas do forjamento a quente tem ferramentas poderosas para reduzir os custos unitários e de adivinhação.

23 Monitoramento de Tonelagem em Prensas Mecânicas de Forjamento

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A tonelagem de uma prensa é uma das poucas variáveis que podem ser coletadas nos 1/50 de segundo que leva para fazer um forjamento. Esta é uma ferramenta importante na medição e monitoramento de tensões durante os ciclos de forjamento, e vai ajudá-lo a ver como as tensões afetam o desempenho e a vida de sua prensa mecânica.

Análise de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta

Este artigo avalia parâmetros do processo de forjamento em matriz aberta com base nas equações. Parâmetros como a força, deformação e dimensões intermediárias foram avaliados teoricamente e posteriormente comparados com resultados experimentais do forjamento em matriz aberta do aço ABNT 4140.

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CONTEÚDO SEÇÕES E COLUNAS

NA CAPA

Índice de Anunciantes...................................... 7 Editoriais: Dean M. Peters (EUA).......................................... 8 Udo Fiorini (Brasil)............................................ 10 Eventos........................................................... 11 Novidades....................................................... 12 Produtos......................................................... 14 Pioneiros........................................................ 15

A foto da capa deste mês é cortesia da empresa Midwest Tool and Cutlery Company (EUA).

Índice de Anunciantes

Editoriais

Página

Empresa

Telefone

Site

33

Febramec

51 3357-3131

www.febramec.com.br

11

Fuchs do Brasil

11 4789-2311

www.fuchsbr.com.br

13

Inductotherm

19 3885-6800

www.inductothermgroup.com.br

21

Luxor

11 2063-0877

www.luxor.ind.br

3ª capa

Max Gear

11 3404-9400

www.maxgear.com.br

34

Mercopar

0800 701 4692

www.mercopar.com.br

25

Metaltech

11 5585-4355

www.cipanet.com.br

4ª capa

Metaltrend

11 4058-7660

www.metaltrend.com.br

28

Moldes

11 5534-4333

www.abmbrasil.com.br

03

PressTrade

+49 7851-9376-0

www.presstrade.com

09

Senafor

51 3342-4316

www.senafor.com.br

2ª capa

SMS-Elotherm

11 4191-8181

www.sms-elotherm.com

20

Trebi

19 3288-0437

www.aquecimentoindustrial.com.br

08 DDC - Distúrbio do Déficit Comercial

(Por Dean M. Peters - EUA) O contínuo déficit do comércio exterior registrado pelos EUA é de preocupação constante e necessita de controle contínuo até que (ou se chegar a) seja revertido ou moderado. Os números são enormes – do tipo que os políticos deixam de lado com aparente impunidade e do tipo que são frequentemente esquecidos pelo cidadão comum que está muito ocupado tentando fazer as suas próprias contas fecharem.

10 Emergentes (Por Udo Fiorini - Brasil)

Quantas forjarias encontram-se instaladas no Brasil? Essa pergunta pode não ser tão simples de ser respondida, pois há uma dúvida: deve se separar o mercado de forja clássico do mercado de conformação?

Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 7

EDITORIAL

DDC - Distúrbio do Déficit Comercial DEAN M. PETERS, EDITOR

P

ara os leitores desta coluna, o que se segue pode ser um pouco como pregar para o coro. No entanto, o contínuo déficit do comércio exterior registrado pelos EUA é de preocupação constante e necessita de controle contínuo até que (ou se chegar a) seja revertido ou moderado.

Em 2008, os Estados Unidos tiveram um déficit comercial de quase US$ 700 bilhões com o resto do mundo. Então, com a recessão global e com as taxas de câmbio mais favoráveis em relação ao dólar dos EUA, o déficit comercial foi reduzido a US$ 375 bilhões em 2009. Em 2010, com a melhoria das condições econômicas, o déficit do comércio exterior tinha até setembro ultrapassado o total de 2009. Esses números são enormes – do tipo que os políticos deixam de lado com aparente impunidade e do tipo que são frequentemente esquecidos pelo cidadão comum que está muito ocupado tentando fazer as suas próprias contas fecharem.

Então vamos tentar fazer com que esses números sejam um pouco mais realistas. Primeiro, podemos estabelecer que sempre que temos um déficit comercial estamos importando mais bens e serviços do que exportando. Quando somos um importador líquido de bens e serviços, nos tornamos exportadores líquidos de nossa moeda e nossa riqueza.

O contínuo déficit do comércio exterior registrado pelos EUA é de preocupação constante e necessita de controle até que (ou se chegar a) seja revertido ou moderado.

Para fazer com que os números de déficit sejam mais significativos, vamos colocar o déficit comercial em uma perspectiva diária. Em 2008, exportamos US$ 1,9 bilhões todos os dias para nações estrangeiras com quem fazemos comércio; em 2009, o número médio diário caiu para US$ 1 bilhão; e ao longo dos três primeiros trimestres de negócios de 2010, nós estávamos exportando moeda à taxa de US$ 1,4 bilhões por dia.

Depois de décadas de divisas de exportação de moeda, a este ritmo, até mesmo o mais rico dos países acabaria por sentir os efeitos.

A dinâmica, a política e as doutrinas econômicas que regem a mecânica do comércio exterior são muito complexas. No entanto, 8

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Quando somos um importador líquido de bens e serviços, nos tornamos exportadores líquidos de nossa moeda e nossa riqueza. os efeitos líquidos das décadas que fizemos do dólar dos EUA nosso principal produto de exportação é muito mais simples. O chefe de família comum está tendo mais dificuldades econômicas do que tinha 20 ou 30 anos atrás. Talvez seja porque ele não economiza o suficiente (ou não possa economizar). Isto, por sua vez, pode ser porque os trabalhos realizados por este chefe de família, podem agora ser executados por alguém no México, Canadá, China, Japão ou Índia.

Dentro do contexto de déficits comerciais, a boa notícia é que os EUA é um exportador líquido de serviços, que incluem as taxas de licenciamento e royalties provenientes das exportações de propriedade intelectual (PI), tais como software e outros produtos. A má notícia é que as importações líquidas de petróleo, produtos petrolíferos e uma série de bens duráveis e não duráveis mantêm nosso comércio líquido em estado de profundo déficit. O perigo disso é que os déficits comerciais são financiados por dívidas. Dívida, em si, é uma ferramenta econômica útil, mas quando o vício é demasiado, ela pode se tornar prejudicial. Além disso, quando os países e culturas que adotam diferentes ideologias políticas, econômicas ou religiosas mantêm grande parte da sua dívida, o problema começa a surgir no horizonte - ou se manifesta através da intimidação política, encolhimento das esferas de influência ou mesmo o financiamento do terrorismo.

Como fabricantes, a indústria de forjamento de metais precisa lutar coletivamente para manter todos os empregos e toda a experiência que pode neste país, não como uma questão de segurança financeira, mas como uma questão de segurança nacional.

Dean Peters, Editor da Forge nos EUA

EDITORIAL Equipe de Edição Brasileira S+F Editora - (19) 3288-0437 - www.sfeditora.com.br ISSN 2178-0102

Udo Fiorini - Editor

udo@revistaFORGE.com.br • (19) 9205-5789

Sunniva Simmelink - Diretora Comercial sunniva@revistaFORGE.com.br • (19) 9229-2137

Emergentes

Alexandre Farina - Tradução Paula Fernanda Farina - Tradução Leonardo Fiorini - Tradução

UDO FIORINI, EDITOR

Escritório Corporativo nos EUA

R

ecentemente um fabricante de equipamentos dos EUA, procurando saber qual o tamanho do mercado que ele poderia atingir anunciando nesta revista, perguntou quantas forjarias encontram-se instaladas no Brasil. A pergunta mostrou não ser tão simples de ser respondida, pois começou com a dúvida de se separar o mercado de forja clássico do mercado de conformação. O fabricante de parafusos pode ser considerado como forjaria? Se ele utilizar prensas multiestágio de conformação, e ainda mais se for a quente, seguramente é uma forjaria. Ou será que todos os processos de fabricação de parafusos são de forja? E a metalurgia do pó, também se enquadra nesta categoria? Sem contar a conformação de tubos, perfis, etc. E a trefila?

Dúvidas a parte, pela experiência na área, informei prontamente ao anunciante os números requeridos. Mas na primeira oportunidade que tive, confirmei consultando o bem nutrido banco de dados que temos na editora. Ele me mostrou que não errei por muito na informação que havia passado ao fabricante americano. Conclui que deveria ir mais fundo, até para poder responder com mais exatidão no futuro, e procurei informar-me sobre o que o número de empresas do nosso mercado significa a nível mundial. Não sei se há estudos detalhados neste sentido, talvez as instituições oficiais tenham maiores informações a respeito, mas alguns dados que encontrei e que estão disponíveis na internet, são instigantes.

Assim, se utilizarmos como parâmetro o número de empresas associadas nas organizações que congregam as empresas do ramo registradas nas associações nacionais dos forjadores de diversos países, coletados em dados nos respectivos portais na internet, encontraremos: Brasil (Sindiforja) 47 empresas associadas, EUA (FIA, Forging Industry Association) 230 membros, India (AIFI, Association of Indian Forging Industry) 45, Europa (Euroforge) 350 e China (CCMI, Confederation of Chinese Metalforming Industry), 1239 membros.

O número de associados no Brasil parece normal. Também o das associações dos EUA e da Europa. O da Índia parece baixo, se considerarmos o tamanho de sua população e a indústria instalada. Mas o da China surpreende. E, mesmo se considerarmos que o instituto que congrega os forjadores na China também inclua as empresas de conformação de chapas, ainda assim o número é alto. É sabido que nós temos no Brasil um evento importante na área de forjaria, o SENAFOR. As conferências são divididas em forja, conformação mecânica, metalurgia do pó, e, começando neste ano, de materiais e processos de tecnologias renováveis. É o único evento da área de forjaria, e engloba todos os tipos de conformação: a frio, morno, quente, matriz aberta ou fechada, não ferrosos, etc.

Agora, voltando ao assunto China, surpreende e confirma a existência de um mercado expressivo o fato de existirem eventos muito diversificados na área, como, por exemplo, um congresso dedicado unicamente a discutir o forjamento em matriz aberta. Com 170 empresas chinesas participantes na última edição.

Tenha uma boa leitura!

