Revista Forge – Abril/2016

Revista Internacional de Negócios e Tecnologia no Campo da Forjaria

Abril 2016 Número 18 www.revistaFORGE.com.br

Inovações em Laminação de Anéis Redução de Energia na Indução Eixo Vazado Forjado em Matriz Aberta Forjabilidade dos Metais Forja em Matriz Fechada e sem Rebarbas

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MARTELO DE FORJA HIDRÁULICO

Alta frequência de forjamento: 150 golpes por minuto Baixo nível de ruído: <65 db Baixo consumo de energia: 45 KWh/ton Alta velocidade de trabalho: 135 mm/s Possibilidade de automatização: manipuladores, alimentadores, endireitadores de barras

Lanzhou LS Heavy Machinery Co., Ltd

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16

ARTIGOS

CONTEÚDO

Redução dos Custos Operacionais com o Consumo de Energia no Aquecimento por Indução A compreensão de um aquecimento por indução eficiente e como ele pode ser aperfeiçoado são temas importantes para os forjadores que buscam uma redução dos seus custos operacionais com o consumo de energia. Este artigo traz uma explicação matemática bastante simples para uma operação de aquecimento por indução eficiente e ainda aborda alguns procedimentos práticos que podem ser realizados para maximizá-la.

20

Análise das Deformações e das Tensões para o Forjamento em Matriz Aberta de Eixo Vazado

24

Condições da Deformabilidade/ Forjabilidade dos Metais

27

Mecanismos de Fechamento para a Forja de Pré-formas em Matriz Fechada e sem Rebarbas

31

Inovações em Equipamentos e Processos para Laminação de Produtos Anulares

Este trabalho tem como objetivo analisar o Forjamento em Matriz Aberta (FMA) de tarugos cilíndricos com o intuito de produzir um eixo vazado através de simulações computacionais pelo Método dos Elementos Finitos (FEM). Realizaram-se simulações, utilizando o software Simufact.Forming 12.0, aplicando-se dois recalques em um tarugo cilíndrico vazado. Na simulação numérica baseado no FEM, foram obtidos os valores de distribuição de deformações e valores de distribuição de tensões para ambos os recalques.

De uma forma geral, a deformabilidade (ou forjabilidade) pode ser avaliada POR um ensaio de tração para um efeito comparativo entre diferentes materiais ou histórico de um mesmo material. Nesse sentido, pode-se analisar efeitos da microestrutura, temperatura, velocidade de deformação (strain rate) e deformação.

O forjamento com redução de rebarbas consiste em uma alternativa promissora para a conformação de peças complexas, utilizadas em situações de trabalho que requerem grandes esforços. Uma das maneiras de se alcançar isso é pela obtenção de pré-formas por processos que não utilizam as rebarbas. Evitar a geração das rebarbas durante a pré-formação, por meio do fechamento completo da matriz de forja, consiste no principal desafio deste processo almejado, especialmente quando a linha de separação da matriz coincide com o centro da peça.

Este artigo apresenta aspectos da tecnologia de laminação de anéis sem costura e seus avanços na Muraro Presse, na Itália. Essa tecnologia substituiu o uso de energia hidráulica por um sistema composto por motores elétricos especialmente projetados e parafusos de potência para o fornecimento da capacidade de forja da máquina. Softwares avançados e sistemas de controle estão integrados aos equipamentos.

27

16 4

- Abril 2016

31

Departamentos & Colunas Editorial EUA.......................................................................................... 06 Editorial Brasil ....................................................................................... 07 Índice de Anunciantes ....................................................................... 05 Eventos ................................................................................................... 08 Produtos ................................................................................................. 09 Novidades .............................................................................................. 10 Coluna: Pesquisa e Desenvolvimento ........................................... 12 Coluna: Lubrificantes .......................................................................... 14

21

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Congresso Brasileiro do Aço 2016

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33

Metalurgia 2016

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Movimat 2016

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08 4ª Capa

2ª Capa

Sunniva Simmelink - Diretora sunniva@revistaFORGE.com.br • (19) 99229-2137 Mariana Maia - Diagramação mariana@revistaFORGE.com.br Mariana Peron - Revisão de Textos redacao@revistaFORGE.com.br ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA BNP Media • 2401 W. Big Beaver Road Suite 700, Troy, MI 48084 • www.bnpmedia.com

Reed Miller, Editor Mundial reed@FORGEmag.com • +1 412-306-4360

AM.Metal

3ª Capa

Udo Fiorini - Editor udo@revistaFORGE.com.br • (19) 99205-5789

Darrell Dal Pozzo, Senior Group Publisher dalpozzod@bnpmedia.com • +1 847-405-4044

Índice de Anunciantes Página

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

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 Karen Talan, Gerente de Produção talank@bnpmedia.com • +1 248-244-6246 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.

Na Capa: Laminador axial com um anel sem costura sendo processado em seu interior.

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 5

EDITORIAL

Dean M. Peters, Editor nos EUA

Nutrindo a Inovação

I

novação é um conceito que não é associado frequentemente

dom natural de nutrir uma cultura que produza inovação em

a uma indústria como a nossa, que tem as raízes na história

nossas organizações. Não há uma fórmula estabelecida para

antiga. Ainda assim, ironicamente (e sem a intenção de fazer

criar universalmente inovações, mas aqueles que observam e

qualquer trocadilho), a ascensão da humanidade através das

estudam o fenômeno concordam que as inovações surgem em

civilizações é virtualmente definida pelos tipos de materiais com os

culturas organizacionais que encorajam a forma de pensamento

quais se conseguia trabalhar em cada época. Por meio da inovação,

não tradicional, usualmente se esquivando das fronteiras

nossos ancestrais mais antigos passaram da Idade da Pedra à Idade

estabelecidas pelas hierarquias corporativas. A inovação não

do Bronze, que, em sequência, tornou-se a Idade do Ferro. Não é por

segue uma ordem do tipo “de cima para baixo” (top down), mas

acidente que as principais eras da história humana recebem os nomes

vem, preferencialmente, da cultura da empresa que estimula a

dos tipos de materiais com os quais as civilizações foram aprendendo

criatividade interativa dos seus funcionários e que abraça as falhas

a trabalhar. E por que, então? Porque a habilidade de se trabalhar

originadas do processo, desde que haja aprendizado a partir delas.

com metais era uma medida da dominância e superioridade entre as

Em seu livro “Os Inovadores” (The Innovators), Walter Isaacson

civilizações, países e culturas - desde os tempos antigos até o presente.

discute exatamente esse tipo de cultura, presente nos Bell Labs

Culturas construídas a partir de conquistas tinham como base as

(Bell Laboratories), localizados em Murray Hill, Nova Jersey,

técnicas metalúrgicas que permitiam a produção de ferramentas para

após a Segunda Guerra Mundial. Lá, a equipe interdisciplinar de

poupar tempo e trabalho e, mais importante, a fabricação de armas

John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley fez a proeza

avançadas. Acredito que você, leitor, possa dizer que algumas coisas

monumental (e vencedora do Prêmio Nobel de 1956) de inventar

nunca mudam, a não ser o tempo - este sempre muda.

o transistor, um dispositivo eletrônico que propulsou avanços

Se formos considerar apenas os últimos 150 anos poderemos ver

nas áreas de comunicação e de projeto de computadores para a

que a inovação foi responsável por fenômenos como a Revolução

idade moderna. Isaacson descreve uma cultura similar na Apple

Industrial, o desenvolvimento de peças intercambiáveis e por criar

de Steve Jobs, em uma época em que o céu era o limite para

o modo de produção em massa, citando apenas alguns. Meios

criação das formas e do funcionamento de todos os “i-products”

de transporte mais rápidos, mais confortáveis e mais acessíveis

revolucionários, que foram criados durante a sua supervisão.

economicamente foram desenvolvidos e, ao conseguirmos voar, fomos

Essas são histórias extraordinárias, no entanto, elas são

capazes de superar as limitações da gravidade, realizar manobras de

relevantes para a indústria regular de forjamento? Por tudo o que

inserção orbital e, finalmente, fazer expedições espaciais.

há de valor, eu acho que são. Todo gerente de negócios sabe que

Apesar de uma ampla gama de inovações ter surgido de

inovação é algo desejado e quanto mais dela houver, melhor será

necessidades puramente econômicas, muitas outras também

para a empresa. Contudo, nunca se sabe de quais fontes as soluções

vieram da busca por superioridade militar. Essas duas motivações

para problemas empresariais irão surgir. Por exemplo, a próxima

frequentemente eram sobrepostas. No meio de todo esse cenário,

inovação tecnológica em sua empresa poderia ser criada, talvez, a

as inovações em metalurgia tiveram importante participação ao se

partir de interações entre seu departamento de contabilidade e os

transformar as ideias geniais em aplicações práticas, inclusive para a

operadores de máquina da fábrica.

obtenção dos produtos e dispositivos que revolucionaram o mundo.

