Revista Forge - Abril/2015 by SF Editora

Abril 2015 Número 17 www.revistaFORGE.com.br

Revista Internacional de Negócios e Tecnologia no Campo da Forjaria

Lubrificante Polimérico para Matrizes Utilização dos Sistemas CAD/CAE/CAM no Processo de Forjamento Simulação na Indução - Parte II Deformações e Tensões na Fabricação de Parafusos II Seminário de Tecnologia do Forjamento: Evento do Grupo Aprenda Reuniu Especialistas do Setor

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P eP se P ds e ed ss e d s e s

CALENDÁRIO 2015 - MATRÍCULAS ABERTAS CALENDÁRIO 2015 - MATRÍCULAS ABERTAS SEMINÁRIOS CALENDÁRIO 2015 - MATRÍCULAS ABERTAS CALENDÁRIO 2015 - MATRÍCULAS ABERTAS SEMINÁRIOS CALENDÁRIO 2015 - MATRÍCULAS ABERTAS I Seminário de Aquecimento por Indução na SENAI - Osasco/SP Metalurgia

22 e 23 de Julho

IPT - Instituto de Pesquisas 26 e 27 de Novembro IIIISeminário Semináriode deAquecimento Tecnologia dopor Forjamento Indução na Tecnológicas - São Paulo/SP 22 e 23 de Julho SENAI - Osasco/SP Metalurgia

SEMINÁRIOS SEMINÁRIOS SemináriodedeAquecimento por Indução na 26 e 27 de Novembro IIIISeminário Tecnologia do Forjamento 22 e 23 de Julho SEMINÁRIOS Metalurgia I Seminário de Aquecimento por Indução na 22 e 23 de Julho CURSOS IMetalurgia Seminário de Aquecimento por Indução na

Servicing the Forging Industry IPT - Instituto de Pesquisas

22 23 de de Novembro Julho 26 ee 27 III Seminárioao deTratamento Tecnologia Térmico do Forjamento Metalurgia Introdução e 06 e 07 de Agosto 26 e 27 de Novembro III Seminário de Tecnologia do Forjamento Metalografia

CURSOS

26 e 27 de Novembro 05 e 06 de Novembro 06 e 07 de Agosto

CURSOS CURSOS 05 e 06 de Novembro 06 e 07 de Agosto CURSOS

III Seminário de Tecnologia do Forjamento Metalografia e Propriedades dos Introdução ao Tratamento Térmico e Tratamentos Térmicos e Termoquímicos Metalografia

SENAI - Osasco/SP Tecnológicas - São Paulo/SP SENAI - Osasco/SP IPT - Instituto de Pesquisas SENAI - Osasco/SP Tecnológicas São Paulo/SP IPT - Instituto de Pesquisas EATON - Valinhos/SP Tecnológicas São Paulo/SP IPT - Instituto -de Pesquisas

Tecnológicas - São Paulo/SP UNIMEP - Santa Bárbara D’Oeste/SP EATON - Valinhos/SP

Metalografia e Propriedades dos Introdução ao Tratamento Térmico e UNIMEP - Santa Bárbara D’Oeste/SP EATON - Valinhos/SP Tratamentos Térmicos e Termoquímicos Metalografia Introdução ao Tratamento Térmico e 06 e 07 de Agosto EATON - Valinhos/SP Metalografia Introdução ao Tratamento Térmico e Atenção: as datas e locais dos eventos podem sofrer alteração. Consulte nosso site dos (www.grupoaprenda.com.br)EATON e fique atualizado sobre as alterações nas turmas acima. Metalografia e Propriedades 06 07 de 05 ee 06 de Agosto Novembro Metalografia UNIMEP- Valinhos/SP - Santa Bárbara D’Oeste/SP Tratamentos e Termoquímicos Metalografia Térmicos e Propriedades dos 05 e 06 de Novembro UNIMEP Santa Bárbara D’Oeste/SP Patrocine os eventos realizados pelo Grupo Aprenda e coloque sua Para mais-informações, contate-nos! Tratamentos Térmicos e Termoquímicos Metalografia Propriedades dos empresa em destaque. Os eventos organizadose pelo Grupo Aprenda 05 eAtenção: 06 deas datas Novembro - Santa D’Oeste/SP e locais dos eventos podem sofrer alteração. Consulte site (www.grupoaprenda.com.br)UNIMEP atualizado sobre asBárbara alterações nas turmas acima. Tratamentos Térmicos enosso Termoquímicos são realizados por profissionais especializados dentro de cada campo (19)e fique 3288.0437 - (19) 99229.2137

de atuação dos temas envolvidos. Anos de interação no meio industrial contato@grupoaprenda.com.br Patrocine os eventos realizados pelo Grupo Aprenda e coloque sua Para mais informações, contate-nos! específico de cada área foram suficientes para identificar excelências da empresa em destaque. Os eventos organizados pelo Grupo Aprenda sabedoria que não podem deixar depodem compartilhar seus conhecimentos. Atenção: as datas e locais dos eventos sofrer alteração. Consulte nosso site (www.grupoaprenda.com.br) e fique atualizado sobre as alterações nas turmas acima. www.grupoaprenda.com.br são realizados por profissionais especializados dentro de cada campo (19) 3288.0437 - (19) 99229.2137 Atenção: datas e envolvidos. locais dos eventos podemdesofrer alteração. Consulte nosso site (www.grupoaprenda.com.br) e fique atualizado sobre as alterações nas turmas acima. de atuação dos astemas Anos interação no meio industrial contato@grupoaprenda.com.br Patrocine os eventos realizados pelo Grupo Aprenda e coloque sua Para mais informações, contate-nos! específico de cada área foram suficientes para identificar excelências da Atenção: as datas e locais eventos podem sofrer alteração. Consulte nossoAprenda site (www.grupoaprenda.com.br) e fique atualizado sobre as alterações nas turmas acima. empresa em destaque. Osdoseventos organizados pelo Grupo Patrocine os eventos realizados pelo Grupo Aprenda e coloque sua sabedoria que não podem deixar de compartilhar seus conhecimentos. Para mais informações, contate-nos! www.grupoaprenda.com.br são realizados por profissionais especializados dentro cadaAprenda campo (19) 3288.0437 - (19) 99229.2137 empresa em destaque. Os eventos organizados pelo de Grupo Patrocine os eventos realizados pelo Aprenda e coloque sua de dos temas envolvidos. Anos Grupo de interação node meio industrial Para mais informações, contate-nos! sãoatuação realizados por profissionais especializados dentro cada campo contato@grupoaprenda.com.br (19) 3288.0437 - (19) 99229.2137 empresa em destaque. Os eventos organizados pelo Grupo Aprenda específico de cada área foram suficientes para identificar excelências da de atuação dos temas envolvidos. Anos de interação no meio industrial contato@grupoaprenda.com.br são realizados não por podem profissionais especializados dentro cada campo (19) 3288.0437 - (19) 99229.2137 sabedoria deixar de compartilhar seus de conhecimentos. www.grupoaprenda.com.br específico que de cada área foram suficientes para identificar excelências da de atuação dos temas envolvidos. Anos de interação no meio industrial contato@grupoaprenda.com.br sabedoria que não podem deixar de compartilhar seus conhecimentos. www.grupoaprenda.com.br específico de cada área foram suficientes para identificar excelências da sabedoria que não podem deixar de compartilhar seus conhecimentos. www.grupoaprenda.com.br

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ARTIGOS

CONTEÚDO

Sistema CAD/CAE/CAM no Forjamento de Geometria de Média Complexidade A utilização dos softwares do sistema CAD/CAE/CAM torna-se cada vez mais importante para o aprimoramento do processo de forjamento em matriz fechada. A ferramenta CAE possibilita a avaliação do processo de forjamento virtualmente, otimizando a produção industrial e reduzindo o custo final do produto pelo mínimo uso da matéria-prima.

Modelagem Computacional dos Processos de Aquecimento por Indução - Parte II Na parte I deste artigo foram abordadas as suposições erradas comuns, bem como as respostas sobre o uso da análise por elementos finitos e porque alguns softwares comerciais de modelagem têm limitações. Este fascículo final continua a fornecer sugestões sobre a modelagem computacional do aquecimento por indução.

Análise das Deformações, Tensões e Forças sobre um Parafuso de Fixação Empregando a TEP e o FEM

Lubrificante Polimérico para Matrizes Reduz Custos e Elimina Defeitos Lubrificantes à base de grafite para matrizes dominaram as aplicações nas forjarias por séculos. A necessidade da indústria de transformação conduz ao caminho de uma direção mais limpa e segura - o desenvolvimento de lubrificantes sintéticos. Novos lubrificantes poliméricos já mostram resultados promissores em uma variedade de aplicações.

Departamentos & Colunas Editorial EUA..................................................................................... 06 Eventos............................................................................................... 09 Novidades.......................................................................................... 12 Produtos............................................................................................. 14 Coluna: Lubrificantes...................................................................... 15 Coluna: Pesquisa e Desenvolvimento....................................... 16 Coluna: Conformação..................................................................... 18 Coluna: NR12....................................................................................19 4

Udo Fiorini - Editor udo@revistaFORGE.com.br • (19) 99205-5789 Sunniva Simmelink - Diretora Comercial sunniva@revistaFORGE.com.br • (19) 99229-2137 André Gobi - Jornalista andre@revistaFORGE.com.br Mariana Maia - Diagramação mariana@sfeditora.com.br

Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo das deformações, das tensões e das forças na fabricação do parafuso. Para a determinação desses parâmetros foram utilizados a TEP (Teoria Elementar da Plasticidade - Plasticity Elementary Theory) e o FEM (Método dos Elementos Finitos - Finit Element Method) através do software de simulação numérica Simufact. Forming 11.0TM.

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA S+F Editora - Campinas/SP www.revistaFORGE.com.br FORGE@revistaFORGE.com.br ISSN 2178-0102

- Abril 2015

Mariana Peron - Revisão de Textos redacao@revistaFORGE.com.br Paula Fernanda da Silva Farina - Tradução redacao@revistaFORGE.com.br ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA BNP Media • 2401 W. Big Beaver Road Suite 700, Troy, MI 48084 • www.bnpmedia.com Darrell Dal Pozzo, Senior Group Publisher dalpozzod@bnpmedia.com • +1 847-405-4044 Reed Miller, Editor Mundial reed@FORGEmag.com • +1 412-306-4360 ESCRITÓRIO EM PITTSBURGH/EUA Manor Oak One, Suite 450 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA 15220 Tel: +1 412- 531-3370 • Fax: +1 412-531-3375 EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA Dean M. Peters, Editor dean@forgemag.com • +1 216-570-4537 Bill Mayer, Editor Associado bill@FORGEmag.com • +1 412-306-4350 Linda Becker, Editora Colaboradora beckerl@bnpmedia.com • +1 262-564-0074

Beth McClelland, Gerente de Produção beth@industrialheating.com • +1 412-306-4354 Brent Miller, Diretor de Arte millerb@bnpmedia.com • +1 412-306-4356 REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA Kathy Pisano, Advertising Director (412) 306-4357, Fax (412) 531-3375 kathy@FORGEmag.com DIRETORES CORPORATIVOS NOS EUA Edição: John R. Schrei Estratégia Corporativa: Rita M. Foumia Implantação de Conteúdo: Michelle Hucal Criação: Michael T. Powell Eventos: Scott Wolters Finanças: Lisa L. Paulus Tecnologia da Informação: Scott Krywko Recursos Humanos: Marlene J. Witthoft Produção: Vincent M. Miconi Pesquisa Clear Seas: Beth A. Surowiec As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

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EDITORIAL

Dean M. Peters, Editor nos EUA

Previsão para a Indústria Aeroespacial

indústria do forjamento se orgulha de ter como parte da sua base de clientes muitos mercados dinâmicos, incluindo o automotivo, o aeroespacial, a exploração e produção de energia, entre outros. A indústria aeroespacial é a maior consumidora da produção da indústria norte-americana e este mercado nos olha como fornecedores de uma ampla faixa de componentes que se apresentam como uma missão crítica de qualidade e commodities. Atualmente, os dois maiores fornecedores mundiais de aeronaves para passageiros e cargas são a Boeing e a Airbus - com base nas suas projeções individuais de demanda por aeronaves para os próximos 20 anos. Como estas projeções recaem diretamente em uma demanda projetada para certos componentes forjados, é interessante dar uma olhada no sumário destes relatórios. Para começar, é importante um reconhecimento das forças que movem este mercado de passageiros e cargas e, consequentemente, a demanda por novas aeronaves. Ambas as companhias estão em um razoável acordo de que os pontos principais para mover a indústria da aviação são: o custo do combustível, as condições econômicas regionais e global, as capacidades de faixa e carga das aeronaves, a infraestrutura das instalações, as leis ambientais, a eficiência da aeronave, os modos de concorrência para o transporte, entre outros fatores. Considerando os impulsionadores deste mercado dentro do seu modelo de previsão, a Boeing prevê uma demanda, em longo prazo, de 36.770 novas aeronaves, avaliadas em US$ 5,2 trilhões. O relatório da Boeing continua assim: “... projeta-se que 15.500 destas aeronaves (42% de todas as novas entregas) irão substituir aeronaves mais velhas e menos eficientes. As 21.270 aeronaves remanescentes serão para o crescimento dos voos, os quais são estimulados pela expansão em mercados emergentes e pelo desenvolvimento de modelos de negócio inovadores para as linhas aéreas. As aeronaves com apenas um corredor continuam a comandar, sendo a maior fatia do mercado. Para os próximos 20 anos serão necessárias, aproximadamente, 25.680 novas aeronaves com apenas um corredor. O que move esta demanda por aeronaves com apenas um corredor é o rápido crescimento, o baixo custo ao portador e a pressão feita às companhias aéreas para a substituição das aeronaves antigas. Para a frota de fuselagem larga

serão necessárias 8.600 novas aeronaves”. O relatório da Airbus é um pouco menos otimista, projetando para os próximos 20 anos uma demanda de 31.358 unidades de novas aeronaves. A Airbus indica que as aeronaves com um único corredor (entre 100 e 210 assentos), para curtas distâncias, sejam o carro-chefe da indústria. Cerca de 22.100 destas aeronaves serão necessárias durante os próximos 20 anos - sendo 12.500 delas para adições ao mercado em crescimento e 9.600 para substituir aeronaves antigas que estão em serviço. O balanço para as previsões de demanda das aeronaves é contabilizado pelas aeronaves de fuselagem larga para longas distâncias e operações de carga, sendo ambas consideradas mercados em crescimento. De acordo com a Boeing, o desenvolvimento tecnológico das aeronaves é visto como: “É amplamente objetivada uma melhoria nas operações econômicas das aeronaves, as quais afetam diretamente a rentabilidade das linhas aéreas. É esperado que o combustível continue sendo o componente principal nos custos de operação de uma aeronave, desta forma, os esforços no desenvolvimento tecnológico está fortemente focado na redução do consumo de combustível. A última geração de aeronaves da Boeing tem uma redução do consumo de combustível de dois dígitos percentuais comparada com as gerações anteriores de aeronaves. Grande parte dessa melhoria foi impulsionada pelos desenvolvimentos na tecnologia dos motores. Os avanços no projeto das asas também contribuem para uma melhor eficiência do combustível”. Qualquer que seja a previsão, muitas aeronaves serão encomendadas durante as próximas duas décadas e esta é uma boa notícia para a indústria global do forjamento. Serão solicitadas às forjarias líderes mundiais, muitas delas localizadas na América do Norte, o fornecimento de uma ampla variedade de produtos forjados, produzidos em materiais de alto desempenho e baixo peso. Nós temos duas palavras de aconselhamento para aqueles que atendem ao mercado aeroespacial: Estejam prontos.