Udo Fiorini, Editor da Forge no Brasil 10

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- Abril 2011

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EVENTOS MAIO 25-28 FEIMAFE 2011 - Anhembi - São Paulo, SP www.feimafe.com.br 25 - 27 Heat Treat China Show 2011 - International Convention Center - Beijing, China

JUNHO 28-02 JULHO Thermprocess - Dusseldorf, Alemanha www.thermprocess-online.com

JULHO 18-22 66º Congresso ABM - Centro de Convenções Frei CanecaSão Paulo, SP www.abmbrasil.com.br/congresso/2011/programa.asp

AGOSTO 02-05 Febramec - Pavilhão da Festa da Uva - Caxias do Sul, RS www.febramec.com.br 10-11 Moldes - Sede ABM - São Paulo, SP www.abmbrasil.com.br/seminarios/moldes/2011

SETEMBRO 12-16 Intermach - Expoville - Joinvilles, SC http://feiras.messebrasil.com.br/intermach/inicio.htm

OUTUBRO 04-06 III Termotech - Centro de Exposições Imigrantes - São Paulo, SP www.termotech.tmp.br 04-07 Fenaf 2011- Expo Center Norte - São Paulo, SP www.fenaf.com.br 05-07 31º Senafor - Porto Alegre, RS www.senafor.com.br 18-21 Mercopar - Caxias do Sul, RS www.mercopar.com.br

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NOVIDADES DA INDÚSTRIA

Enge Solutions lança serviço de limpeza de peças

Tradicional fornecedora de lavadoras de peças industriais por ultra som, a empresa Enge Solutions está abrindo uma nova unidade de negócios dedicada à análise de impureza e na prestação de serviços em limpeza de peças. A empresa informa que esse é um serviço comum em alguns países como Estados Unidos e Alemanha e será o primeiro na America do Sul. Em ambiente controlado, nessa unidade, podem ser analisados o residual de sujidade em peças diversas, e efetuada a limpeza em um equipamento multi-estágios, totalmente automático. Posteriormente é analisado o resultado, comparando o antes e o depois do processo.

Allegheny Technologies adquire Ladish

A Allegheny Technologies Inc., um produtor global de metais especiais, e a Ladish Co., forjaria de componentes metálicos avançados para a indústria aeroespacial e para mercados industriais em geral, anunciaram um acordo de fusão na qual a ATI vai adquirir a Ladish em uma transação envolvendo dinheiro e ações no valor de quase US$ 800 milhões. "O portfólio único de produtos líderes de mercado da ATI combinado com a tecnologia avançada de forjamento da Ladish, os investimentos em capacidades de usinagem e fundição criam uma cadeia de suprimento mais integrada, estável e sustentável para os setores aeroespacial, de defesa e mercados industriais", disse L. Patrick Hassey, CEO da ATI, nos EUA.

Ministério da Índia inícia divisão de forja

Vilasrao Deshmukh, ministro de indústrias pesadas da Índia, anunciou recentemente o lançamento de uma nova divisão de indústrias de forjamento no Instituto de Pesquisa Automotiva da Índia (ARAI) em Pune, que irá atender às necessidades da indústria automotiva. A divisão foi criada para cuidar de todas as questões relacionadas aos materiais forjados e processos associados de fabricação.

Treinamento em forjamento

Nos dias 14 e 15 de abril ocorreu no LdTM o 9º Treinamento em Forjamento - Introdução ao Processo de Forjamento.

Compareceram técnicos, engenheiros de empresas e alunos dos cursos de Pós-Graduação da área de Metalurgia e Materiais da UFRGS. As empresas presentes eram: Gerdau, Esperança Indústria e Comércio de Forjados, ENSIMEC - Engenharia de Sistemas Mecânicos, Indústrias Micheletto, Indústria Urso Branco, Famastil, Taurus Ferramentas, Zen Metalúrgica, Metalúrgica Schwarz, Eaton Ltda, Ferramentas Gedore, Stihl Ferramentas, Dana Indústrias.

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O treinamento conteve 10 grupos que foram treinados em diversas áreas da forjaria como: previsões, controle do processo, projeto de matrizes, entre outros. Nos primeiros grupos abordou-se a influência dos principais parâmetros de processo depois exemplos de cálculos e finalmente uma parte prática.

O próximo Treinamento está programado para o final de novembro de 2011.

Alcan Forging forma Joint Venture com parceiro na República Checa

A Alcan Forging, uma divisão da Alcan Engineered Products, entrou em uma joint venture com a Strojmetal Kamenice.

A joint venture, chamada de Alcan Strojmetal Aluminium Forging, vai desenvolver e fabricar peças forjadas, incluindo as peças de chassis automotivos, aplicações decorativas e componentes de powertrain, bem como produtos industriais à base de alumínio. A unidade de produção em Kamenice, que fica a aproximadamente 20 quilômetros a sudeste de Praga, na República Checa, irá adicionar linhas de prensas de extrusão de alumínio totalmente automatizadas para cumprir com a crescente demanda.

Böhler Edelstahl abre planta de forjamento

O ProForge Hall, maior projeto de investimento na planta da Böhler Edelstahl em Kapfenberg, Áustria, foi oficialmente inaugurado em 22 de setembro último. As instalações de produção abrigam uma máquina longitudinal de forjamento GFM RF100 com uma força de forjamento de 2.000 toneladas.

A nova fábrica de forjamento permitirá que a Böhler Edelstahl produza barras de aço de até 15 metros de comprimento, com diâmetro de até cerca de 550 mm e uma unidade de peso de até 8 toneladas. A capacidade da usinagem também foi ampliada com um novo torno mecânico pesado e um torno revólver vertical para fazer uso das novas oportunidades de forjamento de produtos de forma livre.

AAM forma Joint Venture com a Saab

A American Axle & Manufacturing (AAM), um fornecedor de sistemas de acionamento e sistemas de transmissão para a indústria automotiva, anunciou a formação de uma joint venture com a Saab Automobile AB, da Suécia. A nova empresa, e-AAM Driveline Systems AB (e-AAM), irá projetar, desenvolver e comercializar sistemas elétricos e de acionamento híbrido de tração em todas as rodas (all-wheel-drive) para veículos de passageiros e crossovers. A joint venture, que será controlada pela AAM e sediada em Trollhattan, na Suécia, iniciou suas operações em outubro último.

SIFCO Industries adquire ativos de forjamento da T&W Forge

A SIFCO Industries de Cleveland, Ohio, adquiriu empresas de forjamento e seus ativos da T&W Forge, Inc. (TSF) de Alliance, Ohio, EUA. A T&W é um fornecedor de componentes forjados para motores de turbinas a gás industriais. A empresa é conhecida principalmente por fornecer componentes forjados de alta qualidade, fabricados em múltiplas ligas, a

NOVIDADES DA INDÚSTRIA vários fabricantes de motores de turbinas a gás industriais. A transação, que inclui essencialmente todos os ativos e passivos operacionais da TSF, foi encerrada em 10 de dezembro de 2010.

Esta aquisição reforça de forma significativa a oferta da SIFCO Industries para além do mercado aeroespacial.

e Gianni Martinelli da Forging Technologies.

O quarteto de cordas “Só Elas”, composto de integrantes da Orquestra Sinfônica de Porto Alegre, tocou violinos, viola e violoncelo durante o jantar comemorativo, apresentando música clássica e popular.

SENAFOR completa 30 anos de realização

Sheffield Forgemasters realiza fundição com sucesso de grande lingote oco em ensaio

O 30º SENAFOR, que ocorreu de 20 a 22 de outubro último no Centro de Eventos São José, do Plaza Hotel São Rafael, em Porto Alegre, RS, teve uma comemoração especial: a festa de 30 anos da realização do evento. A organização do SENAFOR ofereceu aos presentes um jantar realizado no próprio hotel, na noite de 21 de outubro.

No encontro foram a entregues troféus a figuras ilustres do evento.

Através do presidente do SENAFOR, o professor dr. -ing. Lirio Schaeffer, foram homenageados, entre outros, o professor eng. Paulo Regner, presidente de honra do evento, Pedro Schmitt da Açopeças, Peter Bierhalter da Presstrade

A Sheffield Forgemasters (Reino Unido) anunciou a conclusão bem-sucedida de testes de uma fundição de lingote vazado de aço de 160 toneladas que pode ajudar a empresa a se capitalizar em setores-chave de geração de energia, incluindo energia nuclear. O lingote foi lançado na fundição Brightside Lane da empresa, em Sheffield, Inglaterra. A produção deste grande lingote oco poderia permitir que a empresa produzisse forjados cilíndricos altamente eficientes, eliminando muitos dos processos caros e de alta intensidade energética necessários para criar um forjado de forma tubular a partir de um lingote de aço sólido. A Sheffield Forgemasters informou que fundir o lingote vazado levou mais de 12 meses de investimento de suas instalações de P&D para refinar uma prática adotada apenas por poucas empresas no mundo.

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PRODUTOS Atlas Copco apresenta seu novo gerador portátil QAX 24 Atlas Copco

O QAX 24-70 é um gerador especialmente desenvolvido para aplicações portáteis nas quais a mobilidade, a durabilidade e a confiabilidade oferecidas são fundamentais. Foi projetado para resistir às mais severas condições de uso. Outra característica importante é o chassi 100% vedado, o que garante a retenção dos fluidos e elimina possíveis vazamentos ao solo, colaborando para reduzir o impacto ambiental do projeto em que estiver sendo empregado. O QAX 24-7 tem uma vida útil longa todos seus componentes são selecionados e testados o que reduz o custo de manutenção do equipamento.

Conta ainda com diversos opcionais, como suporte de apoio com roda giratória, sinalização rodoviária e cores especiais. www.atlascopco.com.br

Controlador de temperatura com rampa/ patamar e temporizador Coel

Os controladores K48P e K49P possuem 1 saída de controle (relé ou tensão) e até 2 saídas de alarme a relé, 4 funções de temporização (retardo, pulso, cíclico ou ciclo com 1 período) independentes do controle de temperatura, 2 entradas digitais que podem ser utilizadas para controlar o temporizador interno, a função rampa/ patamar, para mudança de set point, entre outras. Entrada configurável para termopar (J, K, S, R, T) ou termoresistência PT100. Pode ser configurado para aquecimento ou refrigeração, ou ambos, executando controle ON-OFF ou PID com auto-tune (configurável). Executa até 4 rampas e 4 patamares. É possível criar níveis de acesso à configuração, definido senhas e quais parâmetros serão acessados em cada nível. www.coel. com.br

Lubrika 404 Forgelube

A lubrificação das matrizes tem apresentado problemas de difícil resolução para os encarregados da produção, matrizeria, controle de qualidade e outras áreas com responsabilidade pela produção de forjados. LUBRIKA 404 está no mercado para levar às forjarias benefícios mensuráveis na produtividade do processo de forjamento, na redução das paradas improdutivas, no aumento da vida das matrizes, na melhoria da qualidade das pecas forjadas, na redução do scrap, no completo e melhor aproveitamento do preenchimento das matrizes, na diminuição do uso dos lubrificantes e em um melhorado e limpo ambiente de trabalho. www. forgelube.com

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Queimadores duoblocos

Holamaq Algumas de suas principais aplicações são fornos de cerâmica, tipo túnel e intermitentes, na fusão de não ferrosos em forno tipo cadinho ou forno rotativo, tratamento de superfícies, tratamento térmico, etc. Indicado também para aplicações que requerem um amplo campo de regulagem automática do queimador, que é capaz de operar em alto vácuo ou forte contrapressão.