Com base em todas essas informações, podemos dizer que

Enfim, é uma questão de se criar um ambiente de trabalho no qual um evento como esse possa acontecer.

a inovação é geralmente aceita como algo bom e, de maneira figurada ou literal, pode pagar os dividendos daqueles que aprendem a trabalhar com isso. A maior parte dos dicionários define inovação usando frases como “algo novo ou diferente” ou como “a introdução de algo novo”.

Todos nós sabemos o que é, porém, apenas alguns têm o 6

- Abril 2016

Dean Peters Editor da FORGE nos EUA

EDITORIAL

Udo Fiorini, Editor

Cadê o Mercado?

O

tema é recorrente, mas não me canso de falar dele.

Ou de falar da ausência dele. Refiro-me à falta de

Hannover, da Alemanha.

Voltando ao assunto que comentei anteriormente, sobre

investimento (e de mercado) em nosso setor de

a energia eólica, recomendo a leitura do artigo do pessoal da

forjarias no Brasil. No editorial da última edição

UFRGS, capitaneado por Lirio Schaeffer. Análise das deformações

da FORGE eu chamava a atenção dos leitores para as notícias que

e tensões na confecção de eixos vazados, forjados em matriz aberta.

publicamos, vindas do exterior. São, muitas vezes, tão fantásticas

Eixos usados em aerogeradores. Escrito por Fábio Junkes Correa

que nós aqui no Brasil só podemos sonhar com elas. Nesta edição não é diferente. Vejam alguns títulos: Alcoa anuncia contratos com a Boeing no valor de US $ 2,5 bilhões; Otto Fuchs encomenda prensa de forja de matriz fechada com 60.000 t de força de fechamento à SMS; Alcoa assina contrato de US $ 1,5 bilhão com GE Aviation.

Como dito acima, notícias para a indústria brasileira sonhar.

“Temos indústria, capacidade de gestão, 200 milhões de possíveis consumidores.

O que falta, então?”

Temos indústria, capacidade de gestão, 200 milhões de possíveis consumidores. O que falta, então? Recordo-me que no final do ano

e Lirio Schaeffer. Que também assina outro artigo, desta vez em

passado tivemos a oportunidade de comentar esse tema em uma

conjunto com Alberto Brito, também da UFRGS: Condições da

roda de participantes do III Seminário do Forjamento, realizado

deformabilidade/forjabilidade dos metais.

no IPT, em São Paulo. Várias observações foram emitidas pelos

Por último (ainda na parte dos artigos), recomendo a leitura

presentes, que até me fizeram considerar a possibilidade de na

do artigo escrito por Collin Russel, da Inductoheat: Redução dos

IV edição do seminário, a se realizar em novembro próximo,

custos operacionais com o consumo de energia no aquecimento

tratarmos desse tema em painel no final do evento. Mas uma

por indução. Assunto mais que atual nos dias de hoje, em que a

observação foi contundente ao ser lembrado o crescimento

redução de energia é um must.

vertiginoso do mercado brasileiro de equipamentos para a

No campo dos colunistas, duas matérias imperdíveis:

tecnologia de geração de energia eólica, e a forjaria brasileira está

Alexandre Rocha expondo o processo de aspersão térmica

contribuindo de forma especial com isso. Veja um caso prático

oxicombustível em matrizes de forjamento a quente, e Henri

ainda neste editorial.

Strasser, quem não o conhece, trazendo a parte 5 do seu excelente

Nós continuamos firmes em nosso propósito de oferecer aos leitores brasileiros artigos de primeira qualidade dedicados ao

Lubrificante de Matrizes. Área em que é expert.

Tenha uma boa leitura

mercado da forjaria. Como, por exemplo, o artigo de capa, que apresenta o estado da arte em equipamentos de conformação de anéis. Interessante notar que toda a força empregada para esta laminação, podemos chamar assim, não é hidráulica, como seria de se supor. Mas sim elétrica. Como diz o artigo, “engenheiros desenvolveram um sistema propulsor capaz de realizar movimentos

Udo Fiorini

controlados em incrementos de 0,01mm...”. Não deixe de ler.

Editor da FORGE no Brasil

Outro artigo contempla o desenvolvimento de mecanismos de fechamento para a forja com matriz fechada sem rebarbas.

Finaliza mostrando a redução substancial de rebarbas com a utilização deste novo conceito, de 54% para menos de 10%. Obtido através da eliminação de rebarbas durante o pré-forjamento.

Um desenvolvimento do Instituto para Produção Integrada de Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 7

EVENTOS Abril 18-22 23º Congresso IFHTSE -

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- Abril 2016

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de metais. Focando no objetivo

Dürr Ecoclean

de inovação e buscando diversi-

As empresas de tratamento tér-

ficar o portfólio, a empresa está

mico e de conformação de metais,

desenvolvendo novos itens com

bem como a indústria automotiva

simetrias, materiais e processos de fabricação diferenciados sempre

e aeronáutica necessitam de equi-

atendendo às necessidades específicas de cada cliente.

pamentos para lavagem e desen-

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graxe eficientes e com altas capacidades. E, com o objetivo de atender a essa demanda, a Dürr Ecoclean

Manufatura por Conformação Mecânica

desenvolveu um inovador equipamento de lavagem à base de solvente

Lirio Schaeffer

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O livro direcionado aos estudantes das disciplinas de Conformação

para cargas com dimensões de até 1250 x 840 x 970 mm e pesando até

Mecânica, para técnicos e engenheiros da indústria, servindo de base

1 tonelada. Operando com hidrocarbonetos ou álcoois modificados, ela

para fundamentar os conhecimentos

oferece alta qualidade de limpeza e confiabilidade em curtos tempos de

práticos do dia a dia do chão de fábrica.

ciclo. Entre os benefícios adicionais desta unidade modular está a excep-

Grande parte dos conhecimentos aqui

cional facilidade de operação e seu design moderno.

apresentados foi desenvolvida no La-

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boratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio

Tesouras Corta-Barras

Grande do Sul (UFRGS). É uma conti-

FICEP

nuidade dos livros: "Conformação MecâAs tesouras corta barras CODE-

nica" e "Conformação Mecânica: Cáculos

BRASS da Ficep são avançadas

Aplicados em Processos de Fabricação".

máquinas para cortar tarugos de

schaefer@ufrgs.br

alta qualidade para forjamento a frio, morno e quente. Não

Serviço de Avaliação de Processos de Conformação

produzem fragmentos de mate-

AM. Metal

rial e, portanto, evitam a perda

Neste serviço de consultoria assistido por simulação numérica, a

de matéria-prima, comum aos

AM.METAL auxilia o cliente no desenvolvimento ou otimização do

sistemas de corte com serra. Além disso, possuem um ciclo de corte

processo de conformação. O andamento do trabalho depende do

rápido de até 120 cortes/min, garantindo cortes perfeitos tanto na

objetivo do projeto: desenvolvimento, otimização, ou orçamento. No

perpendicularidade do tarugo quanto na limpeza da superfície cor-

desenvolvimento, por exemplo, o trabalho segue o fluxograma, onde:

tada. A máquina permite um ajuste preciso do ângulo de incidência

• O cliente cria o desenho inicial do seu processo (2);

das facas, de modo a cortar da melhor maneira possível ligas de latão

• AM.METAL realiza a avaliação do processo (3), através da análise

e cobre e, ainda, obter tarugos cortados com volumes constantes.

dos resultados da simulação do processo de conformação. Enviará

Outras características importantes das tesouras CODEBRASS: corte

para o cliente um relatório da

contínuo, rotação da tesoura, sistema de pesagem dos tarugos.

avaliação, onde o desenho será

www.ficepgroup.com

aprovando ou reprovando; • Quando o desenho for re-

Forjados a Frio e Morno

provado, a empresa auxiliará

Metalcoop

o cliente na alteração do dese-

A Metalcoop produz, através do processo de forjamento a frio ou

nho (4), e uma nova avaliação

a morno, componentes para transmissões e eixos de tração, como

será realizada (3). Isso será

pinhões, engrenagens planetárias e solares, luveiras para eixo car-

repetido até a aprovação;

dan, pinos, buchas e rolos para correntes mecânicas e outros forja-

• Após a aprovação, o cliente

dos para a indústria metalúrgica, além de prestar serviços de corte

fabrica o ferramen­tal (5).