Dean Peters Editor da FORGE nos EUA

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2ª Capa

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Empresa

- Abril 2015

Empresa

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Grupo Aprenda

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ICS do Brasil

www.ics.ind.br

Presstrade

wwwpresstrade.com

LBV

www.lbv.org

Tubotech 2015

www.tubotech.com.br

TrueForge

www.trueforge.com

EDITORIAL

Dean M. Peters, Editor nos EUA

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EDITORIAL

Udo Fiorini, Editor

- Abril 2015

EVENTOS Junho

Outubro

manha - www.thermprocess-online.com

06-09 Mercopar 2015 - Centro de Feiras e Eventos Festa da Uva - Caxias do Sul (RS) - www.mercopar.com.br

30 MDA South America - Transamérica Expo Center - São Paulo (SP) - www.mda-southamerica.com.br

06-08 Tubotech - São Paulo Expo - São Paulo (SP) - www.tubotech.com.br

Julho

07-09 SENAFOR - Hotel Plaza São Rafael - Porto Alegre (RS) www.senafor.com

16-20 Gifa - Metec - Thermprocess - Newcast - Düsseldorf, Ale-

22-23 I Seminário de Aquecimento por Indução na Metalurgia - Senai - Osasco (SP) - www.grupoaprenda.com.br

Agosto

06-07 Curso: Introdução ao Tratamento Térmico e Metalo-

grafia - EATON - Valinhos (SP) - www.grupoaprenda.com.br 11-14 Feira Mac & Tools - Centro de Convenções de Goiânia - Goiânia (GO) - www.feiramactools.com.br

17-21 ABM Week - Riocentro - Rio de Janeiro (RJ) - www.abmbrasil.com.br 25-26 XXIII Simpósio Internacional de Engenharia Au-

tomotiva - WTC Events Center - São Paulo (SP) - www.simea.org. br/2015/pt

Setembro

01-04 Intermach 2015 - Pavilhões Expoville, Joinville (SC) - www. intermach.com.br

02-04 13th International Cold Forming Congress - University of Strathclyde - Glasgow - Escósia - www.strath.ac.uk 28-01 FENAF 2015 - Expo Center Norte - São Paulo (SP) - www. fenaf.com.br

12 a 14 de Julho de 2015 Transamerica Expo Center | São Paulo

20-23 Feira e Congresso Brazil Welding Show 2015 - São Paulo (SP) - www.arandanet.com.br/eventos2015/bws/index.html

Novembro

05-06 Curso: Metalografia Propriedades do Tratamentos Térmicos e Termoquímicos - Unimep - Santa Bárbara d'Oeste São Paulo (SP) - www.grupoaprenda.com.br 26-27 III Seminário de Tecnologia do Forjamento - IPT - São Paulo (SP) - www.grupoaprenda.com.br

2016 - Maio

02-06 Feimec - Feira Internacional de Máquinas e Equipamentos - São Paulo Expo Exhibition & Convention Center, São Paulo (SP) - www.feimec.com.br 17-21 Feira Internacional da Mecânica 2016 - Pavilhão de Exposições do Anhembi - São Paulo (SP) - www.mecanica.com.br

Agosto

16-19 Interplast 2016 - Feira e Congresso de Integração da Tecnologia do Plástico - Expoville - Joinville (SC) - www.interplast.com.br A S+F Editora não se responsabiliza por alterações em data, local e/ou conteúdo dos eventos.

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EVENTOS Realizado o II Seminário de Tecnologia do Forjamento O evento do Grupo Aprenda, em Diadema (SP), apresentou novidades no processo de forja Nos dias 27 e 28 de Novembro de 2014, foi realizado o II Seminário de Tecnologia do Forjamento, nas dependências da Prensas Schuler, em Diadema (SP). O evento contou com 80 participantes e teve como Instrutores o Prof. Dr. Íris Bento da Silva - (USP - EESC) e Prof. Dr. Sérgio Tonini Button - (UNICAMP - FEM). A abertura do evento foi proferida por Udo Fiorini, diretor do Grupo Aprenda e editor das revistas Forge e Industrial Heating, e também de Marco Yashiro, diretor da Prensas Schuler. O primeiro dia teve o seguinte conteúdo apresentado pelo Prof. Dr. Íris Bento da Silva: Conceitos de conformação plástica – forjamento; Forjamento com matriz aberta e fechada; Forjamento a quente, a morno e a frio; Forjamento de precisão; Produtos forjados; Características dos equipamentos de forjamento; Razões para baixar custos - Lean Seis Sigma; Near net shape; Novos desenvolvimentos. Ainda no primeiro dia foram apresentadas as palestras: Sistemas hidráulicos para forjamento; Prensas servo-acionadas para forjamento - exemplos de aplicação e experiências práticas; além de visita técnica às instalações da Prensas Schuler. O conteúdo do segundo dia, apresentado pelo Prof. Dr. Sérgio Tonini Button, foi o seguinte: Principais aspectos metalúrgicos do forjamento; Escoamento do metal durante o forjamento; Processo sob controle (defeitos na matéria-prima e forjados); Projeto de matrizes; Simulação por elementos finitos; Vida e falha da ferramenta no forjamento; Tecnologia de fabricação da ferramenta; Forjamento de sinterizados; Novos desenvolvimentos.

Prof. Dr. Iris Bento da Silva foi um dos instrutores do evento

O Seminário foi realizado na empresa Prensas Schuler

O segundo dia contou, também, com as seguintes palestras: Critérios de seleção da tecnologia de processo de forjamento; Simulation of the hot forging process; followed by quenching; Escoamento do metal no forjamento. O evento, que ainda contou com um churrasco ao final do primeiro dia, teve carga horária de 16 horas entre os dois dias. Foi patrocinador diamante do evento a Prensas Schuler, e patrocinadores ouro as empresas Simufact e Fuchs Lubritech. Apoiaram o evento as seguintes instituições: revista Forge, revista Industrial Heating, Abimaq/CSFEI, LdTM (Laboratório de Transformação Mecânica – UFRGS), Sindisuper e Sindiforja.

Prof. Dr. Sérgio Tonini Button durante sua apresentação no seminário

Forge Fair 2015

Feira reuniu principais empresas e profissionais da forjaria em Cleveland (EUA) A Forge Fair, feira de tecnologia e apresentações do setor de forjaria, realizada a cada dois anos pela Forging Industry Association (FIA), teve sua edição de 2015 sediada em Cleveland, no estado de Ohio (EUA). A feira foi aberta dia 14 de Abril e se encerrou na quinta-feira, dia 16. O evento foi destinado a fabricantes e fornecedores de equipamentos, projetistas, compradores, estudantes, representantes do governo, mídia especializada e outros profissionais interessados no universo da forjaria. Aqueles que compareceram tiveram a oportunidade de ver os produtos e tecnologias mais recentes sobre o processo de forjamento, como produção e acabamento. Foram exibidas inovações para sistemas de aquecimento, ferramentas, equipamentos, testes, auto10

- Abril 2015

mação, conservação de recursos, processos e melhorias de plantas, entre outros. Mais de 150 fornecedores da indústria de forjaria expuseram seus produtos e serviços. Stands contaram com apresentações de equipamentos, modelos operacionais, amostras de produtos e literatura específica, bem como oportunidades para conversar pessoalmente com representantes de fornecedores. Além disso, vários trabalhos técnicos foram apresentados com execução simultânea, em que os participantes puderam escolher quais assistir, de acordo com seus interesses. Ao todo, foram realizadas um total de 60 apresentações.

EVENTOS Inductotherm Group Brasil realiza workshop com foco na redução de custos nas fundições Evento realizado em parceria com empresas do setor de fundição obteve expressiva participação devido à importância do tema A Inductotherm Group Brasil, em parceria com a Abimaq e com as empresas Körper Sistemas de Resfriamento de Água, Corona Cadinhos, Eco Sand Sistemas e Equipamentos Industriais e Sinto Brasil Produtos, realizou, no último dia 15 de Abril, um workshop com o tema “Ganhos Operacionais: Olhe para Dentro de sua Fundição e Reduza Custos”. O objetivo do evento, realizado em Indaiatuba (SP), foi transmitir aos participantes informações e orientações sobre as tecnologias disponíveis e as possibilidades de otimizar os recursos através da redução de consumo, redução do desperdício e uso eficiente dos equipamentos. Os temas abordados foram: Melhoria no Processo de Utilização do Forno de Indução (Inductotherm); Como Economizar Água nos Sistemas de Resfriamento (Körper); Cadinho: Economia e Versatilidade no Metal Fundido (Corona Cadinhos); Processos de Recuperação de Areia (Eco Sand); Processos de Moldagem (Sinto Brasil); Linhas de Financiamento (ABIMAQ). O evento, que contou com o apoio da Associação Brasileira de Fundição (ABIFA), reuniu mais de 75 profissionais entre diretores, gerentes, supervisores e demais pessoas envolvidas com a gestão das empresas.

Udo Fiorini, editor da revista Forge; Giselle Resende, da Abimaq; Fernando Cruz, da Inducto Group Brasil; e Mateus Salzo, presidente da CSFEI

Conferência NEMU 2015

35º SENAFOR

Ocorreu, durante os dias 5 e 6 de Maio, a Conferência Internacional NEMU 2015, no Institute for Metal Forming Technology (IFU - Instituto Tecnológico de Forjamento de Metais) localizado na cidade de Stuttgart, Alemanha. A conferência internacional recebeu gestores, executivos e pesquisadores e teve como foco: "Novos Desenvolvimentos na Tecnologia de Forjamento 2015". Durante as conferências, foram discutidos novos conceitos de ferramentas e sistemas de equipamentos de produção. Cerca de 300 engenheiros de empresas e universidades participaram desta conferência e, durante os os dois dias do evento, tiveram a oportunidade de debater sobre sobre as tendências futuras sobre pesquisas e desenvolvimento. Especialistas de diversos países, atuantes em universidades e na indústria, apresentaram seus trabalhos.

O 35° SENAFOR será realizado em Porto Alegre (RS), no Hotel Plaza São Rafael, nos dias 7, 8 e 9 de Outubro. O evento agregará a 19ª Conferência Internacional de Forjamento - Brasil, a 18ª Conferência Nacional de Conformação de Chapas, além da 5a Conferência Internacional de Conformação de Chapas, do 2º Congresso do BrDDRG, 5ª Conferência Internacional de Materiais e Processos para Energias Renováveis. A Conferência Internacional do Forjamento é organizada anualmente em colaboração com a Fundação Luiz Englert e o Laboratório de Transformação Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. O tema da conferência em 2015 terá o foco em novos desenvolvimentos da Tecnologia do Forjamento. O SENAFOR é realizado desde 1982, sempre contando com coordenação e organização do Prof. Dr. -Ing. Lírio Schaeffer, professor titular da UFRGS no Departamento de Metalurgia e coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica.

Gestores, executivos e pesquisadores estiveram presentes no evento realizado na Alemanha

A edição deste ano terá como foco os novos desenvolvimentos tecnológicos

III Seminário de Tecnologia do Forjamento

Edição de 2015 será realizada no IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas, em São Paulo (SP) O III Seminário de Tecnologia do Forjamento será realizado nos dias 26 e 27 de Novembro, no IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas - na cidade de São Paulo. Destinado a profissionais de nível médio e superior, ou que estejam ingressando no setor, será apresentado conhecimento up to date da área de forjaria. O conteúdo será dividido em dois temas: Fundamentos

da Tecnologia dos Processos de Forjamento e Apresentações Técnicas. Dentro destes dois temas centrais, serão abordados, entre outros, os seguintes tópicos: Histórico e estatísticas; Razões para baixar custos; Aspectos metalúrgicos; O processo sob controle (defeitos de corte de blanks); Parâmetros fundamentais do processo de forjamento; Projeto de matri-

zes; Forjamento a frio; Extrusão direta e indireta; Prensagem; Forjamento a morno e semiquente; Forjamento de sinterizados; Novos desenvolvimentos; Simulação de forjamento; Prensas para forjamento; Lubrificantes para forja. Os interessados podem obter mais informações através do site www.grupoaprenda. com.br ou pelo telefone (19) 3288-0437. Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 11

NOVIDADES Schuler entrega prensa de 2 mil toneladas para alemã Hirschvogel A Schuler, fabricante de prensas de grande porte, entregou uma prensa com 2.000 toneladas de força para a Hirschvogel Automotive Group, fornecedora alemã de peças forjadas para a indústria automotiva. O equipamento será usado para a fabricação de uma variedade de eixos para transmissões, transmissores e motores. É a primeira linha de prensa deste tamanho com a tecnologia ServoDirect da Schuler e foi instalada na sede da Hirschvogel, em Denklingen, Alemanha. De acordo com a Hirschvogel, a tecnologia ServoDirect fornece a capacidade de controlar com precisão a velocidade do carro, permitindo à empresa coordenar precisamente os proIlustração da prensa forneci- cessos de formação e de transferência, da pela Schuler além de prolongar a vida útil da matriz.

Makino transfere filial brasileira para Vinhedo (SP) A Makino do Brasil, fabricante de máquinas e ferramentas, está transferindo a sua sede para as instalações da Bener, distribuidora exclusiva dos produtos da empresa japonesa no país, em Vinhedo (SP). “Esta ação irá fortalecer nossa parceria com a Bener e aumentar a integração das nossas equipes”, informa Carlos Eduardo Ibrahim, diretor da Makino do Brasil, lembrando que a empresa já conta com um showroom permanente nas instalações da Bener. Ibrahim aproveita para informar que duas máquinas novas estão chegando para complementar o showroom da Makino, que hoje já conta com três centros de usinagem (1 horizontal, 1 vertical e 1 de 5 eixos) e uma máquina de eletroerosão a fio. “Vamos receber duas máquinas de eletroerosão, inclusive uma delas de eletroerosão por penetração que ainda não tínhamos mostrado no Brasil e que será lançada na Feimafe”.

Zema Zselics é comprada pela alemã Junker O Junker Group, fabricante alemão de retificadoras, adquiriu 76% das quotas da brasileira Zema Zselics, que também produz retificadoras. A transação foi realizada no final de Fevereiro e seu valor não foi informado. Durante a Feira da Mecânica de 2014, as empresas já haviam anunciado a formação de uma parceria comercial. Pelo acordo, a empresa alemã passaria a comercializar as máquinas produzidas pela Zema no exterior. Para o CEO da Junker Group, Rochus Mayer, a aquisição fortalece o grupo alemão, ampliando sua competência para o fornecimento de sistemas completos na área de retificação: as retificadoras com rebolos de CBN de alta de velocidade, da Erwin Junker; as retificadoras com rebolos convencionais, da Zema, além dos sistemas de exaustão e filtragem de ar da LTA, também integrante do grupo. “Agora poderemos atender a todas as necessidades dos nossos clientes, abrir novos mercados e fornecer linhas de produção combinadas (CBN e com rebolos convencionais)”, informou Mayer. No Brasil, a Zema já fornece para players globais, como Bosch, ThyssenKrupp e Fiat. Agora, a linha da empresa brasileira contará com a rede mundial de vendas e assistência técnica da Junker. 12

- Abril 2015

Alemã Scholz é comprada pela indiana Amtek Auto A empresa indiana Amtek Auto Ltd., uma das maiores fabricantes de componentes integrados da Índia, adquiriu a alemã Scholz Edelstahl GmbH, que produz peças forjadas para a indústria automotiva. As atividades de forjamento da empresa são realizadas na fábrica em Aalen, Alemanha. A Scholz ainda fornece soluções personalizadas para serviços em aço e suporte a produtos fora da fábrica em Essingen, também na Alemanha. De acordo com a Amtek, esta é uma aquisição altamente sinérgica que complementa os negócios já existentes do Grupo Amtek, fortalecendo suas operações internacionais.

Ellwood Group compra ações da TimkenSteel

A forjaria norte-americana Ellwood Group anunciou que adquiriu pouco mais de 5% das ações da fabricante de aços TimkenSteel. A empresa, baseada em Ellwood City, Pensilvânia (EUA), é cliente e fornecedor da TimkenSteel. Este anúncio significa que o Ellwood Group é um dos maiores investidores da TimkenSteel. A empresa afirmou que comprou as ações por acreditar que representam uma atraente oportunidade de investimento.

Empresa italiana Danieli fornece maior prensa do hemisfério norte A North American Forgemasters, uma joint venture entre a Ellwood City Forge e Scot Forge, está recebendo, da fornecedora de prensas italiana Danieli Breda, um equipamento de 10.000 toneladas métricas, considerado a maior prensa do hemisfério norte. A estimativa é de que o pro- Uma das cinco partes que compõem a prensa jeto custou acima de entregue pela Danieli 80 milhões de dólares. Junto com os sistemas de aquecimento e de manipulação, a nova prensa permitirá à North American Forgemasters processar lingotes pesando até 100 toneladas métricas, e, eventualmente, até 150 toneladas métricas. Os consumidores destas peças forjadas serão fabricantes que fornecem para os mercados de geração de energia a óleo e gás submersos, incluindo os menores reatores nucleares. A instalação do equipamento está sendo feita na cidade de New Castle (Pensilvânia, EUA) e deve ser finalizada por volta de Agosto.