Podem ser fornecidos separadamente, ou em sistemas de combustão, compostos de cavalete completo de gás conforme NBR 12313, painel de comando conforme NR 10, ventiladores com regulagem do ar por servomotor, e válvula proporcional ar/gás.

A temperatura do ar de entrada pode ser de até 100°C, e as capacidades vão de 10 kW a 1.750 kW com “turn down” de 20:1.

Os queimadores possuem pontos de tomada de pressão no ar e no gás, que propiciam regulagens bem próximas da estequiométrica, através de ábacos para cada modelo de queimador. www.holamaq.com.br

Termômetro infravermelho com mira laser

Itest O termômetro infravermelho modelo MT-395 fabricado pela Minipa é um instrumento digital portátil, com relação distância foco de 50:1, mira laser (classe II) com determinação de foco. Funções avançadas como registro máximo e mínimo, média, diferencial, hi e lo e desligamento automático. Realiza medidas de temperatura na faixa de -60ºC a +1500ºC através do infravermelho e -64°C a +1400ºC com termopar tipo k.

Utilizado para efetuar medições de pequenos objetos em lugares de difícil alcance, curtos-circuitos, sobrecargas, rotações, assim como locais onde temos alta temperatura, como caldeiras e fornos industriais. www.itest.com.br

Forno torre de fusão rápida de lingotes com perda de até 1%

Sauder O forno torre de fusão rápida de bacia basculante com câmaras encostadas, possui um processo de derretimento que ocorre no piso seco da câmara de fusão. O metal fundido flui para fora e entra num recipiente coletor ( câmara) localizado ao lado da câmara seca de fusão.

O carregador é composto por uma estrutura metálica especialmente desenhada para elevar a carga para a operação do forno.

No topo há uma cobertura de fibra cerâmica montada para reciclar os gases poluentes originados no processo de fusão bem como para reduzir o ruído da combustão. Suas principais características são: forno de fusão rápida com aproveitamento dos gases de combustão, câmaras duplas encostadas de fusão e espera e perda metálica de até 1% . www.sauder.com.br

Pioneiros Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer

L

irio Schaeffer nasceu em Piratuba, Santa Catarina, em 23 de junho de 1946.

Desde pequeno sonhava em se tornar engenheiro, sendo admitido em 1967 no curso de Engenharia Mecânica na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS, em Porto Alegre. Formou-se engenheiro mecânico em 1971, mas antes de concluir o curso, trabalhou como estagiário do setor de laminação na empresa Siderúrgica Riograndense, hoje Gerdau, no Rio Grande do Sul. Formado, continuou na mesma empresa, atuando como engenheiro assessor no setor de engenharia industrial. Ele explica que nesta fase de sua vida, o seu interesse já estava voltado à conformação, mas com mais ênfase na laminação. Acabou se desligando da Gerdau para fazer um curso de especialização na área de conformação mecânica, na Alemanha, que afirma, não existir no Brasil naquela época. Ele comenta que o fato de ter conhecimentos do alemão, que seus pais falavam em casa, ajudou na decisão de estudar naquele país.

Permaneceu na Alemanha de dezembro de 1972 a setembro de 1974, estudando na Universidade Técnica de Aachen, a R.W.T.H.A., Rheinisch – Westfälische Technische Hochschule, no Institut für Bildsame Formgebung, ou Instituto de Conformação Mecânica. Quando retornou ao Brasil, iniciou o seu mestrado na UFRGS, que concluiu em 1976, em engenharia de minas, metalúrgica e de materiais. Nesta mesma época, começou a lecionar na universidade. Ele comenta que seu início na área de forjamento deu-se em 1979, com o desenvolvimento de seu doutorado, que era baseado no forjamento do titânio. Para este doutorado ele novamente se dirigiu à Alemanha, à mesma universidade onde havia feito a pós-graduação. O doutorado foi concluído em 1982.

Lirio explica que nesta época, de volta ao Brasil, atuava como professor e coordenador do Laboratório de Conformação Mecânica e começou a investir em forjamento na UFRGS, inicialmente com a aquisição de uma prensa, seguido de um centro de pesquisa na área de forjaria. Desenvolveu a área de computação, para permitir a entrada de dados de materiais e possibilitar a realização de simulações de forjamento. Ele acredita que o laboratório que dirige seja hoje o mais importante pólo de desenvolvimento de tecnologias na área de forjamento no Brasil, por oferecer equipamentos e infraestrutura à altura dos requisitos atuais.

Na UFRGS fez praticamente toda a sua carreira profissional.

Atualmente é professor titular em diversas disciplinas nas áreas de engenharia mecânica e engenharia de minas, metalúrgica e de materiais, além de exercer a função de coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica, o LdTM. Também é presidente

da comissão organizadora do congresso SENAFOR, que neste ano completa sua 31ª edição prevista para 5 a 7 de outubro de 2011, em Porto Alegre. O SENAFOR é considerado o principal evento da área de forjamento em nosso país.

Foi em 1982, em conjunto com Paulo Nelson Regner, também professor na UFRGS, que surgiu a idéia de criar um fórum de discussão sobre conformação mecânica. Paulo Nelson Regner foi diretor da Albarus S.A., hoje Dana, da GKN e da Maxion Motores entre outras, sendo atualmente diretor da empresa Compete Consultoria.

Schaeffer diz: “Sempre trabalhei bastante vinculado á indústria, e em contato na época com a empresa Albarus, que tem uma grande forjaria, tivemos a idéia de fazer conferências nacionais da área de forja”.

Assim, foi realizado no final de 1982, o 1º Seminário Nacional do Forjamento, nome que originou o termo SENAFOR. Na época, o evento era realizado duas vezes ao ano, no primeiro e no segundo semestre. Após 1985, com a crescente inflação que assolava o Brasil, foi decidido realizar o SENAFOR uma vez ao ano. Em 1997 houve a necessidade de internacionalizar o evento, dada a crescente participação de palestrantes e assistentes estrangeiros, criando-se a 1ª Conferência Internacional de Forjamento. No ano seguinte, foi agregada ao evento a 1ª Conferência Nacional de Conformação de Chapas.

Lirio Schaeffer destaca a participação do Prof. Dr. -Ing. Reiner Kopp nas realizações do Senafor. Ele era na época diretor do instituto de conformação mecânica da Universidade Técnica de Aachen.

“A partir de 1982, quando terminei o doutorado, eu fiz uma cooperação intensa com a Universidade de Aachen, e desde então sempre tivemos um apoio muito forte por parte deles, inclusive na captação de recursos para a nossa universidade adquirir equipamentos.

Aliás, por este motivo, de ter ajudado a UFRGS a obter recursos, conseguimos a aprovação de um título de Doutor Honoris Causa ao Professor Kopp em 1999”, diz Schaeffer.

Em 2010 o SENAFOR completou sua 30ª edição, que foi comemorado com um jantar no Plaza São Rafael Hotel, em Porto Alegre.

Também foram homenageadas as pessoas que ajudaram a tornar o Senafor referência internacional. Assim, foi entregue o troféu “SENAFOR” ao Eng. Paulo Nelson Regner, ao sr. Pedro Schmitt, da empresa Açopeças, ao sr. Peter Bierhalter, da Presstrade e ao sr. Gianni Martinelli, da Forgitech. Também Schaeffer recebeu um troféu, simbolizando sua relevância no setor de forjaria em nosso país.

Com dois filhos formados, um na universidade e a esposa advogada, Lirio Schaefer construiu uma carreira dedicada ao mundo da forjaria. Ele é referência na área de forja no Brasil e no exterior e merecedor de estar na primeira coluna Pioneiros da revista FORGE. Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 15

Spray de Matrizes – Técnicas para Forjaria - Parte II Michael D. Forster Especialista em Automação Os sistemas robotizados de borrifação de matrizes oferecem às forjarias muitas opções e flexibilidade para resolver problemas de lubrificação. Além disso, existe uma variedade de bicos de pulverização (ou borrifação) e de projetos de bocais (ou pontas) que, quando devidamente integrados, podem ajudar a manter a qualidade e a consistência de um ciclo de forjamento.

N

a primeira parte deste artigo discutimos o quão importante é a automação para a indústria de forjamento. Começando com o mais básico da pulverização manual ou da umidificação de matrizes entre os ciclos da prensa ou do martelo, também revimos os sistemas de lubrificação estacionários e os sistemas reciprocadores de borrifação, em cada passo subindo a escada da complexidade, uniformidade e qualidade do revestimento. Neste artigo final, completamos a viagem através dos vários processos pelos quais as matrizes de forjamento são revestidas com lubrificantes e refrigerantes durante os ciclos de forjamento.

Configuração de bico de borrifação por spray para aplicação em matriz de virabrequim automotivo

que têm serviços de longa duração.

Aqueles que consideram o uso de estações robotizadas devem estar cientes dos requisitos de segurança que devem ser atendidos pelo uso de automação robótica. Nos Estados Unidos, a ANSI (American National Standards Institute) determina que um homem e um robô não podem compartilhar o mesmo espaço.

Assim, é necessária uma barreira de segurança. No caso em que um operador esteja movendo uma peça através da matriz, ele deve estar fora da área da matriz quando o robô estiver nela. Deve haver circuitos de segurança para garantir que se o operador estiver nesta área, o robô estará desativado. Isso pode ser feito com uma cortina

Sistemas de Spray Robotizados A pulverização robótica oferece ao forjador mais opções para resolver os problemas de lubrificação em matrizes. Os robôs vêm de fábrica com quatro ou seis eixos de movimento servocontrolados, com taxas de deslocamento superiores a 2,5 metros por segundo, precisão de +/- 0,00005 metros e taxa de tempo em atividade (uptime) de 98%. Os robôs podem estar entre as peças mais duráveis e confiáveis dos equipamentos de chão de fábrica.

O robô de pulverização permite todos os movimentos de lubrificação necessários para as peças forjadas mais difíceis: pulverização de varredura para moldes que a exijam, pulverização parada para bicos de pulverização do tipo “pinpoint” e pulverização padrão para peças que exijam uma lubrificação que duplica a peça a ser forjada (bielas, eixos e braços da roda dianteira). O forjador não se limita a dois planos, e a cabeça de pulverização pode ser girada em qualquer direção para acomodar a lubrificação de matrizes.

Todos estes movimentos e padrões de pulverização podem ser armazenados para uso futuro, e os novos trabalhos de lubrificação podem ser modificados a partir de programas de pulverização existentes. Isso faz com que a automação da pulverização robótica seja econômica para prestadores de serviço, bem como para aquelas 16

- Abril 2011

Spray robotizado em forma de leque borrifa lubrificante na matriz entre os ciclos de forjamento.