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 9

NOVIDADES Alcoa assina contrato de US $ 1,5 bilhão com GE Aviation

35º SENAFOR

Alcoa informa que assinou um contrato de longo prazo com a GE

Alegre, porém, desta vez, no Hotel Plaza São Rafael, nos dias 7, 8 e

Aviation para componentes de motores a jato em um acordo ava-

9 de outubro do corrente ano. Neste ano, o evento agregará: a 19ª

liado em mais de US $ 1,5 bilhão. Sob o acordo, a Alcoa irá forne-

Conferência Internacional de Forjamento; a 18ª Conferência Na-

cer avançados componentes de superligas, titânio e alumínio à base

cional de Conformação de Chapas; a 5ª Conferência Internacional

de níquel para uma ampla gama de programas de motores da GE

de Conformação de Chapas; o 2º Congresso do BrDDRG (Brazi-

Aviation. Alcoa vai empregar capacidades avançadas de fabricação

lian Deep Drawing Research Group); a 5ª Conferência Interna-

para produzir as peças em várias instalações, incluindo LaPorte,

cional de Materiais e Processos para Energias Renováveis; e o 12º

Ind.; Whitehall, Mich.; Hampton, Va.; Dover, N.J.; Wichita Falls,

Encontro Nacional de Metalurgia do Pó / 6ª Conferência Interna-

Texas; Winsted, Connecticut.; Dives, França; e Laval, no Canadá.

cional de Metalurgia do Pó, que passará a se realizar bienalmente,

O 35º SENAFOR será realizado, como já é tradição, em Porto

sempre nos anos pares. Em 2016, portanto, este encontro integra-

Otto Fuchs encomenda prensa de forja de matriz fechada

rá novamente o SENAFOR. Como não poderia ser diferente, o

A empresa alemã Otto Fuchs encomendou com o grupo SMS uma

demais profissionais das áreas abrangidas. Além das keynotes lec-

prensa hidráulica de forja de matriz fechada em um esforço para

tures e conferências de professores convidados, também as pales-

expandir sua carteira de forjados extra-large, premium-grade. A

tras técnicas mantêm seu destaque, bem como da crescente ênfase

prensa montada em um fosso, projetada para forjamento a quente

e interesse aos trabalhos em pôster. As visitas técnicas a empresas

e frio e uma força de fechamento de 54.000 toneladas, vai produzir

parceiras que abriram suas portas aos participantes e a exposição

peças forjadas extragrande à base de ligas de níquel e de titânio

comercial paralela integram as atividades do SENAFOR.

público-alvo são professores, pesquisadores, técnicos, estudantes e

para a indústria aeroespacial. Otto Fuchs vai instalar o equipamenfinal de 2017. A prensa dispõe de uma área de fixação da matriz de

Fabricante austríaco encomenda prensa de extrusão e aquecedor de tarugos

6.000 x 3.000 mm e um curso de golpe de 2.000 mm.

A empresa austríaca Buntmetall Amstetten encomendou ao grupo

to em sua subsidiária Weber Metals de Los Angeles, nos EUA, até o

SMS da Alemanha o fornecimento de uma prensa de extrusão de

Forjaria italiana encomenda máquina de rolamento de anéis

50-MN para metais não ferrosos e um aquecedor de tarugos por

Forgia Rapida, um produtor de anéis com sede em Bolonha, Itália, fez

capacidade de trabalhar com pesos mais elevados de insumos pro-

uma encomenda com o grupo SMS para uma máquina radial axial de

porcionará à Buntmetall Amstetten a possibilidade de aumentar a

rolamento de anéis. É equipada com acionamentos eletro-hidráulicos

produtividade de suas operações e expandir ainda mais sua gama

diretos montados nos eixos de rolo - uma solução de unidade inova-

de produtos especiais. O aquecedor de tarugos será composto de

dora para este tipo de aplicação que pode reduzir supostamente con-

quatro fornos verticais de indução. Aquecimento dos tarugos em

sumo de energia em até 40%. Quando estiver pronta para a produção,

fornos de indução verticais pode aquecer ligas difíceis de aquecer

em setembro de 2016, a máquina vai rolar anéis com diâmetros de até

para a temperatura desejada dentro de uma faixa de tolerância

3.000 mm e uma altura máxima de 480 mm. A força de rolamento

estreita. Comissionamento dos equipamentos está previsto para

radial será de 1.000 kN e a força axial de até 800 kN.

início de 2017.

Empresa imprime a maior peça de titânio em 3D Puris LLC produziu com sucesso a maior e mais complexa peça em

Gerdau amplia tamanho de tarugos na usina de Michigan

titânio impressa em 3D para uso comercial. A peça foi impressa

A siderúrgica Gerdau concluiu a transição de tamanhos de tarugos

usando a tecnologia de jato de aglutinante ExOne e foi processada

quadrados de 152 mm (6 polegadas) para tarugos quadrados de

para densidade de 100%. Medindo cerca de 480 x 480 x 280 mm

210 mm (8,25 polegadas) no lingotamento contínuo estado da arte

e com uma espessura de secção transversal de 10 mm, a peça pesa

recentemente instalado em sua usina siderúrgica de Qualidade Es-

cerca de 14 kg. Ela foi produzida para um cliente da área aeroespa-

pecial de Barras (SBQ - Special-Bar-Quality) em Monroe, Michi-

cial em uma impressora 3D M-Print ExOne na planta da Puris, em

gan. A mudança para tarugos maiores irá resultar em um aumento

Bruceton Mills, W.V., sob a direção da equipe de metalurgia da Puris.

de 90% na taxa de redução de seus produtos de barra laminada.

10

- Abril 2016

indução para ser instalado junto da prensa. A nova prensa e sua

NOVIDADES Esta melhoria permite à Gerdau expandir sua oferta de produtos de aços para aplicações críticas de Trem de Força (Powertrain) nos mercados automotivos e outros na área de veículos automotores e aumenta a qualidade geral e limpeza de seus produtos de barras. A divisão de aços especiais da Gerdau na América do Norte é especializada na produção de aço SBQ para os mercados automotivo, de veículos comerciais, agrícolas e de energia.

Schuler recebe prêmio Cars Quality Excellence da Volvo A Schuler recebeu o prestigiado prêmio Volvo Cars Quality Excellence (VQE). Axel Meyer, chefe da divisão de serviços da Schuler, aceitou o troféu em nome da empresa de Kjell-Åke Eriksson, vice-presidente de compras indiretas, na sede da Volvo em Gotemburgo, Suécia. "Estamos orgulhosos de ter se tornado um parceiro VQE cuidadosamente escolhido", Axel Meyer afirmou. "Este prê-

Axel Meyer, chefe de serviços da Schuler recebendo o prêmio Cars Quality Excellence da Volvo

mio reconhece a nossa bem-sucedida parceria de longo prazo com

entrega estável ao longo do tempo e um elevado nível de serviço.

nosso cliente Volvo e é uma marca especial de apreço para Schuler

Além disso, a avaliação, a fim de se qualificar para o prêmio, inclui-

e o dedicado trabalho de todos os nossos funcionários."

ram categorias tais como a capacidade global, gestão de riscos, me-

Os requisitos fundamentais do prêmio VQE incluem certificação

lhoria contínua e os processos de redução de custos. Schuler tem

ambiental segundo a norma ISO 14001 e certificação de qualidade

sido capaz de atender a todas as expectativas da Volvo.

em conformidade com a norma ISO 9001 para fornecedores de materiais indiretos. VQE compreende também o desempenho de

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PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Alexandre da Silva Rocha

Processo de Aspersão Térmica Oxicombustível para o Processo de Forjamento a Quente

O

Laboratório de Transfor-

revestimentos são o aço AISI H13 e alter-

mação Mecânica, através

nativamente o aço Thermodur.

do Grupo de Engenharia de Superfícies, coordenado pelo

No desenvolvimento deste trabalho serão utilizados equipamentos para realizar

Prof. Alexandre da Silva Rocha, desenvolve

ensaios de abrasão, de fadiga de contato e

pesquisas em tratamentos de Nitretação a

para avaliação dos coeficientes de atrito,

Plasma, Modificação Mecânica de Super-

dentre vários outros para a caracterização

fícies, bem como revestimentos por filmes

do aço e revestimento. O trabalho envolve-

finos pela técnica de PVD (Deposição Física

rá ensaios de forjamento a quente a serem

de Vapor). Os revestimentos são utilizados

realizados no ambiente laboratorial, bem

para elevar a resistência ao desgaste e reduzir

como em empresas do setor.