Inglesa Kimber Drop Forgings investe US$ 1,6 milhão em nova forjaria A Kimber Drop Forgings, fabricante de peças forjadas baseada em West Midlands, Reino Unido, investiu US$ 1,6 milhão em uma nova forjaria. A instalação é totalmente climatizada com ar condicionado, insonorizada e dispõe de um martelo de aproximadamente 3560 kg capaz de produzir peças forjadas de até 75 kg, sendo 50% maior do que o anterior máximo da empresa. A Kimber Drop oferece peças forjadas e usinadas em aço (e também inoxidável), carbono, alumínio e outros materiais para o petróleo e gás, além de atender aos setores automotivo, de construção, mineração e outros mercados. A empresa espera acrescentar cinco novos postos de trabalho para lidar com o aumento da capacidade.

NOVIDADES Metal Work inaugura fábrica em São Leopoldo (RS)

Nova unidade da Metal Work em São Leopoldo

A Metal Work, empresa de origem italiana que produz e comercializa equipamentos pneumáticos para automação industrial, inaugurou sua nova sede no Brasil, construída em São Leopoldo (RS). A nova planta industrial contempla uma área construída de 5 mil m², em um terreno com área total de 30 mil m². De acordo com Hernane Cauduro, diretor da Metal Work no país, foram investidos R$ 15 milhões na expansão, sendo R$ 2 milhões em máquinas e equipamentos e R$ 13 milhões em construção civil. A nova planta terá capacidade para produzir, montar e comercializar mais de 890 mil itens, entre produtos e componentes para automação industrial.

Toyota implanta terceiro turno na forjaria de São Bernardo do Campo (SP) A Toyota realizou a conclusão da fase inicial do projeto de revitalização da planta de São Bernardo do Campo (SP), a primeira fábrica da montadora fora do Japão, com início das operações em 1962. O projeto, batizado de “São Bernardo Reborn”, exigiu investimento nesta primeira etapa de cerca de R$ 19 milhões. O projeto contempla diversas ações. Entre elas, a implantação do terceiro turno no setor de forjaria, que passará a produzir bielas e virabrequins para abastecer a futura planta da Toyota em Porto Feliz (SP), com previsão de inauguração no primeiro semestre de 2016, onde serão fabricados os motores 1.3 e 1.5 do modelo Etios. A forjaria de São Bernardo do Campo exporta bielas e virabrequins para as fábricas da Toyota nos Estados Unidos, que montam os modelos Corolla e Camry. Cerca de 3,9 milhões de bielas e mais 700 mil virabrequins são produzidos por ano na fábrica de São Bernardo do Campo. Com a implantação do terceiro turno e o consequente abastecimento a Porto Feliz, os acréscimos de produção para cada componente será na ordem de 10% e 14%, respectivamente. A fase inicial do São Bernardo Reborn marca também a oficialização da transferência da sede administrativa de São Paulo para o ABC, junto da equipe comercial e do corpo executivo.

Dormer Pramet investe na fábrica brasileira Após a fusão entre a fabricante de ferramentas Dormer e a Pramet, empresa especialista em metal duro, ambas integrantes do Grupo Sandvik, novos investimentos estão sendo realizados na fábrica instalada em Interlagos (Grande São Paulo). Após a reforma do prédio adminsitrativo, a empresa dará início à implantação de novas máquinas no total de R$ 12 milhões. “Basicamente, os novos equipamentos serão voltados à produção de ferramentas especiais”, informa o gerente de marketing Renato Brandão. Diego Pauer, novo diretor da fabricante de ferramentas da Dormer Pramet para a América Latina, confia nos resultados que serão obtidos. “Nossa previsão para 2015 é de crescimento na comparação com 2014”, diz ele. Na aposta do Grupo Sandvik foram criadas duas áreas, a de Produtos Comerciais e a de Produtos Técnicos. A primeira, atuará via distribuição, atendendo as mais de 100 revendas de todo o país, comercializando os produtos da linha da Dormer acrescidos das linhas consideradas commodities da Pramet. A segunda irá atuar através de uma rede de 25 distribuidores da Pramet, agora acrescida das rotativas de alta performance da Dormer.

MSC Software adquire Simufact Engineering A MSC Software, empresa norte-americana especializada em softwares de simulação, adquiriu a Simufact Engineering, companhia com atuação global em conformação de metal, além de softwares de simulação e serviços relacionados com as indústrias transformadoras. O Simufact.forming e o Simufact.welding são ferramentas de simulação de processos usados nas indústrias aeroespacial e automotiva, fornecedoras de peças e materiais, e OEMs para realizar economias de redução seletiva da mão de obra em seus processos de fabricação. A Simufact tem projetado e otimizado processos de fabricação, incluindo forjamento a quente, laminação, anel de rolamento, estampagem aberta e tratamento térmico. "É excitante dar o salto para uma empresa global", disse Michael Wohlmuth, Cofundador e CEO da Simufact. "Nossa equipe está ávida em repetir o nosso sucesso com novas empresas e em mais países". Dr. Hendrik Schafstall, cofundador da Simufact, acrescentou: "Ser um membro direto da família MSC oferece vantagens adicionais: Nós vamos ser capazes de acelerar o desenvolvimento da tecnologia e os nossos clientes podem contar com uma maior inovação". Soluções de software da Simufact foram adotadas no seio da comunidade de engenharia de produção pela sua facilidade de uso e por se adequarem excepcionalmente bem com a simulação da cadeia de processo.

Metales Andinos começará a exportar forjados para países da América do Sul

A empresa peruana Metales Andinos, que produz artefatos para manutenção de dutos de petróleo e gás, anunciou recentemente que pretende começar a exportar produtos forjados para os países sul-americanos vizinhos, como Chile, Bolívia e Equador, a partir de 2016. O diretor executivo da empresa, Luis Miguel Botto, explicou que vai exportar flanges de aço forjado, conexões e outros produtos para as indústrias extrativas dos países vizinhos. A Metales Andinos ainda planeja construir uma nova instalação, que entrará em funcionamento em 2017, para ajudar a atender estes mercados.

Demonstrativo de simulação de processo de forjamento com software da Simufact Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 13

PRODUTOS Equipamentos de Indução 3MI

Equipamentos de indução, tecnologia IGBT, com consumo de 60, 100 e 160 kW, trabalham peças com diâmetros de 28,58 x 58, 31,75 x 60 e 41,28 x 200 mm, tendo capacidade para produzir 130, 261 e 378 kg/h, respectivamente. Possui calha de alimentação com avanço hidráulico e ou pneumático, sistema de refrigeração com motobomba, tanque e trocador de calor de aço inoxidável, gerador flutuante (sob molas) e guia tubular de aço inoxidável refrigerado. www.3mi.ind.br

Grampo Pneumático

Metal Work O Grampo Pneumático Ø 63mm e Ø40 mm, com ângulo de abertura regulável, fabricado pela Metal Work, é utilizado, principalmente, na indústria automobilística e em seus parceiros. A sua função é fixar o componente a ser soldado para que se tenha uma precisão e uma melhor qualidade na solda a ser efetuada. A série do Grampo Pneumático é prática, econômica e de fácil aplicação. O grampo pneumático possui como diferenciais: guia de deslizamento reforçada com tratamento superficial que lhe garante menor atrito e vida útil elevada; apresenta sistema de regulagem do ângulo integrado ao cilindro, não sendo necessário o reset eletrônico do sensor. www.metalwork.com.br

Solda a Frio

Quimatic Tapmatic A Quimatic Tapmatic lançou no mercado a massa epóxi bicomponente Plasteel Rapid 1:1, uma solda a frio que possui 44% de carga de aço em sua composição e conta com tempo de secagem de apenas 5 minutos. Fácil de preparar, aplicar e manipular, a Plasteel Rapid 1:1 é usinável após a cura e, por isso, recupera com precisão as dimensões originais de peças metálicas danificadas com desgastes, trincas, porosidades ou furos. O produto garante a recuperação de diâmetro de eixos, buchas e o preenchimento de furos indesejados em peças em geral, carenagens e qualquer outro tipo de componente metálico. A linha Plasteel possui certificação internacional de desempenho emitida pelo Bureau Veritas e está disponível em kits de 458g. www.quimatic.com.br

Aquecimento Indutivo

Ambrell Os sistemas de aquecimento indutivo EASYHEAT constituem soluções confiáveis e compactas para o aquecimento eficiente de suas peças através de uma fonte de calor rápida e limpa. Disponível nestes modelos, todos são ideais para o aquecimento sem contato e repetível de suas peças. A estação térmica remota fica localizada normalmente até dez metros da fonte de alimentação. www.ambrell.com.br

Elos Microfundidos

First Fornos As peças podem ser produzidas nos mais diversos aços e ligas, como: Aços Carbono, Aços Baixa Liga, Aços Resistentes à Abrasão, Aços para Alta Temperatura, Aços Ferramenta, Aços Inoxidáveis, Ligas de Níquel, Ligas de Cobalto, entre outros, atendendo todos os segmentos e exigências do mercado metalúrgico e podem fornecer peças de 0,003 Kg a 30 Kg. www.firstfornos.com.br

Prensas

Luxor As prensas rápidas modelo HB-40 da Luxor apresentam as seguintes propriedades: Capacidade máxima a 2,5 mm do P.M.I. de 40 toneladas; Curso do martelo (fixo): 50; Golpes por minuto – variáveis: 60 a 300; Distância máxima entre mesa e martelo com curso embaixo e regulagem em cima: 400 mm; Altura da ferramenta fechada (reg. em cima): 330; Regulagem do cursor do martelo de 80 mm; Dimensões face do martelo: 700 X 900 mm; Dimensões face da mesa: 700 X 900 mm; Motor com inversor de frequência: 10HP; Freio Fricção conjugado: Pneumático. www.luxor.ind.br

Queimadores Industriais

Aichelin O Queimador recuperativo de alta velocidade Tipo K-RHGB 15 - 200 kW construção cerâmica. Temperatura do recuperador máxima de 1300ºC. Para aquecimento direto do meio com sistema de injeção para reação dos gases de saída. Tubo de saída de gás em construção cerâmica. www.aichelin-astt.com.br

Visão Industrial

Infratemp O sistema CCTV Infratemp aliado às câmeras Bosch garantem alta qualidade para visão industrial. Com a utilização do sistema, você pode identificar trincas em refratários, buscar vazamentos, aumentar a segurança dos operários, evitar explosões, evitar paradas não programadas, evitar perda de produção, entre outros benefícios. www.infratemp.com.br

- Abril 2015

Sistemas de Controle Melt Manager Inductotherm

Os sistemas de controle Melt Manager são integrados a uma tela de LCD colorida tipo touch screen que fornece acesso às informações do inversor e controle, incluindo: Modos de controle de fusão; Controle de pré-aquecimento; Diagnósticos de fácil acesso. www.inductothermgroup.com.br

LUBRIFICANTES

Henri Strasser

Lubrificante de Matriz - Parte III: Examinando os Sistemas de Aplicação

embrando que lubrificação significa lubrificante + aplicação, vamos agora começar a analisar os sistemas, os equipamentos de aplicação de lubrificante. Para isso precisamos voltar a 1907, quando Thomas Edison finalizava o invento da lâmpada incandescente. A questão era a trefilação do filamento de tungstênio que só se tornou possível com o invento de Edward Goodrich Acheson, o DAG, uma dispersão coloidal de grafite artificial (hoje conhecido por sintético) em água, que “jogada” em cima do arame quente se aderia a ele formando um filme de baixo coeficiente de atrito que protegia a fieira e possibilitava a trefilação. Mas como é possível isso? O grafite, para funcionar, precisa estar firmemente aderido no billet ou no ferramental e estar totalmente seco. O ambiente do flooding é úmido, líquido. A explicação parece ser que o volume de água é tanto que, mesmo ocorrendo o fenômeno de Leidenfrost (repulsão da água e formação de vapor superaquecido isolante que evita a transferência de calor), a água em excesso provoca uma redução de temperatura do ferramental, causada pelo aquecimento/ evaporação da água do lubrificante em contato com ela e quando é atingida a temperatura máxima de molhamento do lubrificante, o grafite consegue se aderir firmemente. Isso funciona independente da concentração do lubrificante. Há casos comprovados com 25% a 0,7% de sólidos. Não há como checar formação de camada de forma convencional (visual), apenas se monitora o resultado final. Conceitualmente, o flooding é muito simples. Um sistema de refrigeração de usinagem, um tanque com uma bomba de recirculação, já é suficiente para um flooding em forjamento de peças pequenas. Para peças maiores e com produtividade mais elevada, um sistema mais potente é necessário. Um tanque de cerca de 1 a 25m3 (lubrificante sólido adicionado à água de refrigeração) de suprimento dotado de agitador e bombas de pressurização de alta pressão do lubrificante de matriz, um sistema de válvulas de comando e bicos que conduzem o lubrificante diluído para o ferramental. Sistemas de flooding mais modernos são dotados de calhas coletoras de lubrificante e um tanque de coleta equipado com agitador e bomba para recircular o lubrificante para o tanque de trabalho. É que o descarte é muito volumoso e se parte do princípio que pouco grafite foi consumido nas passagens anteriores. De tempos em tempos há necessidade de repor lubrificante fresco para compensar a perda de grafite e a evaporação da água. Em alguns casos, o controle do teor de sólidos é feito por determinação do teor de resíduos sólidos (TRS) a 120ºC e dá uma boa indicação da necessidade de reposição. Este processo sempre funcionou muito bem em sistemas de forjamento automático, multiestágio, por transfer, de alta velocidade, de até 120 golpes por minuto em que o tempo disponível para a lubrificação/ refrigeração é ≤ 1 segundo. Serve tanto em forjamento a quente e já é tradicional no forjamento a morno. Entretanto, a experiência mostrou que este processo requer grafite sintético coloidal (≤ 3 µm) para funcionar a contento. Sem dúvida, há empresas que já estão trabalhando com lubrificantes de matriz contendo grafite semicoloidal, mas apesar de estarem dominando os

problemas inerentes, a vida útil do ferramental está deixando a desejar no bench mark. O problema do lubrificante de matrizes natural e com granulometria semi-coloidal (≥ 4 µm) para o processo de flooding é a estabilidade da suspensão que é baixa e acaba floculando dentro do tanque, calhas e linhas de alimentação, o que causa build up e o consequente entupimento. O grafite, assim depositado, principalmente em superfícies quentes, é extremamente duro de ser retirado. É claro que, mesmo com o grafite certo, há problemas. A contaminação do lubrificante com óleo de lubrificação da máquina transforma os efluentes de classe II B para classe I, que tem que ser incinerados para descarte. Calhas coletoras do lubrificante de matriz, se possíveis, podem ajudar a diminuir o problema. Quanto maior o volume recirculado, maiores os problemas de invasão/contaminação. Paradoxalmente, o grafite sintético, apesar de se comportar de forma exemplar no flooding, é mais difícil de tratar, pois é mais complicado separá-lo da água do que o grafite natural semicoloidal. A contaminação com óleo também traz outro problema. A recomposição do banho de lubrificante de matrizes monitorada pela determinação do teor de sólidos fica mascarada, pois o óleo invasor também funciona como “sólido”, uma vez que também não evapora a 120ºC. É quando a situação fica mais complicada, pois em geral somente fabricantes de lubrificantes de matrizes têm recursos para a determinação do grafite, que é o teor que interessa ser mantido constante. O resíduo da evaporação a 120ºC é submetido a uma nova queima a 600ºC em ambiente inerte de N2, que queimará os orgânicos e, depois, a 900ºC e ambiente inerte de N2 e a queima do grafite. A determinação das cinzas de grafite por diferença de peso nos dá o teor de grafite. Além do mais, o grafite “gosta” muito mais de óleo do que da água. Desta forma, o grafite migra para o óleo e, quando este é escumado, uma parte do grafite é arrastada com ele. No fundo, quem manda mesmo na reposição do banho de lubrificante de matrizes é a vida das matrizes! O forjador costuma ter um histórico de vidas de matrizes e sabe quando e o quanto adicionar de lubrificante de matrizes novo, de acordo com resultados imediatos de vida. Também costuma-se fazer um programa de forjamento, na qual as peças mais complexas entram logo depois de uma reposição maciça do banho e as mais simples vão sendo forjadas até a depleção do banho de lubrificante de matrizes. O flooding é um processo muito antigo que ainda dá excelentes resultados em diversas empresas. Com o aumento de disponibilidade de grafite sintético, as coisas ficam um pouco mais fáceis. No entanto, hoje em dia, existe uma forte tendência, mesmo para processos de alta velocidade e máquinas de forjaria automáticas, para adotar sistemas de pulverização de atomização externa que permitiriam o uso de lubrificante perdido sem recirculação, sem descarte e sem sujeira. Além disso, tornariam possível o uso de lubrificantes que não fossem de grafite sintético. Mas esse já é um próximo assunto. Henri Strasser é engenheiro e sócio-diretor na Alimax Consultoria de Projetos e Servicos Médicos. Ele pode ser contatado em: henristrasser@uol.com.br. Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 15