Spray de Matrizes Técnicas para Forjaria – Parte II

Sistema de bicos e coletor em plástico de alta densidade. Os bicos de pulverização passaram por 13 milhões de ciclos.

de luz, interruptor de limite ou interruptor de pressão.

pulverizar as matrizes, reduzindo o tempo de ciclo peça-a-peça.

Elementos Móveis (Walking Beams)

Bocal (ponta) e Bicos de Pulverização

Os mecanismos de lubrificação de matrizes com elementos móveis geralmente empregam bicos de borrifação estacionários montados no apoio ou no bloco da matriz. Estas condições nem sempre permitem o melhor ângulo de pulverização. Esta técnica acaba inundando a matriz para chegar à refrigeração e revestimento necessários.

Uma solução para este problema é conseguir o mesmo ângulo de pulverização como um reciprocador ou robô montando os bicos de pulverização nos braços dos elementos móveis. O movimento de aperto dos braços muitas vezes pode ser usado para carregar os bicos de pulverização sobre a área da matriz e, em seguida, pulverizar a matriz enquanto a peça está sendo transferida para a próxima estação. Nós adicionamos mecanismos reciprocadores para os braços dos elementos móveis, de modo que quando recebam o sinal para mover-se (para se segurar a outras peças), o reciprocador acionado a ar mova uma distância adicional para cobrir a matriz. Em seguida, a matriz é pulverizada enquanto a peça está sendo transferida para a próxima estação. Quando o elemento móvel chega ao ponto de colocar a peça na próxima matriz, o reciprocador se recolhe para fora da área da matriz. Isso deve resultar em melhor refrigeração, melhor revestimento, menor uso de lubrificante e uma melhor vida da matriz.

Um sistema de elemento móvel robótico usa uma série de mecanismos de fixação que se encaixam na peça ao longo da linha central da prensa de forjamento (não perpendicular à linha central como um elemento móvel padrão). Isso significa que os encaixes estão na parte central da prensa quando o robô vem para pegar a peça. Isso permite que os bicos de pulverização sejam montados entre os mecanismos de fixação. Enquanto a peça está sendo movida para a próxima estação, as matrizes podem ser resfriadas e revestidas, o que elimina a necessidade de outro equipamento para

Nossa definição de um bocal de borrifação é o ponto de saída do spray atomizado. Os bocais são usados para criar um padrão de pulverização para refrigeração e recobrimento das matrizes de forjamento.

Para a pulverização de varredura, usar pontas produzidas em série, com bicos em forma de leque ou cone, é possível porque você está passando sobre a matriz. Este tipo de borrifação pode ser usado, com pequenas modificações, para muitas configurações diferentes de matriz.

Para pontas de pulverização parada ou do tipo “pinpoint”, a configuração do spray de saída é de acordo com o formato da peça. Isso faz com que a ponta seja muito mais complicada, e seja configurada para um dado conjunto de matrizes. As vantagens deste tipo de pulverização são o rápido deslocamento para a área da matriz, a rápida execução da sequência de spray e a rápida retração a partir da área de matriz, o que diminui o tempo de ciclo de borrifação.

Para pulverização padrão, as pontas são configuradas em uma posição e o robô segue o formato da peça. Com muitas configurações de peças, este é o caminho mais eficiente para resfriar e revestir as matrizes.

Existem três tipos básicos de bicos de pulverização: inundação, atomizado interno e atomizado externo.

Em um bico tipo inundação, não é criada atomização. É basicamente uma mangueira despejando o lubrificante nas matrizes. Sistemas como estes são utilizados principalmente em elementos móveis. A desvantagem deste tipo de pulverização é que você somente usa uma pequena porcentagem do lubrificante em si. Ocorre muito transbordamento. Para tornar essa abordagem prática, é preciso reciclar e reconstituir o lubrificante. Isto requer a remoção do óleo usado e das partículas de metal, bem como Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 17

Sistema de Purga Automática de Água

Suporte de válvula e estação de bombeamento (incluindo válvulas, bombas, reservatório de ar, dosador, purga automática de água, e tanques não pressurizados de lubrificante e água)

analisar e adicionar produtos químicos para fazer o lubrificante completo. Isso cria um enorme conjunto de problemas em si.

Com bicos de pulverização interna atomizada, o lubrificante/ água encontra o ar de atomização em uma câmara no corpo do bico.

O spray atomizado, em seguida, viaja para a ponta. A vantagem da atomização interna é que você pode criar uma borrifação muito fina com velocidade. O spray pode viajar 3-4,5 metros além da ponta de pulverização, garantindo a penetração da barreira térmica e menor tempo de ciclo de pulverização. Além disso, permite uma infinita variedade de pontas de pulverização. O objetivo deste tipo de pulverização é de aplicar somente o que for necessário. A água transportadora do lubrificante é retirada, os sólidos são deixados na matriz na espessura correta e o spray é consistente ciclo após ciclo. A desvantagem da pulverização atomizada interna é a limitada distância entre o bocal e o bocal de borrifação. Se os dois estiverem separados por 3 metros ou mais, você começa a perder a atomização na linha e, naturalmente, o efeito do arrefecimento e de revestimento.

Em bicos de pulverização externa atomizada, o lubrificante não encontra o ar de atomização até que chegue à ponta de pulverização (ponto de saída). Embora esta técnica seja utilizada por alguns fornecedores, ela é relativamente nova e suas vantagens e desvantagens não são claras. Nosso entendimento é: ela permite que a ponta de pulverização esteja a mais longas distâncias do bico e evita que o sistema seja obstruído tão facilmente. Embora ainda estejamos avaliando o desempenho dos bicos de pulverização externa atomizada, ainda não estamos convencidos de que ofereça uma melhor atomização.

Nós temos observado os mais diferentes tipos de sistemas de pulverização e de bicos, mas a não ser que você tenha máxima eficiência do seu sistema de pulverização, você não obterá os necessários tempos de funcionamento requeridos.

18

- Abril 2011

O objetivo do sistema de purga de água é manter o sistema de pulverização da matriz limpo e livre de obstruções do lubrificante através da purga de água através dele. Existem vários projetos de sistemas de purga de água no mercado, mas esses sistemas são uma obrigação para aplicações em que você esteja pulverizando sólidos (como o grafite) em suspensão. Se eles não forem agitados ou movidos através das linhas do lubrificante pela pulverização, lubrificantes diluídos podem parar e fazer com que o sistema de bicos feche por entupimento.

Purgar o sistema de pulverização com água (bombear o lubrificante agitado de volta para o tanque e encher as linhas de lubrificação com água) quando a prensa é desligada para reparos ou para alterar a matriz garante que o lubrificante não vá parar nas linhas e evita entupimento dos bicos. Quando a reparação ou a alteração de matriz está completa, você carrega o sistema de pulverização com lubrificante agitado e deixa pronto para continuar com o processo de forjamento.

Nós reduzimos os problemas de entupimentos do spray em algo como 99% com purga de água, uma excelente taxa de sucesso.

Sistema Dosador Os dosadores são projetados para manter o lubrificante concentrado na proporção de diluição desejada para o produto que está sendo forjado. O conceito subjacente à utilização de dosadores é que a razão de diluição determina a espessura do revestimento sobre a matriz. Nós não acreditamos que uma pulverização deva levar mais tempo para obter um revestimento de matriz mais espesso, se necessário. Uma compreensão completa do processo de pulverização vai levar você a atingir a espessura de revestimento ideal sem ter de pulverizar mais. Quando você retira a água carregadora da formulação do lubrificante, os sólidos serão deixados na superfície da matriz. Ao controlar a razão de diluição do lubrificante, você pode controlar a espessura nas matrizes.

Isso nos leva a um ponto muito importante. O dosador deve ser confiável e oferecer resultados repetíveis, mantendo a razão de diluição do lubrificante agitado de forma mais consistente o possível.

Conclusão Existem diversas técnicas, sistemas especializados e equipamentos dedicados a manter as matrizes lubrificadas e refrigeradas entre os ciclos de forjamento. A aplicação efetiva dos lubrificantes é vital para o sucesso e o custo-efetivo do processo de forjamento a quente e para prolongar a vida útil da matriz.

O autor Michael D. Forster tem 30 anos de experiência como integrador de automação para instalações de forjamento. Ele pode ser contatado em 1+ 614-371-0150

Figura 1.

Elastômero isolador e isolador por mola amortecido por viscosidade

Isolando as Vibrações dos Martelos de Forjamento Steve Veroeven, PE Vibro/Dynamics Corporation Enquanto os martelos de forjamento tornam-se mais rápidos e poderosos, também aumenta a necessidade de isolar suas vibrações. Este artigo analisa as formas de isolar ou minimizar a transferência de vibração para o chão da fábrica, os funcionários e os equipamentos adjacentes.

D

urante a revolução industrial, os métodos de forjamento de metais em formatos desejados aumentaram em alcance e velocidade desde suas origens na ferraria para as grandes plantas industriais com martelos a vapor, pneumáticos ou hidráulicos. Como o tamanho das peças e as velocidades de forjamento aumentaram, o mesmo aconteceu com a vibração do processo. As primeiras tentativas de reduzir o choque envolveram madeira, couro, borracha não-vulcanizada, solos soltos e por vezes, a combinação destes materiais.

Os modernos martelos de forjamento são mais massivos e poderosos do que os projetos iniciais. Por conseqüência, os fabricantes e usuários de martelos reconhecem que os sistemas de isolamento de vibração são desejáveis devido ao melhor ambiente de trabalho e para minimizar o efeito de vibrações nos equipamentos ao redor, tais como fornos e máquinas-ferramentas. Este artigo vai abordar as questões técnicas envolvidas no isolamento de martelos de forjamento.

Isolamento de Martelos de Forjamento Dois modelos principais são utilizados em sistemas de isolamento modernos: molas helicoidais e sistemas à base de elastômeros. As molas helicoidais adicionadas a amortecedores fornecem o melhor desempenho em isolamento, mas tem maior custo inicial e aumentam as preocupações no tocante à manutenção. Os amortecedores por atrito e do tipo viscoso adicionados aos isoladores por mola são difíceis de proteger de inundações do poço, carepas e outros detritos.

As molas helicoidais também são suscetíveis a danos causados por detritos e fadiga por muitos golpes de forjamento.

Sistemas à base de elastômeros ou borracha vulcanizada geralmente são mais duros e, portanto, um pouco menos eficazes em isolar o choque do martelo. A maioria dos elastômeros modernos é resistente à contaminação por óleo e água. Eles também têm uma histerese de amortecimento em que o material dissipa o movimento do sistema por calor. Os sistemas de isolamento por elastômeros oferecem um

desempenho superior em comparação à madeira e sistemas finos de coxins sem a maior massa de inércia, os problemas de inundação e de manutenção mais elevados, associados com isoladores do tipo mola.