Figura 1. Garfo forjado

o atrito, tendo como principal objetivo aumentar a vida útil das ferramentas de confor-

Resultados Preliminares

mação e melhorar a qualidade dos produtos

A avaliação de desempenho de um re-

obtidos. Uma alternativa a estes tratamentos

vestimento à base de WC (Carboneto de

de alto custo é o processo de HVOF (High

Tungstênio) foi realizada para o processo

Velocity Oxy-Fuel) para o recobrimento de

de forjamento a quente de um componente

ferramentas e matrizes. Esta técnica é um dos

automotivo conhecido como garfo, o qual

métodos mais avançados de aspersão térmica

aplica-se na construção de eixos Cardan. Na

para deposição de compostos de alta dureza.

Fig. 1, tem-se uma foto ilustrativa do garfo

O processo de Aspersão Térmica Oxicombustível de Alta Velocidade (HVOF)

forjado, esta peça pesa cerca de 3,8 Kg. O forjamento de um lote com 900

possui importantes vantagens em compa-

peças foi programado para um conjunto

ração com os outros processos de aspersão,

de ferramentas fabricadas na condição

além de funcionar através de uma pistola

convencional e outro lote de 900 peças

que proporciona grande mobilidade e não

para as ferramentas revestidas (Fig. 2 e 3).

requerer câmaras com ambiente controlado, dentre as quais é possível citar: • Baixo ataque térmico ao substrato;

• Possibilidade de deposição de diversos revestimentos com elevada adesão; • Baixa porosidade em comparação com os outros processos de aspersão.

Figura 2. Matriz inferior para forjamento de garfo. Acabamento com retífica manual

Na Fig. 4 é apresentada micrografia do revestimento obtido, sendo possível observar a porosidade típica deste processo de recobrimento e sua espessura de 0,17mm.

Teste da esfera-sobre-disco realizado sobre amostras revestidas revelou uma redução do valor médio do coeficiente de atrito de Coubomb de 0,66 para 0,42, bem como uma

Metodologia a ser Empregada

redução da largura das trilhas, indicando

Os revestimentos a serem utilizados serão

diminuição do desgaste e boa adesão.

selecionados por suas propriedades, tais como resistência a elevadas temperatu-

Desempenho da Matriz Revestida na

ras, dureza, resistência à abrasão, adesão

Produção

e tenacidade. Os aços que receberão os

Através dos resultados apresentados na ta-

12

- Abril 2016

Figura 3. Matriz inferior para forjamento de garfo. Acabamento com retífica manual e posterior recobrimento com asperção térmica

PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Alexandre da Silva Rocha

50 µm

173.7

Figura 4. Micrografia da interface entre o revestimento e o substrato

Figura 5. Foto de peça forjada no final do lote com matrizes revestidas

Figura 6. Foto de peça forjada no final do lote com matrizes na condição convencional

bela 1 é possível observar que o forjamento

Agradecimentos

[3] Byrer TG. ASM - Forging Handbook -

com a ferramenta revestida possibilitou um

O autor agradece à divisão de forjados da

Introduction and applications. Cleveland:

aumento na produção em 37,5% se compa-

Dana Albarus e à empresa Rijeza pela dis-

Forging Industry Association; 1985;

rado com o processo convencional. Houve

ponibilidade para realização dos testes em

também redução de 75% em situações nas

produção. Assim como à CAPES e CNPq

M, Siegmann S, Zagorski A. Thermal

quais a prensa permaneceria parada.

[4] Schneider KE, Belashchenko V, Dratwinski

pelo financiamento de bolsas de pesquisa.

spraying for power generation compo-

Nas Figs. 5 e 6 seguem fotos de peças

O autor também agradece aos alunos de

nents. Weinheim: Wiley-VCH Verlag Gmbh

pertencentes ao final do lote programado

doutorado Angela Selau Marques e Jorge

de 900 peças. Observa-se claramente me-

Antônio Huff e à aluna de mestrado Vanes-

lhor legibilidade da gravação na condição

sa Moura pelas valiosas contribuições.

& Co. KgaA; 2006; [5] Fauchais PL, Heberlein JV, Boulos MI. Thermal spray fundamentals. New York: Springer; 2014.

com as ferramentas revestidas, comprovanBibliografia

do o menor desgaste.

O comportamento das matrizes

[1] Huff JA. Avaliação do desempenho de ma-

revestidas é mais estável quanto aos

trizes para forjamento a quente revestidas

Universidade Federal do Rio Grande do Sul,

requisitos de fabricação, e este aspecto

por carboneto de cromo através do proces-

engenheiro mecânico e doutor em engenha-

possibilitou melhor desempenho de todos

so HVOF. Orientador: prof. Dr. Alexandre da

ria pela UFRGS. Possui pós-doutorado pelo

os fatores relacionados à produtividade.

Silva Rocha. Porto Alegre: Mestrado UFRGS/

IWT-Bremen da Alemanha, onde atuou como

PPGE3M; 2009;

pesquisador de 2001 a 2004. Suas principais li-

Outra vantagem deste revestimento é que ele permite usinagem posterior e redeposi-

Alexandre da Silva Rocha é Professor da

[2] Lima CC, Trevisan R. Aspersão térmica

nhas de atuação são tratamentos superficiais,

ção, no entanto, estas características ainda

- Fundamentos e aplicações. São Paulo:

análise de tensões residuais e conformação

precisam ser melhor estudadas.

Artliber; 2007;

mecânica.

Tabela 1. Resultados dos testes em produção

Atividades

Ferramentas com Revestimento

Ferramentas na Condição Convencional

Diferença, Considerando a Condição Convencional como Referência

Número total de peças forjadas (quantidade em peças)

1386

1008

+ 378

Sucata devido a problemas relacionados à ferramenta (quantidade em peças)

0

5

-5

Tempo perdido de produção devido a problemas ou suspeitas relativos às ferramentas (minutos)

9

36

- 27

Incidentes de qualidade relacionados às ferramentas (quantidade de casos)

0

2

-2

Suspeitas de problemas de qualidade relacionados às ferramentas (quantidade de casos)

1

3

-2 Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 13

LUBRIFICANTES

Henri Strasser

Lubrificante de Matriz Parte V - Sistemas de pulverização: Atomização Externa

D

epois da descoberta de

no limite acaba não debitando nenhuma

longe fica o ponto de saída do ponto de

Iwama e Morimoto sobre

quantidade de pulverizado ou produ-

atomização. Bicos inadequados de airless

as benesses das gotículas

zindo gotas grandes que vão deformar a

ou amassamentos dos tubos de saída dimi-

pequenas no leque pulve-

qualidade do pulverizado. Pode ocorrer

nuindo a seção de saída prejudicam ainda

rizado do lubrificante de matrizes e do

que a pressão dinâmica é tão grande que

mais o desempenho.

estudo universitário sobre a forma de

a pressão efetiva é zero e não haverá mais

medir as gotas que apresentei na coluna anterior, vamos agora analisar o hardware para realizar esta teoria. O desenho abaixo compara os dois sistemas.