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Alberto Moreira Guerreiro Brito

Curvas de Escoamento - Parte I: Importância no Desenvolvimento de Projetos de Forjamento

- Abril 2015

Condicionador de sinal da célula de carga

Célula de carga Placa superior

Computador registrador Sistema indutivo

Corpo de prova Placa inferior

Sistema de aquisição de dados

Fig.1. Representação esquematicamente do sistema de obtenção de curvas de escoamento do LdTM/UFRGS

velocidade de deformação não é a velocidade do equipamento, sendo definida como:

Onde φ̇ é a velocidade de deformação, V é a velocidade da prensa ou da máquina de ensaios e h é a altura instantânea do corpo de prova ou da peça. A análise dimensional dessa expressão permite compreender a unidade [s-1] da velocidade de deformação. As curvas de escoamento são obtidas através de ensaios padronizados, principalmente os ensaios de tração, compressão ou torção. Como a curva de escoamento também depende do estado de tensões, pode ser importante escolher qual ensaio utilizar, dependendo do tipo de processo que será estudado com os dados obtidos. Por exemplo, se o processo a ser estudado for uma trefilação, o ensaio mais adequado é o ensaio de tração. Para a obtenção de dados para estudo de processos de forjamento, o ensaio mais adequado é o ensaio de compressão. No LdTM/UFRGS, o ensaio mais utilizado para o levantamento de curvas de escoamento é o de compressão de corpos de prova cilíndricos. Todos os ensaios apresentam vantagens e desvantagens. A principal vantagem do ensaio de compressão é a simplicidade geométrica do corpo de prova. A principal

desvantagem é que os resultados obtidos são afetados pelo atrito entre o corpo de prova e as ferramentas de compressão. A Fig.1 mostra esquematicamente o sistema de aquisição de curvas de escoamento do LdTM/UFRGS. A Fig.2 mostra a geometria tipicamente utilizada para o corpo e as dimensões do mesmo em função do material e das condições de ensaios. A Fig.3 mostra um conjunto de curvas de escoamento levantadas (no LdTM/UFRAço a quente: h= 30mm d= 20mm h

comportamento de um metal ou liga sob condições de deformação plástica é, sem dúvida, a mais importante propriedade do material a ser considerada no desenvolvimento de um processo de forjamento. Esse comportamento é descrito através de equações que relacionam as tensões com as deformações e são denominadas equações constitutivas ou curvas de escoamento. A curva de escoamento de um material depende do próprio material (composição química), do seu histórico de processamento (forjado, laminado, trefilado, etc.) e do seu estado de tratamento térmico (normalizado, recozido, esferoidizado, etc.). Durante o processo de forjamento, a curva de escoamento depende da temperatura, da velocidade de deformação, do estado de tensões e da ocorrência, ou não, de fenômenos metalúrgicos como encruamento, recuperação e recristalização. A curva de escoamento é fundamental para a realização de qualquer cálculo de projeto que vise prever a força ou a energia necessária à conformação ou a forma como o material escoa na matriz. Quanto mais precisa for a curva de escoamento utilizada no cálculo, mais preciso será o resultado, não importando se o mesmo é feito utilizando-se simples fórmulas empíricas ou sofisticados programas de simulação de processo. Embora, nos dias de hoje, os programas de simulação tenham atingido um enorme grau de confiabilidade, a qualidade dos resultados que eles fornecem depende da qualidade dos dados introduzidos, fundamentalmente da curva de escoamento. Considerando esses fatos, um projeto de pesquisa permanente do Laboratório de Transformação Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LdTM/UFRGS) é a obtenção de curvas de escoamento de diferentes materiais em diferentes condições. Por exemplo, um mapa de processamento típico para um aço a ser forjado a quente ou a morno envolve o levantamento de curvas de escoamento a 700, 800, 900, 1000, 1100 e 1200ºC em velocidades de deformação de 0,1, 1,0 e 10,0 s-1. É importante ressaltar que a

Ød

Aço a frio: h= 15mm d= 10mm Liga de alumínio a quente ou a frio: h= 30mm d= 20mm Liga de titânio a quente: h= 15mm d= 10mm Liga de cobre a quente: h= 30mm d= 20mm

Fig.2. Representação esquemática do corpo de prova utilizado e dimensões típicas

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO Alberto Moreira Guerreiro Brito

300 800°C 10 s-1

250

Tensão efetiva (MPa)

800°C 200 800°C

150

1100°C 1100°C

100

1100°C 50

1,0 s-1 0,1 s-1

0,1

0,2

0,3 0,4 0,5 Deformação efetiva

0,6

0,7

0,8

Fig.3. Curvas de escoamento para o aço ABNT 4340 em diferentes condições de temperatura e velocidade de deformação 250 T6

Tensão efetiva (MPa)

200

GS) para o aço ABNT 4340 em diferentes condições de temperatura e velocidade de deformação. Este caso mostra a situação mais comum em que os valores de tensão aumentam com a diminuição da temperatura e com o aumento da velocidade de deformação. Entretanto, pode acontecer, dependendo do estado inicial, o material e das condições do ensaio, que durante o mesmo ocorram fenômenos de recuperação e/ou recristalização do material e, nesse caso, o comportamento descrito acima não se verifique em toda a faixa de temperatura e velocidades de deformação utilizadas. Além disso, a forma clássica das curvas de escoamento (Fig.3) pode se modificar drasticamente. A Fig.4 mostra as curvas obtidas (no LdTM/UFRGS) a temperatura ambiente com velocidade de deformação igual a 1,0 s-1 para uma liga de alumínio ABNT 6061 submetida a diferentes tratamentos térmicos. Finalmente, a Fig.5 mostra curvas para diferentes materiais para diferentes condições de ensaios [1,2]. Alberto Moreira Guerreiro Brito é engenheiro metalúrgico, doutor em engenharia, pesquisador do Laboratório de Transformação Mecânica da UFRGS, tendo participado e coordenado projetos na área de conformação mecânica de aços e ligas leves de uso aeronáutico. E-mail: brito@ufrgs.br.

Referências Bibliográficas

[1] Brito, A. M. G.. Forjamento Progressivo: Processo Alternativo para Prensas de Pequena Capacidade. Dissertação de Mestrado, PPGE3M/ UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil, 1988; [2] Boyer, H. E.. Atlas of Stress-Strain Curves. ASM International, Metals Park, Ohio, USA, 1987.

150

100

Recozido

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Deformação efetiva

Fig.4. Curvas de escoamento para uma liga de alumínio ABNT 6061, em diferentes estados de tratamento térmico, obtidas a temperatura ambiente com φ̇ = 1,0/s 200 180

Tensão efetiva (MPa)

160

140

120 100 80

60 40 20 0

5 0

0,1

0,2

0,3

6 0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

Deformação efetiva

Fig.5. Curvas de escoamento de diferentes materiais, em diferentes condições de ensaio, mostrando fenômenos como encruamento, recuperação e recristalização dinâmica: (1) TiAl6V4, 850ºC, φ̇ = 0,1/s [1]; (2) TiAl6V4, 850ºC, φ̇ = 4x10-3/s [1]; (3) TiAl6V4, 950ºC, φ̇ = 4x10-3/s [1]; (4) aço microligado C-Mo-V, 900ºC, φ̇ = 3,7x10-4/s [2]; (5) aço microligado C-Mn-V, 975ºC, φ̇ = 1,5x10-3/s [2]; (6) aço baixo C, 900ºC, φ̇ = 3,7x10-4/s [2] Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 17

CONFORMAÇÃO

Lirio Schaeffer

O Desafio Brasileiro de Produzir Peças Leves de Aço

á se vai muito tempo que se vem descrevendo, discutindo, montando associações, etc. sobre o assunto relacionado às novas regulamentações do efeito de emissão de CO2 pelos automóveis. A fabricação de peças mais leves (lightweith construction) será o principal caminho para atingir o objetivo: “menos peso”. Como as forjarias brasileiras enfrentarão essa mudança tecnológica? Será pelo velho procedimento de “tentativa e erro”? Será por cópia de tecnologia? Será necessário que seu corpo de engenharia venha aprender sobre a influência da velocidade de deformação na tensão de escoamento e sobre o significado de uma “curva de escoamento”? Como chegar à fabricação de peças forjadas mais leves? O que fazer para que, com a mesma geometria, se consiga uma peça mais leve e, de preferência, de mais baixo custo, ecologicamente correta e de menor consumo de energia na fabricação (Fig.1)? Existem vários aspectos que devem ser considerados para se produzir peças mais leves, por exemplo: • Matéria-prima; • Projeto (forma e geometria); • Processo de fabricação. Em relação à matéria-prima iniciamos uma primeira estratégia com o objetivo de forjamento de ligas de ultra-alta resistência mecânica. Como exemplo, as ligas ao boro como a liga 7Mn B8. Com a ideia de se usar recursos governamentais do programa Embrapii, vários ramos industriais foram contatados: desde o fabricante de matéria-prima, sistemas de aquecimento, automatização, ferramentarias, equipamentos, instituições de pesquisas e forjarias (Fig.2). A ideia seria manter um ‘pool’ de empresas interessadas no desenvolvimento de forjados de alta resistência mecânica. Em relação à geometria, foi impressionante o exemplo da empresa HEWI G. Winker GmbH na produção de componentes para a indústria de fixação [2]. Trata-se de uma patente para fabricação de uma porca (Fig.3) com geometria especial propiciando uma significante redução de massa, de até 20%, menor em relação às porcas convencionais. Além deste aspecto, ocorreu a eliminação de tratamento térmico e redução no custo de produção em 10%. Sobre os processos de fabricação e estratégias como junção de peças, peças leves, etc. reportamo-nos à impressionante apresentação do Dr. Mauro de Souza (Diretor de Engenharia e Desenvolvimento da empresa Neumeyer Tekfor Tech Center Brazil) no Senafor de 2014 [3].

Fig.1. Exemplo de um começo para aumentar de 30% para 70% a quantidade de componentes mais leves na indústria automobilística [1] Desenvolvimento de forjados de ultra-alta resistência mecânica

Ferramentais

Sistema de aquecimento Elotherm Automação

Matéria-prima ArcelorMittal

Nivan Ferramentas Solução Forjaria Brasileira de Metais FMB Fermentas

Prensas

TMBevo Luxor

Instituição de pesquisa Tratamento térmico

CIMATEC/SENAI UFRGS/LdTM Lasso Me (Alemanha) Fraunhofer/IPT (Alemanha)

Ensaios mecânicos Microestrutura

Forjarias Mahel Hirschvogel Forjas S/A ThyssenKrupp, FMC Technolgies Mundial, Açotubos TMBevo, Uniforja, Randon

Fig.2. Desenvolvimento de forjados de ultra-alta resistência mecânica

Fig.3. Desenvolvimento de um componente visando à fabricação de componentes mais leves (porca sextavada com flange) [2]

Referências Bibliográficas Lirio Schaeffer é engenheiro mecânico, com Doutorado em Conformação Mecânica - Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule/Aachen/Alemanha (1982). Desde 1976 é professor titular na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) - Departamento de Metalurgia e coordena o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM). Tem experiências na área de Energias Alternativas. Atualmente, é consultor ad hoc da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), consultor do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e consultor da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ). E-mail: schaefer@ufrgs.br

- Abril 2015

[1] Bartsch, K.: Megatrend Leichtbau - Unternehmen de Massivumformung sind Partner MIT dem notwendigen know - how. Schmiede - journal, março, 2014, pg. 22-25, [2] Unseld, P; L. Kertesz e G. Messmer: Leichtbau durch Kaltumformung mechanischer Verbindungselemente. Schmiede - Journal, Março, 2014, pg. 50-53, [3] Souza, Mauro M. de: Inovações de produtos por meio de inovações dos processos de conformação e combinação de materiais com vistas ao desenvolvimento de componentes automotivos leves. 18ª Conferência Internacional de Forjamento (34º SENAFOR). Palestra de Abertura. Porto Alegre, Outubro, 2014.

NR12

Leonardo Andrade do Nascimento

“NR12 – Case de Sucesso... Sim, é Possível Implantar”

pós pouco mais de quatro anos de sua publicação, a NR12 ainda é a norma regulamentadora mais temida e polêmica do setor industrial e estamos longe de superar este enorme desafio. As causas são inúmeras, como por exemplo: falta de profissionais qualificados, custo elevado de materiais de segurança, dificuldades técnicas, empresas de adequação despreparadas, entre outras. Mas no nosso entendimento, o principal fator que dificulta a implantação do processo de adequação é a elaboração do escopo de trabalho realizada de forma equivocada. Embora todos os itens já estejam vencidos e a NR12 não apresente possibilidade de extensão dos prazos, não devemos nos desesperar, mas sim elaborar um plano robusto que contemple todas as fases, de forma que a NR12 seja absorvida pelas diferentes áreas da empresa de forma sustentável e com alto grau de envolvimento de cada colaborador da empresa. Algumas regras precisam ser muito bem observadas: 1) Não terceirize toda adequação com uma única empresa, você corre risco de ficar refém deste fornecedor ou de ele falir no meio do processo; 2) Não deixe seu fornecedor de adequação ser o responsável por

ETAPA I Planejamento

ETAPA II Requisitos Mínimos

ETAPA III Análise e projeto

Diagnóstico Payback

gerenciar o projeto, você está dando o galinheiro para a raposa cuidar; 3) Fornecedor de produtos tem interesse em vender produtos, logo, se você deixar ele especificar os sistemas, gastará muito mais do que precisa; 4) Não deixe ninguém fazer terrorismo com a sua empresa, sua empresa já passou por outras mudanças difíceis nas normativas e vai passar por esta também; 5) Esperar não é a solução, nestes casos, sim, podem ocorrer interdições, multas e até perda de certificados de qualidades como ISO 18001/OSHAS. Uma grande empresa do setor de MDF realizou a implantação da NR12 ao longo de três anos de forma sustentável e funcional. Ainda existem itens em processo de melhoria, mas este projeto, sem dúvida, é um dos grandes cases do mercado em se tratando de atendimento da NR12. O projeto foi todo particionado e conduzido por uma equipe multidisciplinar, completada por duas empresas de engenharia e consultoria que trouxeram know-how e tecnologia para o projeto. Tudo foi conduzido de forma austera, transferindo para o núcleo de inteligência do comitê interno toda segurança e informações necessárias para que as decisões certas fossem tomadas. A estratégia adotada levou em consideração os seguintes critérios:

Execução segmentada realizada por passos. Ex: fazer proteção físicas em todas as máquinas primeiro

Reconstituição de proteção existentes; Conserto de itens danificados ; Ativação de itens burlados; Proteção básicas (óbvias)

Análise de risco solução Passo I - Proteções físicas Passo II - Sensores

ETAPA IV Adequação

Execução completa

Passo III - Relés/CLP Passo IV - Contatores Passo V - Vávulas

ETAPA V Validação

Teste laudo e ART

Passo VI - Documentação Passo VII - Treinamento

Exemplo de fluxograma utilizado em um case de sucesso para a implementação da NR12 Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 19

NR12

anuncio industrial - Março - Abril.pdf 1 30/01/2015 13:21:51

Leonardo Andrade do Nascimento 1) Os fornecedores de execução dos serviços poderiam ser os atuais parceiros que já eram de confiança, mas precisavam de uma orientação, já que tratava-se de um serviço novo e desconhecido; 2) O material de adequação poderia ser adquirido diretamente do fabricante/distribuidor, reduzindo os repasses de impostos e margens de lucro de atravessadores; 3) Todas as decisões precisavam considerar critérios técnicos e financeiros e não poderiam ser resolvidas somente pelos suprimentos, mas sim pelo comitê; 4) O tema NR12 é um item tão importante que deve estar presente nas reuniões gerencias ordinárias da empresa; 5) A adequação deve ser realizada em etapas para melhor com-

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Embora a NR12 não apresente possibilidade de “ extensão dos prazos, não devemos nos desesperar,

mas sim elaborar um plano robusto que contemple todas as fases, de forma que a NR12 seja absorvida pelas diferentes áreas da empresa de forma sustentável e com alto grau de envolvimento

”

preensão das modificações necessárias no processo produtivo, projetos-pilotos devem ser realizados para avaliar o impacto. Como todas essas premissas da estratégia do projeto foram observadas à risca durante todos os quase 30 meses de implantação, os resultados foram impressionantes: 6 milhões de reais economizados comparando o modelo atual com o modelo turn-key (fornecedor executa todo o serviço). Além disso, praticamente não houveram problemas que impedissem a empresa de produzir com a mesma qualidade e com o mesmo ritmo de produção. Tudo isso só foi possível porque a engenharia de processo da empresa participou de todas as etapas para corrigir desvios da operação e repensar as tarefas que foram afetadas pelo sistema de segurança. Durante a execução do projeto foi desenvolvido um fluxograma de trabalho que priorizou ações de autoimpacto na redução do risco e que requeriam poucas horas de engenharia, como inserir proteções físicas, botões de emergência e chaves nas portas. Posteriormente foram desenvolvidos sistemas complexos de segurança com CLP’s, contatores redundantes e válvulas de segurança. Os resultados funcionais foram muito expressivos neste projeto, pois foi obtida uma economia muito significativa devido à simplificação dos projetos, à padronização de proteções e à aquisição de produtos direto do fabricante. Os resultados finais renderam quase 25% de economia, baixo índice de retrabalho e alto índice de confiabilidade dos sistemas de segurança. Leonardo Andrade do Nascimento é diretor na Payback Consultoria e Engenharia S/A. É consultor especializado em NR12 e segurança de máquinas desde 1998, com formação técnica em eletroeletrônica e superior em Engenharia Mecânica com larga experiência em máquinas, projetos, automação e manutenção E-mail: leonardo.nascimento@payback.net.br.