Eles são fáceis de instalar e manter, e são duráveis.

A análise do sistema de isolamento do martelo pode ser melhor compreendida, separando o curso de forjamento em três segmentos: quando o pistão está em queda, quando está realizando o trabalho e quando recua.

Quando o martelo está descendo A capacidade do martelo é classificada pela energia que pode ser entregue pela massa em queda, o que inclui o pistão e a matriz superior.

A maioria dos martelos são projetados de tal forma que o peso em queda impacte sobre a peça a 6-7 metros/segundo (18-23 pés/segundo).

A capacidade de energia é encontrada através da seguinte equação: 2 1 –– w E = –– 2 • g • Vi

A massa em queda é calculada tomando o peso em queda, w, e dividindo-o por uma gravidade, g (9,8 m/s2 ou 32,2 pés/s2). A velocidade de impacto, Vi, deve estar em unidades de m/s ou pés/s.

As unidades de capacidade de energia, E, são Joules por força métrica e pé-libra para a medida imperial.

Os martelos que operam levantando a massa e liberando-a sob a gravidade que fornece toda a aceleração são chamados “martelos de queda”. Sua capacidade de energia pode ser determinada pela multiplicação do peso pela altura de queda, h, da seguinte forma: E = wh Os martelos que aceleram a queda da massa através de um pistão movido por pressão de vapor, hidráulica ou pneumática batem com maiores taxas de golpe. Nesses sistemas, amortecimento suficiente deve ser aplicado de modo que haja pouco ou nenhum movimento quando ocorra o próximo golpe. Se o sistema estiver se deslocando Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 19

Isolando as Vibrações dos Martelos de Forjamento 100 Golpe de acabamento da matriz de forjamento

Força do golpe na peça

Força máxima da matriz %

95 90 85 80

Golpe de acabamento do martelo com matriz aberta

Golpe de esboço do martelo com Golpe de esboço da matriz aberta matriz de forjamento

75 70 1 10 Razão da massa da bigorna para o peso em queda

100

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 Deformação da peça, polegadas

Figura 2. Força máxima da matriz em relação à massa da bigorna, que é de 100 vezes a massa do pistão

Figura 3. Relação da força do golpe do martelo com a deformação da peça

para baixo quando chegar o próximo golpe, o golpe vai aumentar a amplitude do movimento de queda mais do que o curso anterior, possivelmente sobrecarregando o sistema de isolamento. Se a queda da massa for acelerada rapidamente pelo pistão, o recuo pode descarregar o sistema de isolamento, possivelmente levando à instabilidade. Saber a velocidade do impacto e o peso em queda é fundamental para projetar um sistema de isolamento adequado.

O curto período de tempo em que o pistão faz contato e deforma a peça é o mais importante da operação do martelo. Na prática, a magnitude do golpe e sua duração podem variar significativamente. Golpes de matrizes abertas quentes geralmente geram menor magnitude e maior duração de tempo entre o pistão/peça/bigorna de um golpe de acabamento. Os construtores de martelos entendem que para desenvolver força máxima sobre a peça, a bigorna deve ter muito mais massa do que o pistão. A Figura 2 mostra a força teórica do martelo em relação a uma bigorna de massa extrema, que é 100 vezes maior que o

Quando o martelo está realizando trabalho

20

- Abril 2011

Isolando as Vibrações dos Martelos de Forjamento 1000

m2

K

ξ

Peso total do martelo, toneladas

900 800

Isolador de mola helicoidal 7mm de pico de movimento máximo Freqüência natural de 4hz Freqüência natural de 7hz

700 600 500 400 300 200 100

Isolador de elastômero Frequência natural 8-9 Hz

0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Energia do martelo, KJ

Figura 4. Modelo para um grau de liberdade do sistema de martelo

Figura 5. Peso do martelo exigido para atingir um pico máximo de resposta de 7 mm

pistão.

A utilização de sistemas de isolamento macios vai diminuir um pouco o pico de força do golpe, um efeito de grande preocupação para os usuários de martelos. No entanto, este efeito é exagerado.

Visto que a bigorna tem muito mais massa que o pistão e que a força do golpe é de curta duração, a redução da força é muito pequena, geralmente inferior a 0,02%.

Os sistemas de apoio do martelo utilizando madeira de carvalho podem servir como referência para comparar outros sistemas de

isolamento. O tempo para uma oscilação da bigorna é o período natural do sistema de martelo. Mesmo com o apoio de madeira, o período natural do martelo é geralmente maior do que o tempo em que o pistão está em contato com a peça. Isso é conhecido como a duração do impulso de choque. A vibração transferida para a fundação, que normalmente seria de grande magnitude e curta duração sobre um sistema de madeira, é reduzida para muitas oscilações de menor magnitude e menor duração, com um sistema de isolamento.

O choque transmitido do martelo é reduzido se o período natural

Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 21

Isolando as Vibrações dos Martelos de Forjamento sistema com único grau de liberdade é idealizado como uma mola e um amortecedor simples, como mostrado na Figura 4.

A rigidez dinâmica, K, do sistema de isolamento determina a quantidade de movimento e força transferida para a fundação. O componente de amortecimento, x , do sistema dissipa energia como calor.

Após o pistão ter atingido a peça e seu impulso ter sido transferido para a bigorna, ele irá oscilar em torno da posição de equilíbrio em cima do sistema de isolamento a que é chamada de frequência natural do sistema de amortecimento, dada por:

50

Força transmitida, tons

40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Tempo, segundos

Figura 6. Força transmitida do golpe do martelo contra o tempo

do sistema é pelo menos seis vezes maior do que a duração da força do choque. O perfil da força exercido sobre a bigorna durante a deformação da peça não faz muita diferença na força transmitida ou na resposta do movimento da bigorna, se um sistema de isolamento macio é usado. O tempo de duração para vários golpes varia de acordo com o material, o trabalho e o martelo.

A colisão entre o pistão e a peça transfere o impulso do pistão em movimento descendente da bigorna e no recuo para cima do pistão.

Uma vez que o pistão e a bigorna atinjam a mesma velocidade, o pistão termina de fazer trabalho sobre a peça. Após este momento, o pistão recua para cima e a bigorna continua a viajar para baixo.

Quando o pistão recua Uma vez que o trabalho tenha sido feito sobre a peça e o pistão esteja recuando, o impacto do pistão é transferido para a bigorna, e o sistema de isolamento controla o movimento e as forças transmitidas. Dado que o impulso do choque é de curta duração, o sistema do martelo pode ser modelado com precisão usando o princípio da conservação do momento. Apesar de alguma energia ser transferida para a peça com o impacto, a conservação das leis de movimento ainda se aplica. m1vi + m2v2i = m1vf+m2v2f Onde: m1 = massa do pistão; m2 = massa da bigorna; vi = velocidade do pistão imediatamente antes do impacto; v2i = velocidade da bigorna imediatamente antes do impacto; vf = velocidade do pistão imediatamente após o impacto; e v2f = velocidade da bigorna imediatamente após o impacto.

O pistão não vai recuar na mesma velocidade em que caiu; esta mudança pode ser analisada pelo Coeficiente de Restituição, CR, definido como: v2f – vf CR = ––––––– vi – v2i Operações de forjamento com matriz aberta que causam deformações muito grandes em uma peça quente, terão valores de CR baixos. Enquanto a peça esfria com pouca deformação ocorrendo, como no caso de golpes de acabamento em um forjamento em matriz fechada, os valores de CR são maiores.

Se a fundação é grande e é apoiada em solo decente ou existem estacas presas à rocha, a fundação pode ser considerada rígida, e o sistema tem apenas um grau de liberdade na direção vertical. Este 22

- Abril 2011

Com os modernos compostos de elastômeros, frequências naturais verticais de 8 Hz (Hertz = ciclos/seg) são alcançáveis. As molas helicoidais podem atingir freqüências naturais de 5-7 Hz em martelos diretamente suportados, sem a adição de massa de inércia. Sistemas de molas helicoidais com massas de inércia significativas foram instalados com frequências naturais de 2-3 Hz para o melhor isolamento atualmente possível. A eficiência comum de isolamento é a redução de 60-80% em comparação aos sistemas tradicionais de madeira de carvalho.

Em Conclusão O movimento de um sistema de martelo é reduzido quando o peso da bigorna ou a frequência natural são maiores. Se um limite geralmente aceito de cerca de 7 mm de pico de movimento for aplicado, então, para sistemas de mola helicoidal e de elastômeros, pode haver a necessidade de a bigorna pesar mais para evitar movimento excessivo, como mostrado na Figura 5.

Pela Lei de Hooke, a força transmitida à fundação é o produto da rigidez dinâmica do sistema de isolamento e do movimento da bigorna. Como o movimento de um sistema elastomérico é significativamente menor do que de um sistema isolador por mola helicoidal, o amortecimento pode ser menor e ainda assim manter um sistema estável.

As forças geradas no espaço da matriz são enormes, apesar de sua magnitude exata e a duração serem geralmente impossíveis de serem medidas. No entanto, operadores de martelos experientes notam uma redução significativa na fadiga no corpo e braço em um martelo isolado em relação a um projeto tradicional de madeira ou apoiado em bloco fino. A aplicação correta de um sistema de isolamento bem projetado vai resultar em uma redução significativa do impacto do choque do pistão. O sistema de isolamento transforma o impacto do choque de uma série de impulsos de curta duração e grande magnitude em uma série de impulsos de maior duração e menor magnitude, como mostrado na Figura 6. O isolamento desses impactos vai diminuir problemas de saúde dos trabalhadores, manutenção da construção, reclamações dos vizinhos e custos de fundação. As equações para o movimento da bigorna e a força transmitida à fundação são complexas. Em geral, a força transmitida à fundação pode ser reduzida através da adição de massa na bigorna ou utilizando isoladores mais macios, com menores frequências naturais.

O autor Steve Veroeven PE, é vice-presidente de engenharia da Vibro/Dynamics Corporation, Broadview, Illinois, EUA. Ele pode ser contatado em +1-800-842-7668 ou sveroeven@vibrodynamics.com.

A Vibro/Dynamics Corporation tem mais de 40 anos de experiência na instalação de isolamentos em prensas de estamparia e forjamento e mais de oito anos de experiência na instalação de martelos. A Vibro/ Dynamics agradece o feedback dos usuários e OEMs de martelos sobre este artigo. Para mais informações visite www.vibrodynamics.com.

Simulação dos Processos de Aquecimento por Indução para Forjamento

Figura 7. O perfil de temperatura de uma peça após o forjamento do estágio inicial e ao acabado, como simulados pelo Simufact.forming.