Desconsiderando a parte de aciona-

Já no caso da atomização externa,

“Por outro lado, a rápida evaporação da água e as altas temperaturas da superfície da matriz colaboram com a ótima aderência do lubrificante sólido.”

mento dos atomizadores vemos que a principal diferença entre os dois sistemas é o ponto onde o líquido é acrescentado ao

fluxo de ar, o que faz com que as gotas de

como se pode ver na Fig. 1 na parte

fluxo de ar. Enquanto no sistema anterior

líquido se condensem nas paredes internas

inferior, com o líquido praticamente

o ponto de atomização é interno a um

dos dutos, nucleiem poças de líquido na

explodindo dentro do leque de ar que está

sistema de dutos onde a pressão efetiva é

base interna dos dutos que serão expelidos

se expandindo dentro da pressão atmos-

a pressão estática de ar menos a pressão

em primeiro lugar no próximo ciclo de

férica, a pressão efetiva é a pressão inicial

dinâmica presente no sistema de dutos que

pulverização. Tudo fica pior quanto mais

do líquido sem nenhuma interferência de

Atomizador turbo conjunto extensão

PI = pressão de ar estática P = pressão de ar dinâmica P = pressão de lubr. efetiva P = pressão lubrificante P = pressão atmosférica

Atomização interna Gotas grandes e irregulares Água evapora

Ponto de atomização pressão atmosférica pressão de ar din [3.5 bar]

20%

pressão de ar [6bar] Peff = PI - Pdyn

pressão lubrificante [5bar] pressão lubrificante efetiva dispon. [1.5bar]

80% Lubrificante escorre 20% forma camada

Interno Atomizador externo conjunto extensão

Externo pressão atmosférica pressão de ar din. [3.5bar]

Atomização interna Gotas pequenas e homogêneas

Água evapora

pressão de ar [6bar]

90% ar de controle lubrificante ar de sopro/spray

Peff = PI - P0

pressão lubrificante [5bar] ponto de atomização pressão lubrificante efetiva dispon. [5bar]

Figura 1. Exemplo do princípio de atomização interno e externo

14

- Abril 2016

10% Lubrificante escorre 90% forma camada

Figura 2. Comparativo interna e externa

LUBRIFICANTES

Henri Strasser

Q = m c Δt + mL Onde: m = massa de água (kg) Δt = diferença de temperatura para 100ºC c = calor específico da água = 1,0 kcal/kgºC L = calor latente de vaporização da água = 540 kcal/kg Evaporar 1L de água a 100ºC

Aqui tem 0,45 ml de água

Podemos pulverizá-los em 32 gotas de 1,4mm3 de volume e uma superfície de molhamento de 3,2mm2

Elas vão molhar 100 mm2

Aquecer 1L de água de 20 a 100ºC

Podemos pulverizá-los em 64 gotas de 0,7mm3 de volume e uma superfície de molhamento de 2,0mm2

80 kcal

Elas irão molhar 125 mm2

540 kcal

+ 25% de capacidade de molhamento

Melhor refrigeração por evaporação A evaporação de água quente necessita de 7x mais energia do que o simples aquecimento a 100ºC

Figura 3. Quantidade de calor necessária para evaporar 1kg de água a 20ºC

Figura 4. Gotas pequenas e grandes

outras pressões.

lubrificante, vamos tentar mostrar o porquê disso.

A outra conclusão importante da Fig. 1 é o leque de pulverizado.

De forma resumida, a fórmula e a Fig. 3 nos dizem que uma

Quando na atomização interna o leque apresenta gotas grandes e

quantidade de calor 7 vezes maior é necessária para evaporar água

heterogêneas, na atomização externa as gotículas são pequenas e

a 100ºC do que para aquecer a mesma quantidade até 100ºC. Isso

homogêneas.

significa que gotículas pequenas se aquecem mais rapidamente

A primeira conclusão de gotículas pequenas e homogêneas é a capacidade de refrigeração da aplicação. Gotas pequenas têm uma superfície maior, evaporam mais rapidamente e conseguem trocar mais calor com a superfície quente, refrigerando-a. Desta forma se consegue uma rápida ancoragem do lubrificante sólido à superfície quente. Isso vem de encontro com as condições reinantes em

devido a uma superfície maior, evaporam rapidamente, retirando mais calor da matriz.

A Fig. 4 mostra que com gotas menores se cobre uma área maior que troca mais calor!

Desta forma, cumpre-se o objetivo da aplicação de lubrificante em matrizes de forjaria:

prensas automáticas de alta produção. Ali, o aporte de calor cau-

Rápida formação de filme seco e bem aderido de lubrificante

sado por acima de 20 golpes por minuto necessita ser totalmente

sólido garantindo a proteção da gravura das matrizes, melhorar o

retirado em tempos menores do que 1 segundo!

enchimento das gravuras devido ao menor coeficiente de atrito.

Por outro lado, a rápida evaporação da água e as altas tempera-

Como todo lubrificante aplicado será revertido em filme seco e

turas da superfície da matriz colaboram com a ótima aderência do

bem aderido de lubrificante sólido teremos um aproveitamento

lubrificante sólido.

otimizado com toda água aplicada sendo evaporada e a camada de

O resultado prático está na Fig. 2.

grafite se transformando durante o processo de forjamento em

Partindo do princípio de que forma camada lubrificante na

CO2 e vapor d’água sem deixar resíduos. Com esta aplicação, além

matriz tão somente o lubrificante sólido que teve a “sua” água

do excelente aproveitamento do grafite, a evaporação da água se

evaporada, podemos dizer que com atomização interna, com gotas

encarrega do gerenciamento térmico das matrizes, evitando

grandes e irregulares, cerca de 20% do volume aplicado evapora

superaquecimentos de determinadas áreas e, devido à ausência de

a água e forma camada e 80% escorre. Com atomização externa,

grandes flutuações de temperatura, o perigo da ocorrência da

gotas pequenas e homogêneas, 90% do aplicado evapora e forma

fadiga térmica e perda de dureza do aço das matrizes.

camada e somente 10% escorre. Com o tempo e o aperfeiçoamento do sistema até esta quantidade poderá ser minimizada.

Apesar de o Toyota Paper ter atestado um aumento de vida de punção atribuível às gotas pequenas do pulverizado e a demons-

Henri Strasser é engenheiro e sócio-diretor na Alimax Consultoria de Projetos e Servicos Médicos. Ele pode ser contatado em: henristrasser@ uol.com.br.

tração acima ter atribuído uma evaporação maior da água do Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 15

>>> Redução de Energia na Indução

Sistema modular de aquecimento de tarugos InductoForge® utilizando o software de controle e simulação IHAZTM - Cortesia da Inductoheat Inc.

Redução dos Custos Operacionais com o Consumo de Energia no Aquecimento por Indução Collin A. Russell - Inductoheat Inc.; Madison Heights, Michigan - EUA A compreensão de um aquecimento por indução eficiente e como ele pode ser aperfeiçoado são temas importantes para os forjadores que buscam uma redução dos seus custos operacionais com o consumo de energia.

Este artigo traz uma explicação matemática bastante simples para uma operação de aquecimento por indução eficiente e ainda aborda alguns procedimentos práticos que podem ser realizados para maximizá-la.

D

iante da crescente diversidade e competitividade de

do que todas as fontes possíveis de ineficiência eletromagnética se

toda a indústria, um dos principais objetivos deste

encontram nos terminais da bobina (problemas na conversão, trans-

negócio é a redução dos custos operacionais para a

missão, equilíbrio da carga e perdas de controle), a eficiência eletro-

maximização dos lucros. E a indústria de forjamento

magnética poderá ser expressa instantaneamente como uma função

não é uma exceção a isto. Como a forjaria é um processo de alto con-

das perdas de Joule induzidas (geração de calor) na peça de trabalho

sumo de energia, não é nenhuma surpresa que a redução dos custos

com as perdas de Joule na bobina, Pind (t) e Pcoil (t), respectivamente.

operacionais com o consumo de energia é de alta prioridade.

Componentes da Eficiência Energética Ao tratarmos de processos e equipamentos de aquecimento, a mini-

Assim, para a maximização da eficiência eletromagnética é ne-

mização do consumo de energia exige a maximização total da efici-

cessária a maximização da potência induzida na peça de trabalho e a

ência destes processos e equipamentos. O aquecimento por indução

minimização das perdas de potência na(s) bobina(s).

envolve a transferência de energia térmica e eletromagnética e, por esta razão, a eficiência total poderá ser expressa, instantaneamente,

Eficiência Térmica

como uma função dos seus componentes de eficiência térmica e

O componente térmico da eficiência total considera a energia térmi-

eletromagnética, ou seja, ηel (t) e ηth (t), respectivamente.

ca transferida ao redor da peça de trabalho durante o aquecimento por meio da condução, convecção e radiação da transferência de

η(t) = ηel (t)ηth (t)

calor. A eficiência térmica pode ser expressa instantaneamente como uma função das perdas de Joule induzidas na peça de trabalho e a

Portanto, a maximização da eficiência total exige a maximização do produto dos seus componentes térmicos e eletromagnéticos.

taxa da energia térmica transferida (transferência de calor) da peça de trabalho para o seu redor por meio da condução, convecção e radiação, Pind (t) e Pth (t), respectivamente.