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- Abril 2015

>>> CAD/CAE/CAM Aplicado ao Forjamento

Sistema CAD/CAE/CAM no Forjamento de Geometria de Média Complexidade (a)

(b)

Fig.2. Representação das pré-formas para o forjamento. (a) Geratriz cilíndrica, (b) Geratriz com pré-forma

Luana De Lucca de Costa, Vinícius Martins, Fábio Junkes Correa, Paulo Ricardo Böesch Júnior, Angela Selau Marques, Lírio Schaeffer, UFRGS, Porto Alegre (RS) A utilização dos softwares do sistema CAD/CAE/CAM torna-se cada vez mais importante para o aprimoramento do processo de forjamento em matriz fechada. A ferramenta CAE possibilita a avaliação do processo de forjamento virtualmente, otimizando a produção industrial e reduzindo o custo final do produto através do mínimo uso da matéria-prima. O objetivo deste trabalho é apresentar os recursos de softwares no forjamento de uma biela para as ferramentas motorizadas

s tecnologias computacionais são recursos utilizados para atender às demandas do processo produtivo de forjados, pois possibilitam aprimorar ações de desenvolvimento admitindo maior facilidade, eficácia e agilidade na obtenção de produtos e processos inovadores. Desse modo, a incorporação de sistemas computacionais em processos de fabricação permite a otimização no desenvolvimento de produtos forjados, tomada prévia de decisão em cada fase do processo e redução da repetição de tarefas que oneram o desenvolvimento de produtos e processos em tempo e custo [1]. No forjamento de bielas, a descrição tridimensional de um componente no sistema CAD (Computer Aided Design), dentro de tolerâncias que atingem o mínimo 1/10mm, é fundamental para uso destas tecnologias para etapas seguintes: simulação computacional (CAE - Computer Aided Engineering) ou fabricação de matrizes (CAM - Computer Aided Manufacturing) [2]. Na simulação, é analisado o preenchimento das matrizes, definição da necessidade de formas intermediárias, esforços que ocorrem no ferramental, influência do tipo de máquina, preenchimento das cavidades, análise da influência de raios e cantos, deformação elástica das matrizes, determinação da garganta de rebarba, avaliação dos efeitos da dilatação térmica, determinação da linha de repartição [3]. Já na etapa de simulação, são executadas operações de controle

do projeto estabelecido preliminarmente. Caso seja verificado um preenchimento incompleto da cavidade, devem ser alterados raios, ângulos ou até mudar parâmetros do processo de forjamento. No passado, estas etapas eram sempre analisadas em prolongadas e oneradas operações experimentais [4]. Após ter sido desenvolvido o projeto no CAD, com a análise sobre o efeito das variáveis no processo, inicia-se a etapa de fabricação do ferramental com a ajuda do sistema Edgecam (sistema de CAM para usinagem de produção de moldes e matrizes). A construção do ferramental, com máquinas de usinagem com controle numérico computadorizado (CNC), necessita de informações transmitidas da área de projetos, em que as superfícies foram descritas através de modelos matemáticos via CAD/CAM [5]. As máquinas de usinagem também precisam de um sistema específico para receber os dados e iniciar a operação de usinagem [6]. O software Simufact.forming® é utilizado para realizar as simulações. Foi escolhido o Método dos Elementos Finitos (FEM - Finit Element Method), assim sendo, a malha possui pontos de rede, chamados de “nós”, os quais são fixados no corpo em análise. Conectando os pontos de rede, criam-se os elementos de material e a coleção de elementos produz a malha denominada Lagrangiana. Com a deformação do corpo, os pontos de rede se movem no espaço e os elementos se distorcem. O solucionador calcula, portanto, o movimento

Tabela 1. Dados de entrada no software de simulação numérica

Coeficiente de transferência de calor (perda de calor)

W/m².K

Emissividade por radiação térmica ao meio ambiente

0,5

Atrito interfacial entre as ferramentas e a peça

0,4

Temperatura das ferramentas

200

ºC

Temperatura da peça

1.200

ºC

Material das ferramentas

H-13

Material da peça

AISI 4140

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>>> CAD/CAE/CAM Aplicado ao Forjamento

de elementos de massa constante [7, 8]. A importância do sistema CAD/CAE/CAM será exemplificada com a simulação do processo de forjamento a quente de uma biela de ferramentas motorizadas. Metodologia Para a realização da simulação numérica do processo de perfuração, utilizou-se o software Simufact.Forming 11.0 pelo Método dos Elementos Finitos. Esse processo de forjamento em matriz fechada consiste na movimentação da matriz superior e da matriz inferior na direção perpendicular à geratriz cilíndrica, porém, em sentidos opostos, com o propósito de formar uma biela usando as matrizes que foram modeladas através do software SolidWorks 2012, como mostrado na Fig.1. Após a determinação das dimensões finais da biela definem-se as dimensões as dimensões da peça forjada levando em consideração a contração do material juntamente ao projeto de saída de rebarbas (também chamado de calha de rebarba). Realiza-se a modelagem da peça forjada com a saída de rebarba, sendo esta modelagem utilizada para o projeto da matriz. Inicialmente, foi executado o forjamento com geratriz cilíndrica e, em seguida, com geratriz apresentando pré-forma, com as dimensões alteradas, como mostra a Fig.2 (na página anterior). Ambas geratrizes foram modeladas com o uso do software SolidWorks 2012. No primeiro caso, a geratriz cilíndrica apresenta massa aproximada de 138g e, no segundo, aproximadamente 120g. Os dados de entrada para a simulação numérica estão mostrados na Tabela 1. Os parâmetros térmicos, tais como o coeficiente de transferência de calor, foram determinados conforme estão indicados no software e a emissividade foi alterada para 0,5 devido à formação de carepa, oxidação da superfície do aço quando em contato com o ar, oriunda do aquecimento da peça de trabalho. O material definido para ambas geratrizes foi o aço SAE 4140 e o material que constitui as matrizes foi o aço ferramenta H13. Com o intuito de executar o forjamento a quente, foi estabelecida a temperatura de 1200ºC para as geratrizes e, para as ferramentas, a temperatura de 200ºC, a fim de minimizar a transferência, por condução, da peça para as matrizes. O equipamento determinado foi uma prensa mecânica excêntrica, sendo necessário inserir os dados de entrada para a continuação da simulação, conforme mostrado na Tabela 2. O atrito interfacial estabelecido entre a peça de trabalho e as ferramentas, encontrado na biblioteca do software Simufact.Forming 11.0 para forjamento a quente de ligas metálicas, foi de 0,4. O atrito é consideravelmente elevado, em função de tratar-se de um processo de conformação a quente, devido à formação de carepas que aumenta, significativamente, o coeficiente de atrito. Valores precisos quanto ao coeficiente de atrito podem ser obtidos por ensaios de compressão do anel, amplamente mencionado na literatura [13]. Para a execução da simulação computacional foi criada uma malha para a geratriz cilíndrica com elementos finitos de 1mm, formando uma malha com 11.928 elementos e, para a geratriz com pré-forma, utilizando a mesma malha, são 10.140 elementos finitos, como mostrado na Fig.3. De acordo com a representação da Fig.3, com base no software Simufact.Forming 11.0, foi simulado o processo de forjamento em matriz fechada para os dois casos de geometria inicial. Resultados Com base na simulação numérica Método dos Elementos Finitos, obteve-se o valor das forças necessárias ao forjamento em função 22

- Abril 2015

Corte para encaixe do ferramental

Matriz superior

Furação para colocação de pinos guia Canal de rebarba na matriz superior

Canal de rebarba na matriz inferior Cavidade inferior Matriz inferior

Fig.1. Reprodução das matrizes superior, ilustradas com linhas de forma aparente e inferior, representadas de forma opaca

(a)

(b)

Fig.3. Demonstração da formação da malha para as duas geratrizes. (a) Geratriz cilíndrica, (b) Geratriz com pré-forma

Tabela 2. Dados de entrada na prensa mecânica excêntrica

Raio da polia

150

Comprimento do braço de alavanca

400

Velocidade angular

300

rot/min

>>> CAD/CAE/CAM Aplicado ao Forjamento

100

Força (ton)

100

Deslocamento (mm)

Fig.4. Força (ton) instantânea em função do deslocamento da geratriz cilíndrica

Fig.5. Forças (ton) instantâneas em função do deslocamento da geratriz com pré-forma

do deslocamento. Demonstrados em um gráfico de dispersão, onde os pontos indicam a força em cada instante. Os gráficos da Fig.4 e Fig.5 demostram esta relação. Na simulação realizada com geratriz cilíndrica, obteve-se o preenchimento completo das cavidades das matrizes, porém, ocorreu a formação excessiva de rebarba e, consequentemente, o desperdício de material, além da força necessária para o forjamento ser maior, como demonstrado nas Fig.4 e 5. A Fig.6 mostra a distribuição de deformações com a utilização da geratriz cilíndrica e a formação excessiva de rebarba. Quando se utilizou a geratriz com pré-forma, obteve-se pouca rebarba e a força para conformação foi menor do que no primeiro caso, como demostrado na Fig. 7. A ferramenta de CAM utilizada para a programação da usinagem CNC foi o Edgecam 2010. Devido à integração existente entre os softwares CAD/CAM, é possível abrir o arquivo nativo do SolidWorks no Edgecam, ou seja, sem a necessidade de salvar o arquivo em outras extensões, o que, em alguns casos, gera distorções de informações ou até mesmo perda de alguns dados. Depois de abrir o arquivo, é utilizado um recurso para identificar todas as características da peça, chamado de “feature find”. Através dele, o software reconhece automaticamente todas as dimensões do modelo, tais como diâmetros dos furos, profundidade dos rebaixos, etc. Com isso, evitam-se erros, garantindo que a peça a ser usinada é exatamente igual à peça modelada. Ainda, antes de iniciar a programação da usinagem, é identificado o local do ponto zero da usinagem (Fig.8) para que a máquina tenha uma referência através de uma coordenada geométrica. Por fim, é inserido uma representação do material bruto a ser usinado, chamado de “stock”. Terminada esta etapa de preparação, é iniciada a programação da usinagem da peça. Para tanto, selecionou-se a ferramenta de des-

baste de 6mm de diâmetro e 13mm de altura de aresta de corte com avanço de 500mm/min nos eixos X e Y, 200mm/min no eixo ‘Z” e 3.500 rpm. A profundidade de corte (ap) foi de 1mm. As linhas em amarelo da Fig.9 representam os caminhos a serem percorridos pela ferramenta de usinagem do desbaste. Observa-se na Fig.10 a simulação do desbaste, sendo, Fig.10A o ínicio da usinagem e Fig.10B o final do desbaste na cavidade da matriz. Pela simulação, é possível perceber a necessidade de um acabamento com uma ferramenta menor para diminuir o sobremetal deixado pelo processo de desbaste (Fig.11). É importante observar a ferramenta para que ofereça o acabamento necessário, não pode ser muito pequena, pois poderá quebrar com facilidade. A região denominada de canal de rebarba está pronta, por isso a estratégia de usinagem seguinte deter-se-á apenas na cavidade da biela. Para esta operação, utilizou-se uma ferramenta de topo com 2mm de diâmetro e 10mm de altura de aresta de corte, com avanço de 800mm/min nos eixos X e Y, 350mm/min no eixo ‘Z” e 6.000 rpm, que é a rotação máxima do centro de usinagem disponível. A profundidade de corte utilizada foi de 0.2mm. Por fim, é realizada uma estratégia de acabamento, apresentada na Fig.12, que atua em superfícies planas para obter-se o acabamento superficial desejado da matriz de forjamento da biela. Nesta operação, utilizou-se uma fresa de topo com 1mm de diâmetro e 10mm de altura de aresta de corte com avanço de 800mm/min nos eixos X e Y, 500mm/min no eixo ‘Z” e 6.000 rpm, com a profundidade de corte foi de 0.2mm. Depois de finalizado o programa no software Edgecam, os dados são enviados ao centro de usinagem, através de códigos, os quais são interpretados pela máquina para a fabricação da matriz. A máquina utilizada para isso é um centro de usinagem vertical da Romi, modelo Discovery 760, com comando Siemens 810D. O CNC é conectado a

3.089

3.447

2.703

3.016

2.317

2.586

1.931

2.155

1.545

1.724

1.158

1.293

0.772

0.862

0.386

0.431

0.000

Máx. 3.089 Míni. 0.000

YZX

Fig.6. Distribuição de deformações para o forjamento da geratriz cilíndrica

Fig.7. Distribuição de deformações para o forjamento da geratriz com pré-forma Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 23

>>> CAD/CAE/CAM Aplicado ao Forjamento

Contornos identificados pelo CAM

Localização do ponto zero da usinagem

Fig.8. Matriz inferior aberta no Edgecam sendo preparada para a programação da usinagem

um computador externo através de uma interface padrão chamada de RS-232. Por essa interface, o computador transfere os dados gerados pelo CAM para a máquina CNC. Conclusões Os dados apresentados neste trabalho mostram que os sistemas CAD/ CAE/CAM são fundamentais para a indústria de forjados, pois diminuem o tempo de projeto, apresentando falhas e dificuldades que aparecerão durante o processo físico. Os softwares de CAD são indispensáveis na indústria metal-mecânica. A ferramenta de CAE para Feiplastic Anunciodurante de visitacao 175x110.pdf forjamentoRAM037-15 mostra esforços e tensões o processo de forja-1 mento e determina melhor preenchimento e geometria inicial da ge-

Fig.9. Estratégia de desbaste

ratriz. Observa-se que a simulação realizada com a pré-forma de geratriz cilíndrica obteve o preenchimento completo das cavidades das matrizes, porém, ocorreu a formação excessiva de rebarba desperdiçando material, além de ser necessário maior esforço para conformação. A ferramenta de CAM ajuda a determinar a melhor ferramenta de usinagem, estratégia utilizada, juntamente às dificuldades encontradas no processo e estimativa de tempo necessário para usinagem, que ajuda a organizar a programação do setor de usinagem ou estimar o custo necessário para a obtenção das matrizes. 1/21/15

2:51 PM Luana de Lucca de Costa é engenheira mecânica, mestra em Engenharia. Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Me-

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- Abril 2015

>>> CAD/CAE/CAM Aplicado ao Forjamento

Fig.10. Inicio da simulação do desbaste da cavidade da matriz

Estratégia de acabamento das áreas planas

Fig.11. Acabamento do processo de desbaste

Fig.12. Acabamento das áreas planas

talúrgica e Materiais (PPG3M) do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre (RS), luana.lucca@ufrgs.br. Vinícius Martins é mestre em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais - Área de Concentração: Processos de Fabricação. Professor do Instituto Federal Sul Rio-Grandense (IFSul). Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGE3M) do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), UFRGS, viniciushiper@yahoo.com.br. Fábio Junkes Corrêa é engenheiro mecânico, mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPG3M) do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), UFRGS, fabio.correa@ufrgs.br. Paulo Ricardo Böesch Júnior é tecnólogo em Fabricação Mecânic, mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGE3M) do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), UFRGS, paulo.boesch@ufrgs.br. Angela Selau Marques é mestre em Engenharia pelo do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (PPGE3M) do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), UFRGS, angela_selau@ufrgs.br. Lirio Schaeffer é Prof. Dr.-Ing. Coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPG3M, UFRGS, e-mail: schaefer@ufrgs.br.