Cortesia da Cornell Forge

Donald A. Gibeaut, Stephen H. Klostermeyer; ABP Induction LLC Arjaan Buijk; Simufact Americas LLC No passado, o aquecimento por indução adequado dos tarugos de forjamento apresentou desafios para o forjador que só poderiam ser resolvidos através da tentativa e erro. Agora, usando simulações avançadas por computador para modelar os processos de aquecimento e forjamento, os projetistas do forjamento a quente tem ferramentas poderosas para reduzir os custos unitários e de adivinhação.

U

m objetivo de cada forjador é de obter o melhor processo de aquecimento possível para a sua aplicação no que diz respeito à uniformidade da temperatura, consumo eficiente de energia, taxas de soldagem e taxas de formação de carepa. Quando da criação de uma nova linha ou das alterações para a produção de uma nova peça, um dos maiores desafios é determinar a melhor configuração para o sistema de aquecimento dos tarugos, a fim de garantir o perfil adequado de temperatura quando o tarugo quente entra no processo de forjamento (Figura 1).

Instalação Manual e Configuração

bobina versus a “regra do dedo” ou o ensaio caro e a análise de erros (Figura 6).

Simulação do Aquecimento por Indução Por muitos anos, os fabricantes de equipamentos de indução utilizaram complexos programas para cálculo de bobina desenvolvidos na própria fábrica e software de simulação de processo para concepção e design de sistemas de forjamento. A simulação do aquecimento por indução é muito complexa por causa da freqüência selecionável e dos níveis de potência ajustáveis disponíveis. Além disso, o efeito da freqüência sobre a profundidade da penetração da corrente varia por um fator de valor quatro durante o processo de aquecimento, enquanto a peça passa da parte abaixo do ponto de Curie (temperatura de Curie) para acima dele, para condições não-magnéticas. Influências adicionais incluem a resistividade do material, faixa de acoplamento da bobina, cancelamento da corrente e as taxas de rejeição.

No passado, a única maneira de alcançar esse equilíbrio delicado era por meio do processamento demorado e dispendioso dos tarugos para determinar a “receita” certa. Este processo manual de tentativa e erro gera uma quantidade significativa de perda de tempo de produção e de tarugos sucateados. Em alguns casos, como quando se avalia a possibilidade de adicionar uma nova peça na linha, o processo de teste manual não pode nem mesmo ser uma opção se a forjaria não tiver a bobina de indução apropriada Figura 1. Tarugo aquecido por para a nova peça. A nova tecnologia de simulação indução surge pronto para permite a rápida análise da relação de tamanho peçaforjamento.

Pacote de Software Disponível para Usuário Como a tecnologia de computação tem progredido, o poder computacional contido em um PC comercial é suficiente para executar os complexos algoritmos necessários para simular todas as variáveis que Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 23

Simulação dos Processos de Aquecimento por Indução para Forjamento

entram em uma simulação do processo de aquecimento.

Para este fim, a ABP Induction desenvolveu o THERMPROF, um pacote de software de simulação de processos de aquecimento, Figura 3. Visualização do perfil térmico que oferece da seção transversal de um tarugo Figura 2. Simulação dinâmica do processo de aquecimento o poder de programas complexos de um fabricante de indução em um através do seu ciclo de aquecimento completo (Figura 2). Para obter programa de fácil utilização. Este programa baseado no Windows mais informações sobre a temperatura do tarugo, uma outra janela é oferecido aos usuários finais em conjunto com o conceito ABP pode ser aberta na qual a distribuição de temperatura dentro do Zone Control para aquecimento de forjamento. Esta abordagem tarugo é mostrada em uma visualização em 3-D a cores (Figura 3). multi- conversora de aquecimento permite que a entrada de energia Esta visualização pode ser vista de qualquer posição dentro da zona seja regulada zona por zona, oferecendo uma grande flexibilidade de aquecimento movendo um indicador, que representa o tarugo ao para lidar economicamente com as diferentes dimensões de peças. longo do comprimento do aquecedor. A temperatura, uma vez que O software de simulação é usado para encontrar as configurações o tarugo tenha deixado o aquecedor, também pode ser analisada, corretas para acionar individualmente os módulos do conversor sem já que é possível definir o número de segundos desde a saída da testes lentos e dispendiosos. Isso permite que o perfil de temperatura última bobina à primeira operação de conformação. Isso oferece ao esperado seja computado e o aquecimento otimizado de acordo com usuário o controle total da temperatura do tarugo durante todo o os aspectos individuais do trabalho. Juntamente com as dimensões processo de aquecimento até o primeiro estágio de conformação. físicas do tarugo, a taxa de transferência necessária, a média espeAlém disso, o consumo de energia, custo de material, e as perdas rada e o desvio admissível da temperatura do tarugo em cada zona por carepa são analisados, possibilitando ao usuário minimizar o controlada separadamente podem ser estipulados. As funções do custo unitário de qualquer operação de forjamento. O conversor de software se estendem para exibir a história térmica da peça forjada carga e a temperatura são monitorados a fim de evitar a sobrecarga a partir de seu aquecimento inicial e até a sua primeira deformação. do conversor e impedir o superaquecimento localizado do tarugo, onde a temperatura máxima local admissível para cada seção da zona Visualização Dinâmica do Processo de Aquecimento separadamente controlada pode ser definida pelo usuário (Figura 4).

O resultado é um gráfico dinâmico da curva do processo que Outra aplicação é uma calculadora de estimativa de custos. Ele conapresenta o núcleo, a superfície e a temperatura média do tarugo sidera o consumo de energia, os custos de material no que diz respeito a perdas por carepa e de desgaste das matrizes contra a uniformidade da distribuição de temperatura dentro dos tarugos na primeira conformação. Isto permite que o custo da unidade aquecida seja calcula-

Figura 4. Tela de dados principal do THERMPROF

24

- Abril 2011

Figura 5. Tela de análise do cálculo do custo

Simulação dos Processos de Aquecimento por Indução para Forjamento

Figura 6. Análise do acoplamento da Bobina

do com precisão para uma simulação de peça específica (Figura 5).

Integração do Software de Simulação do Forjamento A saída do software THERMPROF, usado em combinação com o processador principal do sistema de aquecimento Prodapt-FX da ABP, pode controlar e otimizar o desempenho em todas as condições de funcionamento. O hardware Prodapt-FX incorpora um controlador CLP e tem um painel de controle amigável HMI com tela touch screen e teclas de função. Isso permite que o operador do forjamento analise visualmente os principais componentes do sistema, bem como o processo de aquecimento, para rapidamente fazer as alterações desejadas nos parâmetros do processo, se necessário.

Importando Dados da Simulação do Aquecimento Os projetistas de forjamento a quente que realizam a simulação do fluxo de metal, muitas vezes começam com uma suposição inválida da temperatura inicial do tarugo. O pressuposto é de que a temperatura inicial do tarugo é uniforme. Na realidade, porém, a temperatura do tarugo não é uniforme, e isso vai afetar o fluxo de material.

A tensão de escoamento varia em função da temperatura e, se a temperatura inicial não está corretamente definida, pode levar a problemas inesperados no fluxo de material. A única solução até agora é fazer suposições baseadas em experiência e medições reais, e em seguida inicializar a temperatura do tarugo com esses dados aproximados.

No entanto, durante a Feira de Hannover em 2009, uma solução melhor foi proposta para os clientes que usam o software Simufact.forming para simulação de procesos de conformação metálica da Simufact Engineering GmbH. A ideia foi criar uma interface entre o software de simulação de perfil térmico ABP THERMPROF com o software Simufact.forming, permitindo que projetistas de forjamento a quente

levem plenamente em consideração os resultados do Zone Control, controle em zona modular do processo de indução de aquecimento, da ABP durante as simulações de fluxo e metal (Figura 7).

O software Simufact.forming permite simular processos em 3-D e/ou 2-D, utilizando 2 tipos de métodos de solução numérica:: Método dos Elementos Finitos e Método dos Volumes Finitos.

Exemplos típicos de simulações são o forjamento a quente e a frio, vários tipos de laminação, treflilação, conformação de chapas, incluindo análise de tensões e desgaste de ferramentas e matrizes.

Um dos benefícios obtidos com estas simulações é a detecção precoce de falhas no processo, tais como falha no preenchimento da matriz, criação de dobras e trincas.

As simulações permitem também calcular a força e energia necessária das prensas e as tensões residuaisna peça após a conformação.

Conclusão Avanços contínuos na tecnologia de simulação permitem que os forjadores tenham mais flexibilidade e opções em seu planejamento de produção através da análise de diferentes alternativas de processos, geometrias e materiais. A simulação do processo de aquecimento por indução para forjamento pode auxiliar na otimização do perfil de aquecimento para maximizar a produção e minimizar o consumo de energia. A integração da simulação de indução térmica, com a simulação de conformação estabelecem um novo nível de sofisticação em simulações de forjamento não disponível até então.

O autor Klostermeyer Stephen é vice-presidente de Vendas & Marketing - Aquecimento Brookfield, Wisconsin. Ele pode ser contatado através de stephen.klostermeyer@abpinduction.com. O autor Don Gibeaut é um líder de forjamento. Ele pode ser contatado através de donald.gibeaut@abpinduction.com. O autor Arjaan Buijk é Diretor Geral da Simufact-Américas LLC, emPlymouth, Michigan, e pode ser contactado através de arjaan.buijk@ simufact-americas.com. Para mais detalhes sobre o THERMPROF visite www.ABPinduction.com/heating. Para mais detalhes sobre o Simufact.forming, visite www.simufact-americas.com ou entre em contato com Paulo Sauer ( representante da SIMUFACT GmbH no Brasil ) através de paulo.sauer@simufact-americas.com.

Revisão de tradução gentilmente cedida por Paulo Sauer Simufact Brasil.

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Monitoramento de Tonelagem para Prensas Mecânicas de Forjamento Steven F. Rasmussen, Angstrom Corporation A Tonelagem de uma prensa é uma das poucas variáveis que podem ser coletadas nos 1/50 avos de segundo que leva para fazer um forjamento. Esta é uma ferramenta importante na medição e monitoramento de tensões durante os ciclos de forjamento, e vai ajudá-lo a ver como as tensões afetam o desempenho e a vida de sua prensa mecânica.

M

eu último artigo foi sobre o monitoramento de tonelagem para prensas hidráulicas, e embora este seja sobre o mesmo tema, porém para prensas mecânicas, alguns princípios básicos permanecem os mesmos. Por exemplo, um bom negócio ainda começa com investimentos inteligentes, e os mais inteligentes investimentos protegem os equipamentos de função crítica, que fazem com que seja possível enviar peças forjadas para o seu cliente. Você pode substituir uma empilhadeira ou uma soldadora MIG em menos de um dia, mas você não pode substituir ou executar um grande reparo em sua prensa mecânica em apenas um dia.