Eficiência Eletromagnética

Em um sistema típico de forja por indução, diante da natureza do fluxo da corrente alternada (CA), grande parte das perdas eletromagnéticas se dá através dos terminais da(s) bobina(s). Consideran16

- Abril 2016

Logicamente, para a maximização do componente térmico da

>>> Redução de Energia na Indução

mização da transferência da energia térmica

Tabela 1. Eficiências máximas aproximadas para o aquecimento dos materiais mais comuns (a temperatura ambiente)

Temperatura final

ηtotal

750ºC

80-90%

1250ºC

65-70%

Aço inoxidável (304)

1250ºC

60-65%

Alumínio (puro)

550ºC

40-50%

Cobre (puro)

900ºC

30-40%

Material

da peça para as suas extremidades.

Aço carbono

Nota Relacionada ao Fator Tempo

As equações apresentadas não consideram o tempo, pois muitos sistemas de forja por indução operam em diversos níveis de potência, os quais variam conforme o tipo de sistema, modo de controle de potência e

95

propriedades do material aquecido.

90

Antes de discorrermos sobre os fatores do projeto do equipamento e processo, é importante saber como as propriedades do

Eficiência, %

Propriedades do Material

95 90

ηth

85

85

80

80

75

ηel

70

Eficiência, %

eficiência total precisa que seja feita a mini-

ηth

75

ηel

70

material da peça de trabalho influenciam

65

a obtenção da eficiência máxima dos siste-

60

mas de indução. Embora existam diversas

55

55

50 0.000 0.008 0.016 0.024 0.032 0.040

50 0.000 0.008

propriedades nos materiais que afetam a eficiência do aquecimento por indução, as principais são: resistividade elétrica e per-

65 ηnet

Espessura do refratário, m

ηnet

60

0.016 0.024 0.032 0.040

Espessura do refratário, m

meabilidade magnética relativa.

Figura 1. Eficiência em função da espessura do refratário (sistema de 3 kHz)

Figura 2. Eficiência em função da espessura do refratário (sistema de 1 kHz)

Resistividade Elétrica

Além disso, diante da histerese magnética, os

Acoplamento e Espessura do Refratário

A resistividade afeta a resistência, o que, por

materiais magnéticos também estão sujeitos

O projeto das bobinas de forja por indução

sua vez, influencia a capacidade da corrente

à produção de calor por fricção interna (de-

é multifacetado. Um dos fatores de projeto

induzida de produzir calor. Devido à com-

vido à “agitação” dos domínios magnéticos

mais importante, pois afeta a eficiência

plexidade da relação entre a geração de calor

na presença de um campo magnético alter-

eletromagnética, é o espaço de acoplamento

na peça de trabalho e a sua resistividade (em

nado). Logo, a eficiência do aquecimento

(gap) entre a bobina e a peça de trabalho.

decorrência, principalmente, da tendência da

é substancialmente aumentada quando o

Analogicamente, um dos fatores de projeto

corrente alternada fluir próximo da superfí-

aquecimento for realizado em um material

mais importantes que afetam a eficiência

cie dos condutores, o que é frequentemente

magnético (em comparação a um material

térmica é a espessura do refratário entre

chamado de “skin effect”), os materiais de

não magnético com propriedades materiais

a bobina e a peça. Neste ponto temos um

maior resistividade tendem a aquecer de

idênticas ou não). Uma implicação prática

paradoxo no projeto da bobina de indução.

forma mais eficiente do que aqueles de baixa

deste fenômeno é exibida na Tabela 1. Quan-

Embora a redução do gap entre a bobina

resistividade. Assim, por exemplo, o aço ino-

do o aço carbono é aquecido a temperaturas

e a peça de trabalho aumente a eficiência

xidável 304 pode ser aquecido mais facilmen-

de forjamento elevadas há uma redução ine-

eletromagnética (um pequeno gap permite

te que o cobre ou alumínio (Tabela 1).

rente na eficiência quando o material se torna

que mais linhas de corrente passem através

não magnético (à temperatura de Curie).

da peça de trabalho). A redução do gap tam-

Permeabilidade Magnética

bém força a redução da espessura do refra-

Conforme acima mencionado, o “skin effect”

Projeto da Bobina

tário entre a bobina e a peça, aumentando,

torna-se muito mais evidente em materiais

As simples equações matemáticas apresen-

portanto, a eficiência térmica.

magnéticos, o que resulta em uma resistência

tadas revelam diversos fatores de projeto da

elétrica bem mais efetiva e, consequentemen-

bobina que podem afetar a eficiência dos

eficiência total de um sistema de forja por

te, em uma produção de calor mais intensa.

sistemas de forja por indução.

indução exige a maximização do produto

Conforme já exposto, a maximização da

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 17

>>> Redução de Energia na Indução

dos seus componentes de eficiência térmica e eletromagnética. Consequentemente, o projeto da bobina precisa equilibrar a eficiência térmica e eletromagnética diante dos diversos Bobina Tipo 1

requerimentos de produção do cliente, além de considerar a robustez do sistema e o seu

Bobina Tipo 2

custo-benefício. Diante da complexidade do aquecimento por indução, não existe até o momento um projeto de bobina universal que resulte em uma eficiência máxima para todos os processos que utilizam forjaria por indução. Deste modo, o desenvolvimento de uma simulação numérica por computador se

Figura 3. Distribuição da densidade da corrente normalizada para dois tipos diferentes de bobinas (o primeiro tipo é exibido na parte superior e o segundo na parte inferior)

mostra uma necessidade absoluta para a ela-

sos, o aumento da espessura do refratário irá

boração de um projeto de bobina que resulte

afetar de modo diferente a eficiência total em

em uma máxima eficiência.

cada um dos sistemas.

Estudos de Caso do Projeto de Bobina

da espessura do refratário provocará um

dos tarugos, da mesma forma o incremento

A geometria e material da peça de trabalho,

aumento na eficiência térmica, o aumento

na espessura do refratário proporciona um

a frequência elétrica utilizada para o aqueci-

do acoplamento eletromagnético associado

aumento significativo da eficiência térmica,

mento, bem como os requerimentos de tem-

com o aumento na espessura do refratário

no segundo caso, oposto ao primeiro.

peratura e produção são fatores que influen-

resultará em uma redução mais substancial

ciam na obtenção de um projeto de bobina

na eficiência eletromagnética. Como resulta-

Seleção do Cobre e Espaçamento entre as

ideal. Considere, por exemplo, dois diferentes

do, a eficiência total diminuirá. No segundo

Espiras

sistemas de aquecimento por indução (taru-

caso, no entanto, isto ocorrerá de modo

O espaçamento e a geometria da seção trans-

gos), projetados para dois processos diferentes.

contrário. O aumento na eficiência térmica é

versal das espiras da bobina podem afetar

No primeiro caso, enquanto o aumento

• Um sistema de aquecimento de 3kHz,

mais evidente em altas frequências.

De modo recíproco, as perdas por radiação e convicção dos tarugos para o ambiente são proporcionais à área externa da superfície

mais significativo que a redução na eficiência

substancialmente a eficiência dos sistemas

com tarugos de aço ASI 4140 de 50 mm

eletromagnética, resultando em um aumento

de forja por indução compostos por bobinas

de diâmetro, para temperaturas de 1235

da eficiência total.

de multiespirais do tipo solenoide (presente

+/- 40ºC a uma velocidade de produção de

Novamente, os efeitos da variação da

na grande maioria dos fornos de forja por

espessura do refratário são diferentes, pois há

indução). A geometria dos tubos de cobre,

diferenças entre os dois sistemas e processos.

incluindo o seu formato (quadrangular, re-

com tarugos de 100 mm de diâmetro, a uma

Os tarugos do segundo caso possuem uma

dondo, etc.) e dimensões (espessura da pare-

velocidade de produção de 2.220 Kg/hora

área seccional quatro vezes maior e área de

de, largura, diâmetro, etc.), bem como o es-

(mesmos requerimentos de temperatura e

superfície duas vezes maior (por unidade de

paçamento das espiras, afetam a distribuição

material).

comprimento) em relação àqueles do primei-

da corrente na bobina e, portanto, o campo magnético que induz a corrente na peça.