CAM nos diversos setores do conhecimento sob a ótica da propriedade Industrial. DissertaçãoCEFET/RJ, 2005; [2] YAMAKAMI, W. J., BUTTON, S. T. Forjamento a quente de precisão: Uma proposta para flexibilização. Acesso via portal UNICAMP: http:// www.fem.unicamp.br/~sergio1/laboratorio/sistfex.pdf. Março,2013; [3] HARTLEY, P., PILLINGER, I.: Numerical simulation of the hot forging process. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. Volume 195, Pag 6676-6690, October 2006; [4] ADOLF, W.: Schmiedeteile – BedeutungGestaltungHerstellung – Anwendung. InformationstelleSchmiedestück-VerwendungimIndustrieVerbandDeutscherSchmieden e. V. (IDS), 1998; [5] MARTELLO, L. Desenvolvimento do Processo de Forjamento da Liga de Alumínio AA6351 com Auxílio de Computação Numérica. Dissertação de Mestrado. UFRGS - PPGEM, Porto Alegre/RS, 2007; [6] FRIEDRICH, H.: Schmiedeteilkonstruktionmit CAD/CAM. CAX in DeutschenSchmieden (IDS), 1996, pg 7-9; [7] PERONI, R. E MARTINELLI, G.: Experiences in High Speed Milling of Forgings Dies. Anais da III Conferência Internacional de Forjamento (XIX SENAFOR), Porto Alegre, 1999, pg. 283-288; [8] MARQUES, A. Estudo do forjamento de peças vazadas a partir de geratriz tubular. Dissertação de Mestrado. UFRGS - PPGEM, Porto Alegre/RS, 2013; [9] HELLENO, A. L., & SCHUTZER, K. (2004). Fatores que influenciam a usinagem de moldes e matrizes com altas velocidades. Revista de Ciência & Tecnoligia, 7-14.

Referências [1] KANITAR, F. P. Análise do desenvolvimento dos sistemas CAD/CAE/

Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 25

>>> Aquecimento por Indução - Parte II

Modelagem Computacional dos Processos de Aquecimento por Indução - Parte II

Fig.1. Indutor oval utilizado para o aquecimento de extremidades de barras por indução. (Cortesia da Inductoheat.)

Dr. Valery Rudnev, FASM – Inductoheat Inc., Madison Heights, Michigan - EUA A parte I deste artigo cobriu os aspectos críticos do modelamento computacional dos processos de aquecimento por indução. Foram abordadas as suposições erradas comuns, bem como as respostas sobre o uso da análise por elementos finitos e por que alguns softwares comerciais de modelagem têm limitações. Este fascículo final continua a fornecer sugestões sobre o modelamento computacional para aquecimento por indução

m uma economia global acelerada, a capacidade dos fabricantes que utilizam o aquecimento por indução de minimizar o tempo entre o pedido de um cliente para um orçamento e um orçamento elaborado com base em um modelamento computacional eficiente é fundamental para o sucesso de uma empresa. Um ambiente industrial competitivo não oferece o luxo de vários dias de espera para se obter os resultados de um modelamento computacional. Em vez disso, são necessários resultados de modelamento confiáveis dentro de algumas horas. Reconhecendo a importância do modelamento computacional e o que deve ser feito para melhorar a eficácia do processo para determinar as sequênicas de processo mais adequadas, a ASM International (American Society for Metals, ou Sociedade Americana de Metais, uma organização profissional composta por cientistas e engenheiros de materiais) publicou recentemente dois volumes completos sobre modelamento, os quais são aplicados à simulação computacional de diferentes tecnologias de processamento dos metais. As informações contidas nestes livros foram apresentadas por especialistas de universidades de ponta, laboratórios de pesquisas nacionais e corporações industriais de 13 países. Esta compilação está agora disponível em um novo conjunto de dois volumes publicados como parte da série ASM Handbook. A primeira parte, Volume 22A, Fundamentals of Modeling for Metals Processing (Fundamentos de Modelagem para o Processamento de Metais), foi publicada 26

- Abril 2015

em 2009. A segunda parte, Volume 22B, Metals Process Simulation (Simulação dos Processos Metalúrgicos), o seguiu um ano depois. Os volumes cobrem uma gama de assuntos relacionados com o modelamento dos processos metálicos, incluindo conformações a quente e a morno, laminação, fundição, forjamento, revestimentos, usinagem e muitos outros. Entre outras informações úteis, o Volume 22B contém dois artigos que são exclusivamente dedicados ao modelamento computacional de tecnologias térmicas de indução: “Simulation of Induction Heating Prior to Hot Working” (Simulação do Aquecimento por Indução Antes do Trabalho a Quente) e “Coating and Simulation of Induction Heat Treating" (Revestimentos e Simulação dos Tratamentos Térmicos por Indução).

Aquecimento por Indução de Extremidades de Barras Muitas barras, tarugos ou varas produzidos hoje são submetidos a processos em que peças inteiras são aquecidas e alimentadas em um laminador ou outro equipamento de conformação. Em alguns casos, entretanto, somente é necessário conformar a quente uma parte da peça de trabalho (a sua extremidade, por exemplo). Alguns exemplos desses tipos de peças são hastes de bombeio para produtos OCTG (Oil Country Tubular Goods - Produtos tubulares e acessórios para a indústria petrolífera) ou ligações estruturais em que detalhes devem ser adicionados a uma ou ambas as extremidades da barra. O aquecimento da extremidade da barra consiste em colocá-la dentro de um indutor e

Fig.2. Aquecimento de extremidade de barras utilizando um indutor em canal (ranhura, trilho). (Cortesia da Inductoheat)

>>> Aquecimento por Indução - Parte II

aquecê-la por um período de tempo especificado. Várias extremidades de barras podem ser aquecidas em bobinas individuais, ovais (Fig.1) ou em bobinas do tipo canal (Fig.2). Ao deixar a bobina, as extremidades da barra estão na temperatura desejada e a barra é movida para a operação de forjamento. Para altas taxas de produção (1.800 peças por hora ou mais), tanto os indutores ovais como os de canal são as opções mais adequadas e são frequentemente utilizados com uma manipulação totalmente automatizada ou semiautomatizada. Modelagem Computacional do Aquecimento da Extremidade Um processo no qual a barra é inserida parcialmente na bobina de aquecimento não se presta facilmente à maioria dos métodos de análise computacional. Isto acontece porque estes métodos baseiam-se nas hipóteses de uma bobina infinitamente longa e de uma peça de trabalho simetricamente localizada. A maioria dos pacotes de software comerciais utilizados para a modelagem de processos de aquecimento por indução são programas desenvolvidos para todos os fins e que foram desenvolvidos para outras aplicações e, mais tarde, adaptados para o aquecimento por indução. Eles apresentam dificuldades em considerar certas características do aquecimento por indução de extremidades de barras. Entre essas características estão: N1

300

Início a frio

Potência, kW

200

100

Estado estacionário

Esvaziamento da bobina

0,5 m

• Várias peças movendo-se progressivamente lado a lado dentro do indutor; • A presença de refratários térmicos e a necessidade de se considerar fatores da radiação; • A distribuição de temperatura inicial pode não ser uniforme; • Presença de extremidades de placas, perfilados, guias, fixadores, forros, etc. É importante estar ciente de que algumas características críticas do aquecimento de extremidades de barras podem ser fatores limitantes para a aplicação de software para todos Superfície

0,15 m

0,25 m Núcleo

Tempo = 15,00 sec.

1170 1040

N2= 678

N3= 261

N4= 670

Tempo = 37,00 sec.

780 650

N1= 791 N2= 792 Tempo = 121,00 sec.

N3= 615

N4= 803

520

Temperatura, ºC

910 N1= 555

390 N1= 1179 N2= 1158 Tempo = 160,00 sec.

N3= 1092

N4= 1148

260 130

N1= 1277

N2= 1287

N3= 1260

100

120

140

160

Fig.4.Variação da potência da bobina durante o arranque a frio para uma bobina completamente carregada, em estado estacionário, e com a bobina completamente vazia, assumindo a corrente da bobina constante. (Cortesia da Inductoheat)

1300 0

Tempo, segundos

N4= 1266

Fig.3. Resultados de uma simulação da dinâmica sequencial do aquecimento da extremidade de uma barra de aço carbono utilizando uma bobina oval (devido à simetria do sistema, somente a metade superior da barra é mostrada. Cinco barras foram aquecidas progressivamente neste indutor com uma frequência de 3 kHz. São mostrados os quatro pontos de variação crítica da temperatura. (Cortesia da Inductoheat)

os fins, o que pode afetar a capacidade de se obter resultados adequados e com precisão. Embora o software comercial possa ser utilizado para uma checagem, nós também utilizamos vários programas de nossa propriedade orientados para as aplicações que nos permitem selecionar a técnica de modelamento mais adequada, levando em consideração as especificidades e sutilezas importantes do processo. Como um exemplo, a Fig.3 mostra uma simulação computacional da dinâmica sequencial de aquecimento de extremidades de barras de aço carbono, utilizando uma bobina de forma oval. O diâmetro externo da barra é de 50 mm e o comprimento de aquecimento necessário é de 130 mm, com um volume de 112 barras por hora. Cinco barras foram aquecidas progressivamente lado a lado em um indutor oval, com uma frequência de 3 kHz. É mostrada a variação da temperatura em quatro pontos críticos. A Fig.4 mostra a variação da potência da bobina durante o arranque a frio e os estágios do processamento em estado estacionário e de retirada da barra da bobina, assumindo uma bobina com corrente constante. Para evitar a alta demanda de energia durante a fase de arranque a frio, a bobina é normalmente carregada parcialmente com as barras. Dicas Cruciais que os Executivos Devem Saber Dica 1: É importante lembrar que qualquer análise computacional pode, no máximo produzir resultados que são derivados do modelo teórico definido. Portanto, antes de contratar alguém para fazer simulações computacionais, assegure-se de que o analista tenha um entendimento claro das especificidades do Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 27

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Modelagem computacional

Suporte pós-venda

Modelagem computacional

Suporte pós-venda

Projeto

Projeto Testes e corridas Testes e corridas

Fabricação

Fig.5. Gráfico de pizza representando multifornecedores de serviços, com responsabilidades do processo segregadas (esquerda) versus um único fornecedor de serviço (direita), com responsabilidades integradas para a modelagem computacional, projeto do equipamento, fabricação, testes e suporte. (Cortesia da Inductoheat)

processo, além de uma educação adequada na área para a qual ele está sendo contratado. Quando você viaja de avião, precisa de um piloto; quando está doente, precisa de um médico. Aplique este mesmo princípio quando estiver escolhendo uma empresa para fazer simulações computacionais. Do contrário, você pode ter gráficos bonitos, mas com resultados errados e inadequados aos quais se seguirão desculpas a respeito de porque a análise não coincide com os dados práticos. A devida diligência é necessária no momento de decidir qual modelo aplicar e quem deve aplicá-lo; Dica 2: Assegure-se de que as propriedades físicas dos materiais a serem aquecidos estão definidas adequadamente. A experiência demonstra que propriedades do material mal definidas são responsáveis por uma proporção significativa de erros de simulação; Dica 3: A fim de minimizar o risco, faz todo o sentido trabalhar com empresas que são responsáveis por todas as etapas de P&D (incluindo o modelamento computacional), projeto, fabricação, teste, start-up de equipamento e suporte pós-venda (Fig.5, direita), em vez de lidar com uma série de empresas com vagas responsabilidades sobre o processo global (Fig.5, esquerda); Dica 4: É importante entender que o uso de métodos de modelamento com softwares numéricos modernos (incluindo elementos finitos, elementos de contorno, diferenças finitas, elementos de borda, etc) não garante por si só a geração de resultados de simulação perfei-

tamente corretas. Em vez disso, essas técnicas devem ser utilizadas em conjunto com experiência em cálculos numéricos e a formação adequada e experiência daqueles que interpretarão os resultados analíticos. Isso é especialmente verdade porque, mesmo em programas de software comercial, independentemente da quantidade de testes e verificações, eles nunca podem ter todos os seus possíveis erros detectados. Consequentemente, o analista deve se proteger contra vários tipos de possíveis erros. Quanto mais poderoso o software, mais complexo ele é, aumentando o potencial para erros. Esteja ciente de que imagens atraentes geradas por computador podem ser enganosas se forem obtidas por um novato no processo. É senso comum que a engenharia do "pressentimento" e a formação avançada na área de modelamento são sempre os assistentes úteis do analista. Dr. Valery Rudnev, FASM, diretor de Ciência e Tecnologia na Inductoheat Inc., Madison Heights, Michigan - EUA, é um especialista renomado mundialmente em aplicações de aquecimento por indução. Conhecido por muitos na indústria como o professor de Indução, ele é um colaborador frequente da FORGE. Ele pode ser contatado pelo telefone + 1 248629-5055 ou pelo email rudnev@inductoheat.com. Revisão de tradução gentilmente realizada por Inductotherm Group Brasil, (19) 3885-6800, www.inductothermgroup.com.br

III Seminário de Tecnologia do Forjamento Data: 26 e 27 de Novembro 2015 Horário: 8h às 18h Local: IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas - São Paulo (SP)

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- Abril 2015

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>>> Deformações na Fabricação de Parafusos Z

Análise das Deformações, Tensões e Forças sobre um Parafuso de Fixação Empregando a TEP e o FEM

Fig.2. Pré-forma equivalente discretizada em tubos

Fábio Junkes Corrêa, Luiz Carlos de Cesaro Cavaler, Lírio Schaeffer, UFRGS, Porto Alegre (RS) O objetivo deste trabalho é realizar um estudo comparativo das deformações, das tensões e das forças na fabricação do parafuso. Para a determinação desses parâmetros foram utilizadas a TEP (Teoria Elementar da Plasticidade - Plasticity Elementary Theory) e o FEM (Método dos Elementos Finitos - Finit Element Method) através do software de simulação numérica Simufact. Forming 11.0TM

ste trabalho visa estudar um componente de fixação de redes elétricas aéreas em função dos problemas que têm apresentado em sua fabricação. Trata-se de um parafuso com cabeça abaulada e pescoço quadrado com rosca total (parafuso francês) M16x70. O parafuso é fabricado a partir de arame em rolo denominado aço baixo carbono GG 1004 com diâmetro de 14 mm manufaturado pela empresa Gerdau e forjado em algumas etapas como cisalhamento, prensagem a frio da pré-forma, prensagem a frio da forma

final e extração. Esse processo de prensagem é realizado em uma prensa horizontal de martelo Schuster modelo FP05, com a velocidade da ferramenta de 250 mm/s. Realizou-se um estudo comparativo das forças compressivas que o parafuso está sujeito durante a conformação, utilizando-se a TEP (Teoria Elementar da Plasticidade - Plasticity Elementary Theory) e o FEM (Método dos Elementos Finitos - Finit Element Method). Prensagem A prensagem é um processo de conformação mecânica, no qual se aplica uma força em uma

extremidade do material, geralmente de seção uniforme, para formar uma seção transversal estendida. A prensagem é muito empregada para formar um estágio intermediário na fabricação de produtos forjados. Este processo pode ser realizado a quente ou a frio e, normalmente, a forma final é obtida através de estágios intermediários (Schaeffer, 2006). Em geral, os processos de prensagem são submetidos a mais de um estágio de processamento para conferir a forma final na peça desejada (Capan; Baran, 2000). Este processo é utilizado para a fabricação de cabeças de parafusos, pregos, válvulas, esferas, etc. As dimensões geométricas empregadas no processo de prensagem podem ser vistas na Fig.1. Onde: h0[mm]: Altura inicial deformável; h1[mm]: Altura após deformação; ht[mm]: Altura inicial; hr[mm]: Altura não deformada inserida na matriz; d0[mm]: Diâmetro inicial; d1[mm]: Diâmetro no final da prensagem. Na parte inferior do parafuso (hr) não há deformação, portanto, esta parte da peça não é computada nos cálculos. A relação de prensagem (Equação 1) estabelece a condição para que não ocorra flambagem e, para calcular esta relação, utiliza-se altura inicial e o diâmetro inicial. Para valores da relação de prensagem superiores a 2,6 é necessário mais de um estágio de trabalho (Tschaetsch, 2006).