Prensas mecânicas fazem forjados em matrizes fechadas mais rápido e com mais eficiência do que as prensas hidráulicas, mas são equipamentos implacáveis. Uma prensa mecânica, por sua própria natureza, vai tentar concluir cada ciclo de forjamento, estando ela sobrecarregada ou não. Na verdade, ela se destruirá para fazer peças forjadas para você. As prensas mecânicas farão o que você pedir delas, mas elas não vão te perdoar por sobrecarregá-las ciclo após ciclo de forjamento.

Essa característica das prensas mecânicas de forjamento é o que torna fundamental o uso de monitores de tonelagem. Equacionar a tonelagem da prensa com o seu tempo em atividade e suas despesas de manutenção é um exercício que vale a pena ser feito. Você quer produzir peças forjadas. Você deseja o máximo de tempo de serviço possível, minimizando a manutenção. Você quer que ela dure por muitos anos e você quer ter o maior lucro possível sobre seu investimento na prensa de forjamento. Bem, o monitoramento da tonelagem pode melhorar suas chances de sucesso em todas essas frentes. É um fato conhecido de que ao fazer forjados em uma prensa mecânica, para produzir um forjado geometricamente aceitável pode não ser necessária toda a tonelagem que a prensa está gerando. Ao executar uma tonelagem superior ao exigido, o tempo de atividade da prensa e os custos de manutenção estão sob ataque.

26

- Abril 2011

Vista a partir do chão de uma prensa mecânica equipada com um sistema de monitoramento de tonelagem

Medição de Tonelagem da Prensa No 1/50 avos de segundo que leva para fazer um forjado, há muito poucas variáveis de processo que podem ser medidas e coletadas, que se relacionam diretamente com a condição do processo. A tonelagem da prensa é uma dessas poucas variáveis que podem ser recolhidas no instante que um forjado é produzido. Isto pode ser visto como uma “foto instantânea” do forjamento enquanto as duas matrizes responsáveis pelo tamanho final do forjado estão tão próximas uma da outra quanto o processo permite. Na verdade, isso é equivalente a medir o forjamento na cavidade da matriz fechada sob carga.

A tonelagem da prensa é uma variável dependente, cuja magnitude é derivada a partir das variáveis independentes do processo. As variáveis independentes do processo que afetam a tonelagem necessária para produzir um forjado são numerosas e sempre estão em movimento. Algumas destas variáveis independentes são a temperatura e o perfil da temperatura dentro do tarugo, o tamanho e o peso do tarugo, o desgaste e a temperatura da matriz/suporte, tempo decorrido do forno até a última matriz, consistência da mistura do lubrificante e a consistência da aplicação/pulverização de lubrificação na matriz.

Distribuição de Forças na Matriz Inferior O conhecimento da distribuição de forças dentro da matriz inferior é outra vantagem de ter um monitor de tonelagem em sua prensa. Se as quatro colunas da prensa são monitoradas, os valores de força são isolados coluna por coluna. Assim, pode-se determinar onde as forças estão na matriz durante um ciclo de forjamento. É sempre melhor ter uma distribuição de forças uniforme ao forjar

Monitoramento de Tonelagem para Prensas Mecânicas de Forjamento L.V.D.T.

Eixo de extensão 5/8" – 11 Rosca 1 9/16" Local Profundo (1)

Carcaça da prensa

Haste âncora superior 1/8" pino de rolagem Eixo de extensão temperado Thomson (60 case)

Rolamento linear

Braço de suporte do L.V.D.T.

Flange da base

Tirante

Unidade tirante Carcaça da prensa

Rolamento linear

3/8" – 16 Rosca 1" Local Profundo (2)

O eixo de extensão está permanentemente seguro somente na base do furo

L.V.D.T.

Hardware shown with guard removed

Figura 1. Diagrama de montagem do hardware na superfície da carcaça de uma prensa

perto da capacidade nominal da máquina. É possível otimizar seu processo tentando obter forças iguais para cada coluna durante esses exigentes cursos. Mover as matrizes dentro do seu apoio é sempre um tema controverso, mas nós não o fazemos apenas por uma aventura. Fazemos isso para otimizar a distribuição de forças dentro da matriz.

Os sensores utilizados para medir a deflexão da prensa são chamados Linear Variable Differential Transformers (LVDTs ou sensores para medição de deslocamento linear). Eles têm a capacidade única de

Figura 2. Diagrama de detalhe do sensor de tensão do tirante

medir o deslocamento e a tensão sem a necessidade de serem recalibrados. O sistema LVDT mede a tensão nos tirantes da prensa ou na carcaça da máquina. A tensão medida é convertida em tonelagem incorrida durante cada ciclo da forjamento.

A Figura 1 é um diagrama da montagem do hardware na superfície; a Figura 2 é um diagrama do hardware dentro do tirante.

Para maior precisão, o LVDT mede a tensão em uma distância de 130 polegadas ou mais.

Calibração de Monitores de Tonelagem

Figura 3. Janela de configuração da produção

Após a instalação do LVDT e do hardware de suporte em uma prensa de forjamento, o sistema exige um procedimento de calibração que usa cilindros hidráulicos para simular uma carga sobre a prensa de forjamento. Para calibrar, cilindros hidráulicos são colocados na área da matriz. A prensa é movimentada até que seu cilindro esteja localizado no ponto morto inferior. Isso pode ser feito com um indicador na placa rígida inferior da prensa. A pressão hidráulica nos cilindros é levemente aumentada em incrementos de 500 psi até 10.000 psi. Vinte pontos de dados de tensão da coluna versus tonelagem são coletados para cada um dos quatro canais. Os dados de tensão são então utilizados para determinar o parâmetro de calibração para cada canal. Os parâmetros de calibração são inseridos no programa de operação como um multiplicador para informar de forma confiável a tonelagem para cada curso de forjamento.

Com um monitor de tonelagem instalado e calibrado e com o conhecimento de quais variáveis de processo são importantes para seu ciclo de forjamento, agora é possível dar o próximo passo - a tomada e análise dos dados do processo.

Sistemas de aquisição de dados A aquisição de dados é um excelente complemento aos sistemas de monitoramento de tonelagem em prensas mecânicas de forjamento. O sistema de aquisição de dados pega os dados de

Figura 4. Tela principal de seleção da prensa mostrando três prensas ligadas ao PC host.

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tonelagem e de alarme do monitor de tonelagem e os organiza em arquivos convenientes de planilhas que podem ser acessados a qualquer momento, durante ou após a fase de produção. Os arquivos contêm muita informação que corresponde ao ciclo de produção específico.

O sistema também utiliza um pirômetro para registrar a temperatura do tarugo posicionado na matriz. A temperatura instantânea é registrada na planilha quando o freio é desengatado para dar início a um ciclo de forjamento. O sinal do pirômetro é também usado como uma entrada digital para informar ao sistema de aquisição de dados que um ciclo de forjamento está prestes a começar.

O sistema classifica todos os ciclos de forjamento como recalque, esboço e acabamento, por exemplo - em folhas separadas no arquivo da planilha de trabalho. Ele também criará uma planilha de todas as peças que são iniciadas no processo de forjamento e nunca chegam à matriz final. Em outras palavras, se a peça estiver recalcada e esboçada, mas nunca terminada, os dados de tonelagem e temperatura vão entrar em uma planilha de forjados incompletos.

Cada curso da prensa receberá um carimbo de tempo no arquivo de dados para identificar quando cada evento ocorreu. O sistema cria um arquivo de planilha separado para cada ciclo de produção e coloca esse arquivo em uma pasta nomeada pelo número do ciclo de produção.

No topo de cada planilha, existem 27 diferentes parâmetros utilizados para identificar e localizar os dados críticos da produção por forjamento. Algumas delas incluem a contagem de peças, o número de execução da produção, o número do trabalho, o número de série da matriz, o cliente, o número e o tipo da lubrificação, o “heat code” do material, a data de execução da produção e hora de início, registro de alarmes das colunas, contagem total de alarmes e muito mais.

O sistema também permite a criação de um documento descritivo, que pode ser aberto a partir da interface de aquisição de 28

- Abril 2011

dados do usuário e adicionado ao arquivo para fazer comentários de qualquer espécie durante a fase de produção. Esta é uma ferramenta útil para identificar o tempo de inatividade inesperado ou outros eventos importantes.

Quando a equipe de produção está se preparando para fazer uma corrida de produção, o líder da equipe irá abrir a janela da produção e entrar em todos os dados críticos do ciclo. A Figura 3 mostra a janela de configuração da produção de uma prensa Erie de 4.000 ton.

O sistema de aquisição de dados é executado em um PC comum e pode ser usado como um host para monitorar várias prensas. A Figura 4 mostra a tela principal de seleção de uma prensa. Há três prensas ligadas a este PC host em particular. Ele está conectado à rede Ethernet existente, algo comum na maioria das forjarias.

Os arquivos criados no PC podem ser visualizados ou descarregados a qualquer momento com o sistema de Ethernet da empresa.

A aquisição de dados é uma ótima maneira de coletar, organizar e armazenar todas as informações da produção. Os arquivos de dados coletados podem ser analisados a qualquer momento no futuro. A aquisição de dados é mais uma ferramenta disponível para ajudar a obter domínio sobre o processo de forjamento.

Conclusão Assim como você não iria conduzir um carro esporte sem um tacômetro, nem voar um avião sem um giroscópio, você não deve operar uma prensa mecânica de forjamento sem um monitor de tonelagem.

Existem maneiras de obter mais horas de produção de cada prensa mecânica de forjamento. Munido das ferramentas apropriadas, você pode aprender mais sobre as variáveis de processo e como elas se relacionam com a tonelagem da prensa.

O autor Steven F. Rasmussen é o presidente e engenheiro da Angstrom Corporation, Twinsburg, Ohio, EUA. Ele pode ser contatado em +1-330-405-0524, 1-888-73-GAUGE, ou stever@neohio.twcbc.com

Análise de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta Eng° Daiana Mello Margutti, Laboratório de Transformação Mecânica UFRGS – Rio Grande do Sul Eng° Christiane Coutinho Rosado, Laboratório de Transformação Mecânica UFRGS – Rio Grande do Sul Prof. Dr. Ing. Lírio Schaeffer, Laboratório de Transformação Mecânica UFRGS – Rio Grande do Sul O processo de forjamento a quente em matriz aberta é utilizado na fabricação de peças de grande porte incluindo eixos e anéis para aerogeradores, peças usadas em plantas de energia eólica. Neste contexto, este trabalho avalia parâmetros do processo de forjamento em matriz aberta com base nas equações descritas pela bibliografia.