1.000 Kg/hora; • Um sistema de aquecimento de 1 kHz,

Os efeitos resultantes do aumento da

ro caso. Como a eficiência eletromagnética

espessura do refratário na eficiência do aque-

é bastante afetada pela relação entre a área

cimento poderão ser ilustrados, em ambos os

seccional da peça e a bobina (normalmente

das à eficiência da escolha do tipo de cobre

casos, usando um software de simulação para

chamado de “fator de preenchimento” da

e espaçamento das espiras, considere um

computador, conforme exibido nas Figs. 1 e

bobina), o mesmo incremento aumenta na

processo independente de aquecimento por

2, respectivamente. Em cada caso, a eficiên-

espessura do refratário. Esta condição afeta

indução e compare os parâmetros elétricos

cia térmica aumentará e a eficiência elétrica

mais negativamente a eficiência eletromag-

associados com o uso de dois tipos diferen-

diminuirá conforme houver o aumento da

nética no primeiro caso do que no segundo.

tes de bobinas. A Fig. 3 mostra as distribui-

espessura do refratário. No entanto, diante

Isto é agravado pelo fato que a sensibilidade

ções de densidade de corrente normalizadas

das diferenças entre os dois sistemas e proces-

ao “fator de preenchimento” é normalmente

associadas a dois diferentes tipos de bobinas.

18

- Abril 2016

Para ilustrar as implicações relaciona-

>>> Redução de Energia na Indução

O primeiro tipo é exibido na parte superior, e o segundo logo abaixo.

Enquanto as bobinas compartilham o mesmo núcleo, comprimento e número de

Tabela 2. Implicações no consumo de energia e custo de energia com a utilização de um método de processo não otimizado

Parâmetros Elétricos Calculador (IHAZTM)

Método Comum Utilizado (Norma de Thumb 80/20)

espiras, o tubo de cobre que compreende cada bobina age de modo diferente. O tubo de cobre menor usado na primeira bobina (superior)

Módulo

Potência (kW)

Consumo de energia (kW/ano)

Módulo

Potência (kW)

Consumo de Energia (kWh/ ano)

possui uma parede com espessura inadequada diante da frequência de saída da potência, e a

M1

357

(64%)

largura das espiras é menor que o ideal.

M2

203

(36%)

460

(80%)

M2

117

(20%)

3.70 x 10 6

Na segunda bobina, a espira inicia a partir de um tubo que é muito mais apropriado

M1

Total

560

3.81 x 10 6 Total

577

para este sistema, conforme evidenciado pela redução significativa da densidade da corren-

ser minimizado. Assim, as chamadas “bobi-

que resultarão em uma eficiência máxima

te máxima nas espiras da bobina. Em relação

nas de passo variável” podem oferecer aos

será muito menor - na realidade, haverá ape-

ao primeiro tipo, o segundo tipo de bobina

forjadores diversos benefícios relacionados à

nas uma combinação. O cálculo deste método

aumentou a eficiência eletromagnética em

qualidade do seu produto, de forma que eles

ideal de processo é virtualmente impossível

11% e reduziu as perdas de Joule na bobina

possam ainda obter vantagens do ponto de

sem o uso de uma simulação numérica feita

em 26%. O tipo de bobina modificada forne-

vista do consumo de energia.

por computador.

ce uma redução substancial no consumo de

Para este processo e sistema específico

energia e uma redução sensível na demanda

Design do Processo

nós utilizamos o nosso software de simulação

de água de resfriamento (o que, posterior-

Embora seja fácil de inspecionar, o design

e controle IHAZ para calcular as saídas oti-

mente, reduz o consumo de energia e custos

do processo é uma parte essencial da en-

mizadas do primeiro e segundo inversor, que

do processo).

genharia dos sistemas de aquecimento por

foram de 357 kW e 203 kW, respectivamente

indução. A receita do processo, incluindo os

(para um requerimento de potência total de

Escolha do Sistema de Aquecimento

parâmetros elétricos críticos, como potência

560 kW). Um método não otimizado (por

Com relação à escolha do sistema de aqueci-

de saída do inversor e setpoints da corrente,

exemplo, um método baseado em uma das

mento, o espaçamento entre as espiras tam-

podem afetar bastante a eficiência destes

diversas normas ultrapassadas, como a do

bém é um fator que influenciará o quanto a

sistemas de aquecimento por indução.

polegar) exige um total de 577 kW para obter

peça será aquecida. Considerando os fornos

uma distribuição de temperatura final similar

convencionais (aquecimento estático de

Efeitos da Distribuição de Potência

pontas de barras), os requerimentos típicos

A distribuição da potência em sistemas de

de aquecimento incluem uniformidade de

aquecimento progressivos e modulares resu-

produção de três turnos que venha a utilizar

aquecimento em um determinado compri-

me a extensão na qual o design do processo

este método de processo não otimizado po-

mento (frequentemente chamado de “com-

pode afetar a eficácia do resultado. Considere

derá gerar um consumo adicional de energia

primento aquecido”) de uma barra para as

um sistema de dois módulos (composto por

de 110.000 kilowatt-hora - com a conse-

temperaturas de conformação, o que reduz

duas bobinas conectadas a dois inversores

quente perda de milhares de reais.

o comprimento excedente da barra que é

independentes) aquecendo tarugos de aço

aquecida (a “região de transição”). A presen-

carbono de 2.5 pol. de diâmetro e 6.0 pol. de

Revisão de tradução gentilmente realizada pelo

ça desta região de transição é inevitável em

comprimento à 1250ºC +/- 10ºC, a uma ve-

supervisor de vendas da Inductotherm Group

decorrência da condução térmica. No en-

locidade de produção de 1.700 KG/hora (du-

Brasil, Leandro Felix Pasti, (19) 3885-6804, lean-

tanto, com a variação sistemática do espaça-

ração do ciclo de nove segundos). Dados os

dropasti@inductothermgroup.com.br.

mento entre os espirais da bobina (aumen-

requisitos do processo, o número de combi-

tando/diminuindo, desta forma, a geração de

nações de inversores resultará em um número

O autor Collin A. Russell é engenheiro de

calor ao longo do comprimento da barra), o

alto de tarugos dentro da temperatura especi-

software da Inductoheat Inc. (uma empresa da

comprimento da região de transição poderá

ficada. No entanto, o número de combinações

Inductotherm Group Company).

na peça de trabalho (Tabela 2).

Um projeto elaborado para um ano de

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 19

>>> Forja de Eixo Vazado

Análise das Deformações e das Tensões para o Forjamento em Matriz Aberta de Eixo Vazado Fábio Junkes Corrêa - UFRGS, Porto Alegre - Rio Grande do Sul (RS) Lírio Schaeffer - UFRGS, Porto Alegre - Rio Grande do Sul (RS) Este trabalho tem como objetivo analisar o Forjamento em Matriz Aberta (FMA) de tarugos cilíndricos com o intuito de produzir um eixo vazado através de simulações computacionais pelo Método dos Elementos Finitos (FEM). Realizaram-se simulações, utilizando o software Simufact.Forming 12.0, aplicando-se dois recalques em um tarugo cilíndrico vazado. Na simulação numérica baseada no FEM, foram obtidos os valores de distribuição de deformações e valores de distribuição de tensões para ambos os recalques. Observou-se que as regiões que apresentaram maiores concentrações de deformações equivalentes coincidiram com as regiões que apresentaram maiores concentrações de tensões na direção z encontradas nos resultados da simulação numérica (FEM), seguindo a tendência esperada.

U

m dos principais processos de fabricação que produz

Tabela 1. Dados de entrada

eixos de transmissão para aerogeradores, em função

Atrito interfacial entre as ferramentas e a peça

0,3

-

de seu tamanho e massa, podendo chegar a toneladas,

Temperatura das ferramentas

30

ºC

é o processo de forjamento em matriz aberta (FMA).

Temperatura da peça

1.100

ºC

Os eixos usados em aerogeradores são forjados em matriz aberta de for-

Material das ferramentas

ma maciça, porém, objetivando a redução de peso, busca-se como alter-

Material da peça

H-13

-

SAE 4140

-

nativa fabricar esses eixos de forma vazada com um furo no seu centro.

No forjamento em matriz aberta, o material é forjado de forma livre, sem ou com pouca restrição imposta pelas matrizes. Entre-

vos (FIA, 2007; AKSAKAL, 2008).