Fig.1. Dimensões da relação de prensagem (Schaeffer, 2006) Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 29

>>> Deformações na Fabricação de Parafusos

Real

Equivalente

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

Disco

Calota Equivalente 28.08

Real

6.2

1.48 1.48

63.19

Área de contato

(a)

(a) (b)

(b)

Fig.4. Formas geométricas: a - pré-forma, b- forma

Fig.3. Peça: a - pré-forma, b - forma

A deformação verdadeira φ que um corpo é submetido pode ser calculada pela Equação 2.

A velocidade de deformação (φ̇) é a razão entre a velocidade da ferramenta e a altura instantânea. No processo de prensagem, onde a velocidade é relativamente alta, a velocidade de deformação tem um efeito considerável sobre a deformação, expressada pela Equação 3.

Onde: v [mm/s]: Velocidade da ferramenta; h [mm]: Altura instantânea. Para calcular a tensão de escoamento (kf ), conhecendo a seção transversal de um corpo e o esforço empregado, utiliza-se a Equação 4.

Onde: F [N]: Força de prensagem; A [mm²]: Área de contato instantânea. A tensão de escoamento kf também pode

ser encontrada pela Equação 5 (Correa, 2012), que leva em consideração a temperatura de prensagem T, a deformação φ e a velocidade de deformação φ̇ da peça a ser conformada, além de ter as constantes m1, m2 e m3 características do material (Spittel, 1978).

Onde: kf [MPa]: Tensão de escoamento; kf 0 [MPa]: Tensão de escoamento inicial; T [ºC]: Temperatura; φ [---]: Deformação verdadeira instantânea; φ̇ [s-1]: Velocidade de deformação; m1, m2 e m3 [---]: Parâmetros adimensionais do material. TEP (Teoria Elementar da Plasticidade)

A TEP é bastante usada para prever problemas oriundos da fratura mecânica em componentes mecânicos que estão sujeitos a esforços consideráveis, sabendo que a TEP prevê as deformações e as tensões localizadas, possibilitando mensurar regiões que poderão fraturar (Potier-Ferry, 1985). Sabendo

Fig.5. Discretização da pré-forma

que fraturas ocorrem quando componentes estão sujeitos a condições extremas, é muito comum componentes mecânicos fraturarem enquanto estão trabalhando em certo mecanismo. A partir da TEP é possível calcular as deformações, tensões e, com isso, prever regiões em um componente que poderão fraturar (Huang; Xue, 2009). Cálculos baseados na TEP e cálculos interativos, como os usados nos softwares de simulações numéricas, têm como propósito substituir valores experimentais, reduzindo custos de processamento. Uma desvantagem dos cálculos interativos é o tempo significativo que leva para a sua execução, podendo levar horas até atingir o resultado final (Doege; Schulte, 1992). O Método dos Tubos se baseia em tubos concêntricos discretizados de dimensões conhecidas. Os resultados das forças atuantes no tubo são atingidos a partir da Equação Diferencial Ordinária de primeira ordem (Equação 6), que permite proceder os cálculos da TEP (Schaeffer, 2006).

Tabela 1. Dados de entrada na simulação

Velocidade martelo [mm/s]

Número de passos

Número de elementos da malha

Tamanho dos elementos [mm]

Pré-forma

250

5,440

1,3

Número de elementos da malha

250

8,821

1,3

- Abril 2015

>>> Deformações na Fabricação de Parafusos

Com o intuito de facilitar os cálculos, definem as Equações 7 e 8 a partir da Equação 6.

A solução da equação 10 é iniciada por uma condição de contorno conhecida na qual uma peça com simetria axial, submetida a um esforço compressivo, tem tensão radial nula na extremidade da peça. As tensões radiais e as diferenças do raio são dadas pelas Equações 11 e 12, respectivamente.

9,211

9,161

8,761

9,012

8,405

7,894

6,583

7,301

5,725

62,820

Onde: σr[MPa]:Tensão radial; α [rad]: Ângulo de contato matriz e peça; ρ [rad]: Ângulo de atrito; kf [MPa]: Tensão de escoamento. Quando se considera o encruamento do material, a equação diferencial Equação 9 resulta em integrais complexas. Por esse motivo, a equação é resolvida utilizando diferenças finitas, simplificando-a na Equação 10.

3,740

Substituindo as Equações 7 e 8 na Equação Diferencial Ordinária, obtém-se a Equação 9.

4,710

6,130

1,565

14,310

Fig.6. Discretização da forma

critério de Tresca (Equação 13), a condição para que ocorra o escoamento do material é que a diferença entre a maior e a menor tensão atuante seja maior ou igual à tensão de material. Sabendo que o critério de Tresca (Equação 13) se baseia na diferença entre a maior e menor tensão atuante em um corpo, para determinar a tensão axial, basta isolar a variável que representa a tensão axial (Equação 14).

Onde: δzi [MPa]: Tensão média em z em um tubo qualquer; ri [mm²]: Raio do tubo na linha i; ri-1 [mm²]: Raio do tubo na linha anterior a linha i. A multiplicação da tensão pela área de contato no tubo discretizado resulta na força necessária para a conformação do material. FEM (Método dos Elementos Finitos)

Onde: r [mm]: Raio do tubo discretizado; ∆r [mm]: Diferença de raio do tubo discretizado (0,5 a 2mm); ∆σ [MPa]: Diferença de tensão. Como a solução começa a partir da última linha e termina na linha 0 (zero), seguindo em sentido contrário, a tensão σri na linha 12 é alimentada com o valor 0 (zero) e na linha anterior é somada a tensão em σr12 com a diferença de tensão Δσri, retrocedendo até a linha 0 (zero). De acordo com o

Onde: σz[N/mm²]: Tensão axial na peça. Para a determinação da tensão média em z em um tubo qualquer é utilizada a Equação15 e para determinação da área de contato entre a peça e a ferramenta é utilizada a Equação 16.

Na fase de projeto do processo de prensagem, a simulação numérica pelo método dos elementos finitos é bastante utilizada para prever deformidades durante o processo de forjamento, como a falta de preenchimento das cavidades das matrizes, dobras, mordeduras, dentre outros defeitos, melhorando a qualidade das peças forjadas. O FEM também pode mostrar a distribuição de temperatura da peça durante o forjamento, a força requerida pela máquina, dentre outros resultados (Zhang et. al., 2008). A simulação numérica pode ser utilizada para avaliar o emprego de diferentes metodologias do processo de prensagem como a forma e a geometria das matrizes e a sequ-

Tabela 2. Parâmetros para determinação da tensão de escoamento

Kf0 [MPa]

0,35

0,7

0,014

0,198

0,142

400

Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 31

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Tabela 3. Dados de entrada para a resolução da TEP para a pré-forma

Linha i

ri [mm]

∆ri [mm]

α i [rad]

ρ [rad]

h0 [mm]

hi [mm]

0,0

0,3

40,9

34,3

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

1,5

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

2,3

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

3,0

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

3,8

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

4,5

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

5,3

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

6,0

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

6,8

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

7,5

0,8

0,0

0,3

40,9

34,3

9,0

1,5

0,0

0,3

40,9

6,2

11,4

2,4

0,0

0,3

40,9

6,2

Tabela 4. Deformações, tensões e forças para a resolução da TEP para a pré-forma

Linha i

φi [-]

φ̇ i [S -1]

Kfi [MP]

σri [MPa]

∆σri [MPa]

0,2

7,3

- 431,7

- 259,3

0,0

0,2

7,3

- 431,7

- 250,4

σzi [MP]

δzi[MPa]

∆Ai [mm2]

Fi [kN]

- 691,0

0,0

- 8,9

- 682,1

- 686,6

1,8

- 1,2

0,2

7,3

- 431,7

- 241,6

- 8,8

- 673,3

- 677,7-

5,3

- 3,6

0,2

7,3

- 431,7

- 232,8

- 8,7

- 664,5

- 668,9

8,8

- 5,9

0,2

7,3

- 431,7

- 224,2

- 8,6

- 655,9

- 660,2

12,4

- 8,2

0,2

7,3

- 431,7

- 215,8

- 8,5

- 647,4

- 651,7

15,9

- 10,4

0,2

7,3

- 431,7

- 207,4

- 8,4

- 639,1

- 643,3

19,4

- 12,5

0,2

7,3

- 431,7

- 199,1

- 8,3

- 630,8

- 634,9

23,0

- 14,6

0,2

7,3

- 431,7

- 190,9

- 8,2

- 622,6

- 626,7

26,5

- 16,6

0,2

7,3

- 431,7

- 182,9

- 8,1

- 614,6

- 618,6

30,0

- 18,6

0,2

7,3

- 431,7

- 174,9

- 8,0

- 606,6

- 610,6

33,6

- 20,5

0,2

40,3

- 569, 8

- 81,6

- 93,3

- 651,4

- 629,0

76,6

- 48,2

0,2

40,3

- 569,8

0,0

- 81,6

- 569,8

- 610,6

90,4

- 55,2

Tabela 5. Dados de entrada para a resolução da TEP para a forma

Linha i

ri [mm]

∆ri [mm]

αi [rad]

ρ [rad]

h0 [mm]

hi [mm]

0,0

0,3

28,1

9,2

1,6

0,0

0,3

28,1

9,2

3,1

1,6

0,0

0,3

28,1

9,1

4,7

1,6

0,0

0,3

28,1

8,9

6,3

1,6

0,0

0,3

28,1

8,6

7,8

1,6

0,0

0,3

28,1

8,1

9,4

1,6

0,0

0,3

28,1

7,6

11,0

1,6

0,0

0,3

28,1

6,9

12,5

1,6

0,0

0,3

28,1

6,2

14,1

1,6

0,0

0,3

28,1

5,2

15,7

1,6

0,0

0,3

28,1

4,2

- Abril 2015

>>> Deformações na Fabricação de Parafusos

ência de passes durante a prensagem, verificando a obtenção da peça resultante (Li, 2001). O software de simulação numérica é considerado uma ferramenta de trabalho com o objetivo de melhorar os projetos de forjamento, bem como reduzir incrementos excessivos, custos de fabricação, eliminando o método de tentativa e erro (Henderson et. al., 2000). Processos e Métodos Nesta seção, é mostrada a metodologia para realização dos cálculos pela TEP e FEM através do software Simufact. Teoria Elementar da Plasticidade (TEP)

Para a realização da TEP foi considerada uma geometria equivalente, pois é necessária uma geometria simétrica para a aplicação dos cálculos da TEP. A Fig.2 mostra a discretização da pré-forma em tubos concêntricos. A Fig.3 mostra a equivalência geométrica realizada para os dois estágios de prensagem. O parafuso de estudo não apresenta simetria axial (Fig.2), sendo que logo acima da região rosqueada há um prisma de base quadrada. Entretanto, foi criada uma forma equivalente para poder aplicar as equações, uma vez que as mesmas são aplicadas para geometrias simétricas. Seguindo este princípio, o volume do prisma foi calculado e, mantendo a altura do mesmo, calculou-se um diâmetro equivalente. Desta forma, obteve-se uma forma simétrica onde é aplicável a TEP. A Fig.4 mostra a pré-forma (Fig.4a) e a forma (Fig.4b) do parafuso. As áreas de contato são utilizadas para a determinação da força de trabalho. A altura da peça, abaixo do prisma (hr), não é considerada nos cálculos das deformações e das tensões, pois a redução na altura é desprezível. Observando-se a Fig.4, nota-se que o prisma já está formado desde o primeiro estágio de conformação, logo a altura a ser considerada nos cálculos é apenas a da cabeça do parafuso (calota e disco), sendo

necessário também o uso de uma dimensão equivalente. Métodos dos Elementos Finitos (FEM) empregando o Software Simufact. Forming 10.0TM

Para a realização da simulação numérica do processo de prensagem, utilizou-se o software Simufact. Forming 10.0™. A temperatura da peça e da ferramenta foi considerada em torno de 25ºC (temperatura ambiente) e o coeficiente de atrito µ = 0,35 foi determinado experimentalmente pelo ensaio de compressão do anel para o aço baixo carbono GG 1004. A Tabela 1 mostra os dados de entrada do processo de prensagem no programa de simulação numérica. Resultados e Discussões Nesta seção são analisados a TEP e o FEM. A Tabela 2 mostra os dados que são utilizados nos dois métodos de cálculo e as constantes m1, m2 e m3 para o aço baixo carbono GG 1004. TEP

Calcularam-se as forças e as tensões em r e z. Após discretizar a peça, foi possível realizar o cálculo da TEP. Os dados de entrada são apresentados na Tabela 3 e os resultados na Tabela 4, na qual foi utilizada a Equação 5 para calcular a tensão de escoamento. As diferenças de raio (Δri) não são iguais, pois a discretização da peça em tubos (Fig.5) foi realizada de acordo com a sua geometria. A altura inferior de 63,190 mm (hr) não entra no cálculo da TEP, pois não sofre deformação considerável. O somatório das forças apresentadas na Tabela 4 resulta em uma força total de prensagem de -215,4 kN. Para discretização da forma (Fig.6), trabalha-se de maneira análoga à pré-forma, diferenciando-se por serem discretizados apenas a calota e o disco imediatamente abaixo, pois é onde ocorre deformação no segundo estágio de prensagem.

Tabela 6. Deformações, tensões e forças para a resolução da TEP para a forma

σzi

Linha i

φi [-]

φ̇i [S -1]

kfi [MPa]

σri [Mpa]

∆σri [Mpa]

[Mpa]

σzi [Mpa]

∆Ai [mm2]

Fi [kN]

1,1

27,1

- 535,8

- 1402,0

0,0

- 1937,8

0,0

1,1

27,2

- 536,0

- 1222,2

- 179,7

- 1758,2

- 1848,0

7,7

- 14,2

1,1

27,5

- 536,6

- 1057,5

- 164,7

- 1594,1

- 1676,1

23,1

- 38,7

1,2

28,1

- 537,8

- 905,1

- 152,5

- 1442,8

- 1518,5

38,5

- 58,4

1,2

29,1

- 539,7

- 762,6

- 142,5

- 1302,3

- 1372,5

53,9

- 73,9

1,2

30,7

- 542,4

- 627,8

- 134,8

- 1170,1

- 1236,2

69,3

- 85,6

1,3

32,9

- 545,9

- 498,7

- 129,1

- 1044,5

- 1107,3

84,6

- 93,7

1,4

36,0

- 550,2

- 373,7

- 125,0

- 923,9

- 984,2

100,0

- 98,4

1,5

40,6

-555,5

- 250,7

- 123,0

- 806,2

- 865,0

115,4

- 99,8

1,7

47,9

- 562,3

- 126,7

- 124,0

- 688,9

- 747,6

130,8

- 97,8

1,9

59,8

- 570,1

0,0

- 126,7

- 570,1

- 629,5

146,2

- 92,0

Tabela 7. Deformações, forças e tensões calculadas para a pré-forma e para a forma

Pré-Forma

Forma

Method

Kf [MPa]

F [kN]

Kf [MPa]

F [kN]

TEP

1,9

- 503,7

- 215,4

1,9

- 538,1

- 752,7

FEM

1,4

- 577,1

- 248,7

2,0

- 658,3

- 674,5

Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 33

>>> Deformações na Fabricação de Parafusos

Effective Plastic Strain

Effective Stress

1.324

577.084

1.241

541.016

1.076

468.881

0.910

396.745

0.745

324.610

0.579

252.474

0.414

180.339

0.248

108.203

0.083

36.068

0.000

Máx. 1.324

Máx. 577.084

Min. 0.000

Z X

100.00% (forming)

Effective Plastic Strain

Effective Stress

2.033

658.279

1.906

617.137

1.652

534.137

1.398

452.567

1.144

370.282

0.889

287.997

0.635

205.712

0.381

123.427

0.127

41.142

0.000

Máx. 2.033

Máx. 658.279

Min. 0.000

Z Y

100.00% (forming)

Fig.8. Tensões de escoamento na pré-forma

Fig.7. Deformações equivalentes na pré-forma

Z X

100.00% (forming)

Fig.9. Deformações equivalentes na forma

Fig.10. Tensões de escoamento na forma

As deformações no segundo estágio são muito superiores em relação ao primeiro, uma vez que no primeiro estágio ocorre a formação do prisma e uma pequena redução na altura. Os dados de entrada são apresentados na Tabela 5, enquanto na Tabela 6 são mostrados os resultados das forças, tensões e deformações geradas na forma. Para calcular a tensão de escoamento no segundo estágio também foi utilizada a Equação 5. Na Tabela 6, o somatório das forças apresentadas resultou em uma força total de prensagem de - 752,7 kN.