Parâmetros como a força, deformação e dimensões intermediárias foram avaliados teoricamente e posteriormente comparados com resultados experimentais do forjamento em matriz aberta do aço ABNT 4140. Com o experimento realizado obteve-se um alongamento de 55% em relação ao comprimento inicial e foi possível validar as equações da bibliografia analisada.

O

forjamento a quente em matriz aberta é o processo mais utilizado para fabricação de grandes peças.

Este tipo de forjamento envolve vários parâmetros tais como forma geométrica de lingotes e matrizes, largura de matrizes, técnica de forjamento, seqüência operacional, capacidade máxima do equipamento, entre outros. O principal desafio deste processo é produzir peças com boa qualidade, visto que os grandes lingotes, matéria-prima do processo, apresentam vários defeitos e heterogeneidades inerentes ao processo de solidificação, e os produtos finais possuem rigorosos requisitos de qualidade.

Eixo forjado em matriz aberta

Figura 01: Representação esquemática de uma turbina eólica com peças metálicas de grande porte produzidas por forjamento em matriz aberta. [Adolf, 2002]

a) b) Figura 02: (a) Recalque (b) Estiramento. [Frota Júnior, 2009]

A prática de forjamento em matriz aberta a quente de grandes lingotes de aço é comum devido a grande demanda das indústrias de geração de energia e fábricas de moldes para injeção de plástico. No caso da indústria de geração de energia, pode-se citar a fabricação das turbinas de geração de energia eólicas onde componentes como eixos e anéis de aço são forjados em matriz aberta (Figura 01).

As operações básicas do forjamento em matriz aberta são: recalque e estiramento (Figura 02). O recalque é o processo que reduz a altura do lingote aumentando o diâmetro devido ao escoamento do material no sentido transversal da peça, enquanto o estiramento consiste na redução do diâmetro com o aumento no comprimento do lingote, devido a compressões sucessivas fazendo Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 29

Análise de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta

o material escoar na direção do eixo da peça. Simultaneamente, em menor proporção, ocorre escoamento no eixo perpendicular propiciando um alargamento na peça.

Dentro deste contexto, este trabalho analisa as equações descritas para o processo de recalque em dois estágios descritos por Thomlinson [1959] e Ambaum [1984] , além de avaliar o percentual de alongamento após o forjamento. Este estudo preliminar visa obter informações do processo de forjamento a quente em matriz aberta para futuramente prever a microestrutura formada na fabricação de eixos para turbinas eólicas através de simulação numérica.

5s-1

1000ºC teste compressão 5s-1 teste torção

0.5s-1

teste compressão

0.05s-1

0.5s-1 teste torção

teste compressão 0.05s-1 teste torção

Figura 04: Curva de escoamento obtida por teste de compressão e torsão a quente do aço ABNT 4140 para

De acordo com Kim [2003], para a condição de temperatura de 1000°C, deformação de 0,35 e velocidade de deformação de 0,06sˉ¹ a tensão de escoamento é de 80MPa. - Coeficiente de atrito (μ): 0,3 Figura 03: Etapas do processo de forjamento em estudo. a) Recalque inicial; b) Recalque visando alongamento.

Procedimento Experimental O corpo de prova de aço ABNT 4140 de diâmetro 44,4mm e comprimento de 75mm, foi cortado em serra e faceado para conseguir um atrito menor. A matriz usada é plana de aço ferramenta H13 temperada e revenida e foi utilizada sem préaquecimento, ou seja, a temperatura ambiente. O aço ABNT 4140 e o H13 estão descritos na tabela 01.

Aço

%C

%Si

%Mn %Cr

%Mo

%V

ABNT 4140

0,40

0,25

0,90

0,95

0,20

-

H13

0,40

1,00

0,35

5,20

1,30

1,90

Tabela 01: Composição química dos aços ABNT 4140 e H13. [Catálogo Villares Metals].

Antes de realizar o experimento foi calculada a força necessária que a prensa deve exercer sobre o blank a fim de selecionar a prensa adequada. Abaixo são apresentados os parâmetros determinados para o cálculo da força. a) Dados do Processo - Diâmetro inicial (d0): 44,40mm - Comprimento inicial (l0): 75,00mm - Temperatura de forjamento (u): 1000°C - Tensão de escoamento (kf0): 30

- Abril 2011

O coeficiente de atrito para o forjamento a quente varia entre µ= 0,1 – 0,5 [Schaeffer, 2001].

- Comprimento após sucessivos recalques (l2): 150,00mm - Grau de redução total em área (l): 4 - Velocidade da ferramenta (n): 3,5mm/s A figura 05 demonstra as variáveis na peça.

Figura 05 – Demonstração das variáveis necessárias para os cálculos.

b) Equações utilizadas A força necessária será dada pela equação 1.

F=kw×A1

[1]

Para corpos cilíndricos submetidos à compressão, a resistência à deformação (kw) é dada por Siebel: [2]

Análise de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta

Onde A1 é a área após o primeiro recalque, qual é determinada pelas seguintes equações.

[3] Os resultados obtidos a partir das equações estão demonstrados na tabela 02.

Comprimento após a 1° etapa, l1. (mm)

Diâmetro após a 1° etapa, d1. (mm)

Força (kN)

53,03

52,92

187,5 kN

TABELA 02: Resultados dos cálculos.

Para complementar os cálculos realizados é possível determinar a deformação e a velocidade de deformação no 1° recalque.

[4]

[5]

Onde j1 é a deformação verdadeira no comprimento; j é a velocidade de deformação; n é a velocidade da ferramenta. Assim, obtivemos uma velocidade de deformação é de 0,066s-1 e uma deformação verdadeira é de 34,7% no recalque.

c) Montagem do experimento De acordo com os cálculos teóricos foi utilizado uma prensa hidráulica com capacidade de 355,85kN (40ton). A figura 06 mostra a prensa juntamente com o sensor de deslocamento (LVDT) e a célula de carga com força máxima de 711,71kN (80ton) previamente calibrada. Com estes equipamentos foi possível medir a força aplicada pela prensa e a deformação sofrida pelo blank através da utilização do Spider como sistema de aquisição de dados e do software Catman Express como interface.

O corpo de prova foi aquecido em um forno mufla durante 1 hora a 1000°C, para a temperatura ficar homogênea em toda a dimensão da peça. Os corpos de prova passaram por um recalque inicial e seis recalques visando alongamento, a cada alongamento a peça foi conformada nos dois lados (giro de 90°). Após cada alongamento a peça retornou ao forno por 10min devido à perda de temperatura ser elevada. Esta perda é fortemente influenciada pela temperatura ambiente que neste dia estava aproximadamente 10°C.

Resultados e Discussões Os dados coletados foram compilados para obter os gráficos de Força X Deformação de cada etapa do processo. A figura 07 mostra o recalque inicial e a figura 08 demonstra a seqüência de gráficos obtidos nos seis recalques que visam obter alongamento, sendo que a curva conformação 1 é o forjamento de um dos lados da peça e a conformação 2 é o forjamento após o giro de 90°.

Sensor de deslocamento

Figura 07: Recalque inicial.

Célula de carga

Figura 06: Prensa hidráulica Eka disponível no LdTM - UFRGS

Na 1° e 2° conformação o material apresenta uma maior deformação e consegue-se passes verticais de até 18 mm. As curvas azuis apresentam uma deformação maior em função de o material estar com temperatura mais elevada (logo após retirar do forno). A curva vermelha representa a conformação após o giro de 90°.

A partir do 3° alongamento a deformação fica em torno de 8 mm e é necessário uma força maior para deformar o material. Isto pode Abril 2011 - www.revistaFORGE.com.br 31

Análise de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta

ser explicado porque o corpo de prova tem uma perda de calor elevada devido à baixa temperatura ambiente e as dimensões do corpo de prova. E, com a queda brusca de temperatura podemos estar trabalhando na faixa de forjamento a morno o que pode causar um encruamento no material dificultando a deformação do blank.

As amostras tiveram deformação de 33% no recalque, com força aplicada de 200kN. A peça final ficou com 120mm de comprimento, o que representa um aumento de 45mm no comprimento em relação ao blank inicial, ou seja alongamento de aproximadamente 55%.

Conclusão Com este experimento foi possível verificar que a temperatura ambiente tem grande influência no processo devido à perda de calor da peça durante as etapas. O alongamento obtido não é significante tendo em vista que com o processo de estiramento conseguem-se alongamentos maiores, porém é necessário avaliar a microestrutura formada pelo forjamento de dois estágios em comparação com a microestrutura formada no processo de estiramento [Frota Júnior, 2009].

O experimento validou os cálculos, pois os diâmetros e comprimentos intermediários foram alcançados, porém para alcançar o comprimento final estipulado de 150mm seria necessário

Calculado

Medido

Comprimento após a 1° etapa, l1. (mm)

53,03

57,0

Diâmetro após a 1° etapa, d1. (mm)

52,92

51,0

150

120

Comprimento final, l2. (mm)

TABELA 03: Dimensões calculadas e medidas após as etapas de forjamento.

aplicar uma força maior ou aumentar o número de recalques. É importante salientar que as equações não levam em consideração o número de recalques necessários para atingir o valor estimado de comprimento final.

Agradecimentos Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) pelo apoio financeiro e ao Insitut für Bildsame Formgebung – IBF da Universidade Técnica de Aachen/ Alemanha pela cooperação com o LdTM no projeto “Brazilian German Collaborative Reserch Initiative in Manufacturing

Figura 08: Seqüência dos recalques de alongamento.

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Análise de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta

Figura 09: a) Peça logo após o forjamento. b) Comparação do blank inicial com a peça forjada. a)

Technology” (BRAGECRIM).

Referências

(Editor Günter Spur) Carl Hanser Verlag Müchen Wien, 2ed. 1984, p.575.

[3] FROTA JÚNIOR, R. T. C.; Avaliação de Parâmetros do Processo de Forjamento a Quente em Matriz Aberta pelo Método de Elementos Finitos. Tese de Doutorado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, 2009.

[4] Kim S.I, Lee. Y, Byon S.M. “Study on constitutive relation of AISI 4140 steel subject to large strain at elevated temperatures”. Jounal of Materials Processing Technology, 2003.

[5] Schaeffer, L. “Conformação Mecânica: Cálculos Aplicados em Processos de Fabricação”. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2007.

[6] Schaeffer, L. “Forjamento: Introdução ao Processo”. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2001. b) [7] Thomlinson, A ET. AL.: Spread ande Elongation in Flat Tool Forging. Journal of the Iron and Steel Institute, 1959, p. 157-162.

[8] Villares Metals. “Catálogo de Aços para Construção Mecânica”. São Paulo, 2005.

[1] ADOLF, W. W.; Windkraftenergie: Ohne geschmiedete Anlagenteile nicht denkbar. Schmiede-Journal, März, 2002.

[2] AMBAUM, E. e F. Stenzhorn: Handbuch der Fertigungstechnik, v.2

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