Conclusão O software Simufact se comportou de maneira eficiente quando se deseja determinar valores de deformações e tensões localizados em função de seu maior refinamento, podendo estabelecer uma malha com elementos finitos de tamanhos significamente reduzidos quando necessário, tornando esse método mais confiável quando comparado à TEP. Em contrapartida, para aquisição de um software de simulação computacional, há um custo elevado. Entretanto, para o desenvolvimento da TEP, basta ter uma pessoa treinada para a construção do modelo matemático, tornando essa ferramenta mais viável. As regiões que apresentaram maiores valores de deformações e tensões coincidiram com as regiões onde revelaram-se fraturas nas ferramentas usadas para a execução da prensagem dos parafusos.

Simulação Computacional

Para efetuar a simulação computacional, empregou-se a Equação 5 na curva de escoamento da simulação no Simufact. Com base na simulação numérica pelo método dos elementos finitos, obtiveram-se os valores das deformações equivalente, tensões de escoamento e da força máxima para a realização da prensagem. Nas Fig.7 e Fig.8 são mostrados os resultados das deformações equivalentes e tensões de escoamento, respectivamente, das simulações. Na prensagem da forma, além da obtenção da força máxima, também foram apresentadas as deformações e as tensões, como são mostradas nas Fig.9 e Fig.10, respectivamente. Este trabalho comparou os diferentes métodos no processo de prensagem, sabendo que cada método usa diferentes meios de empregar os dados de entrada. Além disso, foram realizadas equivalências geométricas para que as equações tenham validade. Entretanto, a simulação é considerada mais precisa que a TEP. As deformações, tensões e forças máximas para ambos os estágios são mostradas na Tabela 7. Na análise das forças de prensagem, observa-se valores próximos para ambos os métodos. 34

- Abril 2015

Fábio Junkes Corrêa é mestre do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPG3M, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Porto Alegre (RS), fabio.correa@ufrgs. br. Luiz Carlos de Cesaro Cavaler é doutor do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPG3M, UFRGS, e-mail: luiz.cavaler@satc.edu.br. Lirio Schaeffer é Prof. Dr.-Ing. Coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPG3M, UFRGS, e-mail: schaefer@ufrgs.br.

Referências As refêrencias estão online no endereço: www.revistaforge.com.br/artigo-tecnico/analise-das-deformacoes-tensoes-e-forcas-sobre-um-parafuso-de-fixacao-empregando-a-tep-e-o-fem/3463

Lubrificante Polimérico para Matrizes Reduz Custos e Elimina Defeitos

>>> Lubrificante Polimérico

Lubrificantes poliméricos proporcionam forjamentos em matriz fechada mais limpos

Tom Camel e Joe Star – Cross Technologies Group, Inc., Westland, Michigan - EUA Lubrificantes à base de grafite para matrizes dominaram as aplicações nas forjarias por séculos. A necessidade da indústria de transformação conduz ao caminho de uma direção mais limpa e segura - o desenvolvimento de lubrificantes sintéticos. Novos lubrificantes poliméricos já mostram resultados promissores em uma variedade de aplicações

o forjamento em matriz fechada, a matriz equivale de 10 a 15% do custo total de forjamento. Faz sentido, então, que qualquer melhoria na vida da matriz beneficiaria a produtividade e rentabilidade na forjaria. Uma fórmula exclusiva de um novo lubrificante foi desenvolvida para a utilização em forjarias, que além de se tornar mais fácil de manusear, elimina muitos defeitos e problemas encontrados em lubrificantes para matrizes com base de grafite em operações típicas, tais como pisos sujos, quebra de componentes eletrônicos, pulverizadores entupidos e acúmulos nas cavidades internas e externas. Uma série de economias foi provada no processo, incluindo: • Nenhum acúmulo na cavidade interna; • Pouco ou nenhum acúmulo nas áreas externas; • Economias domésticas significativas; • Redução de limpeza de uniformes; • Redução de limpeza do chão; • Sem agitação de concentrado nem diluição; • Controle de diluição; • Polímeros podem ser utilizados em um sistema de diluição centralizado, eliminando os carros de pulverização; • Sem pulverizadores entupidos; • Redução de manutenção da bomba. História dos Lubrificantes de Grafite para Matrizes O uso de grafite como lubrificante é anterior à revolução industrial e tem sido usado por muito tempo. Os registros de seu uso como lubrificante são datados de mais de 400 anos, durante o reinado de Elizabeth I, na confecção de bolas de canhão que, como reportado, mantinham a trajetória retilínea e voavam mais longe. O grafite sintético é datado da época de Thomas Edison, vindo da necessidade de se produzir fios de tungstênio utilizados nas lâmpadas incandescentes. O uso do grafite à base de água é atualmente o padrão indus-

trial, pois o uso de grafite à base de óleo continua a ser um risco de incêndio em muitas forjarias. Quase todos os lubrificantes de grafite para matrizes usados no passado são muito semelhantes a essas formulações atualmente utilizadas. Os mesmos benefícios da utilização do grafite permanecem, enquanto os mesmos problemas tendem a ocorrer sempre que o grafite é utilizado. Problemas na Separação do Grafite Lubrificantes de grafite para forjamento são normalmente fornecidos como um concentrado que é diluído antes da utilização. As diluições dos lubrificantes de grafite comuns, à base de água, podem variar de 1:1 a 1:10, em média. A densidade de grafite é de cerca de 2 g/ml - cerca de duas vezes mais pesado que a água. Esta diferença significativa de densidade resulta na decantação do grafite antes do uso da solução. Isso resulta em uma das maiores dificuldades na utilização deste material - a manutenção de uma suspensão consistente de grafite em ambos: o concentrado e o diluído. Normalmente, o concentrado utiliza estabilizadores para manter uma mistura homogênea de grafite. Quando diluído, no entanto, estes estabilizadores estão em um nível demasiadamente baixo para ajudar a manter a homogeneidade da mistura. Este problema de separação visto através de amostras de diluição tem um impacto significativo sobre o processo de forjamento. Linhas de distribuição de fluido ou bicos de pulverização que não estão constantemente sendo misturados e que são deixados estagnados entopem rapidamente e se tornam inutilizáveis. Alguns destes sistemas de pulverização têm um sistema automático de lavagem com água embutido, de modo que os bicos de pulverização podem ser lavados quando não estão em uso. Acúmulo de Grafite O grafite é adequado para suportar temperaturas extremas de forjamento por causa da sua elevada temperatura de decomposição, Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 35

>>> Lubrificante Polimérico

1000

800

kW/m2

600

400

Grafite

200

Polimérico Sintético 0 75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

Temperature, ˚C

Lubrificantes poliméricos proporcionam resfriamento da matriz significativamente superior quando comparado aos lubrificantes à base de grafite e sintéticos

Forge-Rite polimérico utilizado em uma unidade de spray automatizado

3500°C, em relação ao ponto de fusão do aço a 1370°C. O grafite proporciona um filme sólido entre a matriz e a parte forjada. Esta barreira física explica por que o grafite proporciona lubrificação, porém, isto pode causar problemas de acúmulo tanto dentro, como fora da cavidade da matriz. Acúmulos dentro da cavidade causam problemas relacionados com as dimensões da peça e com a gravura de identificação do número de série da peça, o que pode resultar em defeitos e devoluções por parte dos clientes. Se o acúmulo na cavidade interior causar problemas, o processo de forjamento

carros dos trabalhadores, até os seus destinos. O acúmulo nas cavidades exteriores também se prende às ferramentas, como sargentos e parafusos, tornando-se de difícil remoção.

deve ser interrompido e a cavidade escovada para remover o grafite, para que, assim, as peças voltem às especificações. O grafite é também um excelente condutor elétrico e é normalmente usado como um ânodo de baterias alcalinas e de íon de lítio. As boas propriedades elétricas do grafite podem causar estragos nos componentes elétricos das forjarias, como computadores e interruptores, causando curto circuito no sistema. O acúmulo nas cavidades exteriores causa problemas no ambiente circundante, como o grafite preto entrando em roupas, pele, cabelo, sendo carregado por toda a planta e nos

Estudo de caso: Empresa de forjamento a quente em matriz fechada Os testes práticos foram realizados em uma empresa de forjamento a quente em matriz fechada, localizada no Meio-Oeste dos EUA, que fornece uma variedade de peças para mercados que necessitam forjados ao carbono, ligados, microligados e aço inox. A empresa tem a alta qualificação TS16949. O fabricante utiliza, atualmente, um produto sintético que contém grafite. Eles tinham um controle relativamente bom sobre o processo de pulverização, porém ainda encontravam dificuldades em evitar o entupimento de seus auto pulverizadores com grafite. No entanto, o seu sistema de manutenção preventiva era muito bem projetado e os sistemas de pulverização eram limpos com um fluxo de água a cada noite. Seus tanques de diluição passavam por uma limpeza profunda uma vez por semana devido à precipitação de grafite. Eles não verificavam a razão de diluição porque não se tinha efetivamente a necessidade de se fazer isso na planta.

- Abril 2015

Lubrificantes Sintéticos Décadas atrás, uma solução para o problema do grafite foi o desenvolvimento de lubrificantes sintéticos. Estas medidas ajudaram a atender às necessidades da indústria, eliminando o acúmulo de grafite e aumentando a vida útil da matriz. O resultado foi um ambiente de trabalho mais limpo e seguro. Mais recentemente, uma classe nova e

Uma verificação rápida utilizando o lubrificante polimérico e uma técnica de pulverização à mão foi iniciada e os resultados dos testes foram bons. Um ensaio mais longo, de um dia, usando o nosso sistema portátil na unidade de autopulverização, mostrou que o lubrificante polimérico teve desempenho pelo menos igual ao grafite. Com base nos benefícios significativos da execução de um produto sem grafite, eles decidiram mudar para o nosso lubrificante polimérico, e os resultados têm sido excelentes. Isso também proporcionou uma oportunidade para organizar o seu sistema de pulverização com novas linhas e bombas que não entopem com grafite. Os benefícios obtidos são os seguintes: • Melhoria significativa na precisão dimensional em comparação com o lubrificante anterior; • Redução significativa das tonelagens necessárias para produzir as peças; • Sem manutenção horária na prensa para manter os autopulverizadores trabalhando e sem limpeza dos tanques de diluição;

>>> Lubrificante Polimérico

Lubrificantes poliméricos são compatíveis com sistemas de auto diluição

O uso de lubrificantes poliméricos resulta em componentes com boa precisão dimensional, cantos nítidos e gravuras precisas

distinta de lubrificantes - lubrificantes poliméricos - tem sido desenvolvida e está disponível para uso comercial.

naturalmente, evitar o acúmulo, tornando a aplicação do lubrificante na matriz muito mais fácil e facilitando o uso do equipamento de pulverização automático; • Lubrificantes poliméricos formam uma película protetora cobrindo a matriz, proporcionando liberação da peça e lubrificação a temperaturas típicas da matriz, entre 121 e 371°C; • Vários estudos de laboratório demonstraram que os lubrificantes poliméricos têm a capacidade de diminuir a tensão superficial da água em temperaturas típicas da matriz de forjamento a quente, ao con-

Lubrificantes Poliméricos As diferenças significativas entre os lubrificantes poliméricos e a categoria mais antiga de lubrificantes sintéticos são as seguintes: • Desenvolvimento inicial de laboratório focado na criação de uma barreira em filme sem utilizar a teoria do filme sólido de lubrificação, ao contrário de grafite ou sintéticos. Eliminando o uso de quaisquer lubrificantes sólidos na formulação deve-se,

• Diluições constantes (± 2% da proporção) utilizando um sistema de diluição automático; • Matrizes limpas durante a operação; • Sem acúmulo na cavidade interior; • Plantas e roupas limpas; • Aparente aumento líquido na vida da matriz. Estudo de caso: Fabricante de eixo forjado e usinado Outra forjaria do Meio-Oeste dos EUA, que fornece eixos forjados e usinados para veículos comerciais, fora de estradas e equipamentos agrícolas, também participou dos testes. A empresa utilizava um lubrificante sintético nas matrizes. Eles tinham dificuldades com o acúmulo de lubrificante no interior da matriz, parecido com resíduos de cimento, resultando em dificuldades de remoção do forjado. Além disso, havia dificuldade para remover a peça após o processo, e a necessidade de manutenção no sistema de bombeamento e pulverizadores era significativa devido ao entupimento. Nós uti-

trário dos lubrificantes sintéticos ou à base de grafite. A capacidade do fluxo térmico de um lubrificante polimérico é 300% maior que os lubrificantes de grafite, permitindo não somente a formação de um filme significativamente melhor em altas temperaturas, mas também o controle do resfriamento do material da matriz; • A película polimérica demonstrada em alguns estudos fornece 400% mais lubrificação a 260°C do que a de grafite ou sintética, quando utilizado o teste de compressão do anel; • A vida útil da matriz é uma grande

lizamos nosso sistema portátil acoplado ao sistema automatizado de pulverização e começamos os testes. A retirada da peça após o forjamento foi muito superior comparado ao uso do lubrificante sintético, e o lubrificante polimérico proporcionou os seguintes benefícios ao processo: • É utilizado 300% menos lubrificante; • Diluições constantes (± 2% da proporção) utilizando um sistema de diluição automático; • Sem entupimento dos pulverizadores; • Sem limpeza de matrizes durante a produção; • Não é necessário um supervisor durante a manutenção diária do sistema de pulverização; • Redução nas chamadas para manutenção de bombas quebradas; • Sem acúmulo na cavidade interna quando utilizado o lubrificante polimérico, reduzindo o retrabalho e a sucata (redução de 60%); • Redução do tempo na ferramentaria para manutenção de rotina, eliminando a limpeza nas matrizes e fixadores.

Abril 2015 - www.revistaFORGE.com.br 37

>>> Lubrificante Polimérico

preocupação entre os forjadores. A manutenção de uma temperatura consistente na matriz é um caminho para a vida longa da mesma. Temperaturas consistentes de matriz, tipicamente na faixa entre 204 e 315°C, melhoram sua vida útil, pois este é o ponto onde o material da matriz tem maior dureza e resistência ao impacto. Poliméricos projetados para o forjamento de precisão de grandes volumes Os resultados das instalações que utilizam lubrificantes poliméricos comerciais sustentam o fato de que estes lubrificantes são bem projetados e bem adequados para o forjamento de precisão de grandes volumes. A utilização de um lubrificante polimérico pode potencialmente resultar numa redução líquida dos tempos de ciclos, devido à química avançada destes sistemas. Com a capacidade de manter uma temperatura mais consistente na matriz, os clientes devem esperar um aumento na vida útil nas mesmas, dada a relação com o superaquecimento. Outras ligas testadas com o lubrificante polimérico incluem titânio, alumínio e aço inox. Os testes vão continuar expandindo o alcance desta nova tecnologia, oferecendo melhores ideias a respeito de quais processos serão mais adequados para lubrificantes poliméricos. A maior dificuldade encontrada nos ensaios de produtos poliméricos é a ausência de qualquer revestimento visível após a aplicação. Não há nem revestimento branco nem preto após seu uso. O cliente se preocupa com o revestimento visível na matriz, pois é um alerta de indicativo de desgaste. Essa avaliação se deu depois do lubrificante polimérico atuar por mais de 6 horas, produzindo

- Abril 2015

partes com qualidade (checadas a cada 30 minutos), e confirmando com o gerente de planta e com a ferramentaria que não existia desgaste excessivo nas matrizes. Na verdade, a ferramentaria indicou que nunca foi vista uma matriz de tal qualidade após tantos ciclos. O lubrificante polimérico exige mais atenção quando aplicado nas zonas quentes da matriz e não funciona tão bem em temperaturas inferiores ao ponto de ebulição da água. Para aqueles acostumados à aplicação de outros lubrificantes, é necessário uma quantidade razoável de treinamento de aplicação do lubrificante polimérico. Conclusão O distanciamento da indústria de forjados em relação aos lubrificantes à base de grafite resultou na aplicação de lubrificantes poliméricos nas matrizes e aumento da vida útil das mesmas. Os poliméricos se provaram adequados aos processos de forjamento de precisão de grandes volumes e aumentaram a vida útil da matriz. Pesquisas e testes continuam conforme os desenvolvedores adquirem mais dados em relação ao desgaste. É claro que os números são de difícil obtenção, pois falhas em matrizes têm muitas causas, desde material deficiente até a montagem equivocada da prensa. Tom Camel é gerente técnico da Cross Technologies Inc., Westland, Michigan - Eua, produtora de produtos químicos. Joe Star é gerente de vendas da Cross Technologies. A Cross Technologies fornece soluções industriais para todo o mundo desde 1958. As linhas de produto incluem lubrificantes específicos e desmoldantes, servindo às indústrias metalúrgicas, de borracha, de compósitos e plásticas.

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