O forjamento em matriz aberta pode provocar uma distribui-

tanto, o metal pode ser parcialmente confinado pelas matrizes,

ção de deformações equivalentes não homogêneas dentro da região

escoando livremente tanto nas direções laterais como nas direções

de deformação, acarretando diferentes valores de tensões. Contu-

longitudinais (IRISARRI, 2009; KCHAOU, 2010). Nesse processo,

do, a deformação equivalente pode causar maiores concentrações

a peça de trabalho é manipulada manualmente e realizado o forja-

de tensões nas direções normais (RECKER, 2011).

mento progressivo, onde apenas uma porção da peça é deformada

Os métodos analíticos podem ser empregados para analisar a

com aplicação de cada golpe. Inicialmente, a peça é forjada ao lon-

distribuição de deformações e a distribuição de tensões em uma

go de seu comprimento e, subsequentemente, a peça é rotacionada

operação de forjamento em matriz aberta. Como alternativa, pode-

em torno de seu eixo longitudinal e retomados os golpes progressi-

-se usar o Método dos Elementos Finitos (FEM) pela simulação nu-

20

- Abril 2016

>>> Forja de Eixo Vazado

Figura1. Aplicação da primeira compressão no forjamento em matriz aberta

Figura 2. Aplicação da segunda compressão no forjamento em matriz aberta

mérica por fornecer informações mais detalhadas na análise do pro-

no forjamento foi empregada a simulação computacional utilizando

cesso de forjamento, como a distribuição de deformações e tensões

o Método dos Elementos Finitos (FEM). Para a realização da simu-

localizadas. Comparativamente aos métodos analíticos, os métodos

lação numérica do processo de Forjamento em Matriz Aberta, utili-

numéricos mostram com maior exatidão valores de deformações

zou-se o software Simufact.Forming 12.0. Os componentes, incluin-

equivalentes e tensões efetivas em regiões específicas. No desenvol-

do o tarugo cilíndrico vazado, o mandril cônico e as matrizes planas,

vimento de projetos de forjamento, a simulação pelo Método dos

foram modelados por meio do software Solidworks 2012, salvos em

Elementos Finitos é bastante empregada, sabendo que as proprieda-

um formato específico (extensão STL) e, subsequentemente, abertos

des mecânicas dos materiais metálicos, as quais são incorporadas na

e manipulados no software Simufact.Forming 12.0.

simulação numérica, são definidas a partir dos resultados de experimentos físicos (LI, 2001; KIM, 2002; KIM, 2003; LU, 2009).

Para a inicialização da simulação computacional do Forjamento em Matriz Aberta do tarugo cilíndrico, foi construída uma malha com

Neste trabalho, um tarugo cilíndrico vazado é sujeito a apli-

10.950 elementos finitos, onde cada elemento que compõe a malha

cações de compressões localizadas, analisando-se a distribuição

tem uma largura de 5 mm. Foi adotada uma malha com elementos

de deformações e a distribuição de tensões através da a simulação

hexaedros por ser mais adequada ao forjamento de matriz aberta. Os

numérica com uso do software Simufact.Forming 12.0 no forja-

dados de entrada inseridos na simulação numérica são mostrados na

mento em matriz aberta.

Tabela 1. Os parâmetros térmicos, como o coeficiente de transferência de calor, foram determinados conforme estão indicados no programa

Material e Métodos

e a emissividade foi alterada para 0,9 em função de ser forjamento a

Para avaliar a distribuição de deformações e a distribuição de tensões

quente (BOHN, 2003). O material definido para o tarugo cilíndrico

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Serviços Assis�dos por Simulação ��lize a simulação no desenvolvimento ou o�mização de seu processo de conformação A AM.METAL fornece duas espécies de serviços: 1) Avaliação de Processo Você projeta o processo, e nos envia os dados do processo. Nós simulamos seu processo, analisamos os resultados, e enviamos o relatório de nossa avaliação.

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>>> Forja de Eixo Vazado

foi o aço AISI 4140 e o material das matrizes foi o aço ferramenta H13.

Os valores máximos das deformações equivalentes foram encon-

A temperatura estabelecida para peça foi de 1.100°C e, para as ferra-

trados nas regiões centrais do corpo forjado, evidenciando-se

mentas, uma temperatura de 30°C (temperatura ambiente).

maior concentração nas regiões internas próximas do furo e meno-

O coeficiente de atrito estabelecido entre a peça de trabalho e as ferramentas para a realização da simulação foi de μ=0,4. O coeficiente de atrito é consideravelmente elevado, em função de ser um processo de forjamento a quente (BÖRDER, 2005).

O forjamento em matriz aberta de tarugos cilíndricos vazados de 20 kg foi simulado objetivando seu alongamento para a obtenção de um eixo vazado. A Fig. 1 mostra a representação das ferramentas e do tarugo a ser forjado antes e depois da aplicação do primeiro recalque. A Fig. 2 representa as ferramentas e o tarugo a ser forjado antes e depois da aplicação do segundo recalque.

"Os resultados da simulação numérica possibilitam identifi car de forma heterogênea a distribuição de deformações equivalente e de tensões normais na direção z"

Como observado nas Figs. 1 e 2, aplicaram-se os recalques no tarugo cilíndrico a partir da compressão causada pelas matrizes planas, ocasionando um achatamento localizado.

res concentrações nas regiões periféricas.

Em relação às tensões, além das regiões onde há o contato interfacial entre as matrizes e a peça de trabalho, também foram

Resultados

identificadas maiores concentrações de tensões normais na direção

Nas Figs. 3 e 4 são apresentadas a distribuição de deformações equi-

z nas regiões centralizadas e menores concentrações de tensões

valentes e de tensões na direção normal, respectivamente, resultantes

normais na direção z nas regiões periféricas, justificando que

da simulação numérica pelo método dos elementos finitos.

maiores valores de deformações equivalentes causam aumento das

Os resultados da simulação numérica possibilitam identificar

tensões normais.

de forma heterogênea tanto a distribuição de deformações equivalente como a distribuição de tensões normais na direção z, por

Conclusão

meio da diferenciação das tonalidades das cores de cada elemento.

Observou-se que as regiões que apresentaram maiores concentra-

Região interna com maiores valores de deformações equivalentes

0.300 0.281 0.244 0.206 0.169 0.131 0.094 0.056 0.019 0.000 Max. 0.300 Min. 0.000

Região periférica com menores valores de deformações equivalentes

Figura 3. Distribuição das deformações equivalentes

22

- Abril 2016

>>> Forja de Eixo Vazado

Região com maiores concentrações de tensões compressivas na direção z

100.000 75.000 25.000 - 25.000 - 75.000 - 125.000 - 175.000 - 225.000 - 275.000 - 300.000 Max. 100.000 Min. - 300.000

Região com maiores concentrações de tensões trativas na direção z

Figura 4. Distribuição das deformações equivalentes

ções de deformações equivalentes coincidiram com as regiões que apresentaram maiores concentrações de tensões na direção z pelo software de simulação numérica, onde há valores de maiores in-

tion during open die forging. CIRP Annals - Manufacturing Technology, v. 60, Issue 1, p. 295-298, 2011; [6] LI, G.; JINN, J. T.; WU, W. T.; OH, S. I.: Recent development and applica-

tensidades na região central e de menores intensidades nas regiões

tions of three-dimensional finite element modeling in bulk forming

periféricas, constatando a tendência esperada.

processes. Journal of Materials Processing Technology, v. 113, Issues 1-3, p. 40-45, 2001;

Agradecimentos

[7] KIM, P. H.; CHUN, M. S.; YI, J. J.; MOON, Y. H.: Pass schedule algorithms

Os autores agradecem o Laboratório de Transformação Mecânica

for hot open die forging. Journal of Materials Processing Technology,

(LdTM), a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e

v. 130–131, p. 516-523, 2002;

as instituições de apoio financeiro como CNPq e CAPES.

[8] KIM S. I.; LEE, Y.; BYON, S. M.: Study on constitutive relation of AISI 4140 steel subject to large strain at elevated temperatures. Journal of

Referências [1] IRISARRI, A. M.; PELAYO, A. Failure analysis of an open die forging drop hammer. Engineering Failure Analysis, v. 16, p. 1727-1733, 2009; [2] KCHAOU, M.; ELLEUCH, R.; DESPLANQUES, Y.; BOIDIN, X.; DEGALLAIX, G.: Failure mechanisms of H13 die on relation to the forging process,

Materials Processing Technology, v. 140, Issues 1–3, p. 84-89, 2003; [9] LU, B.; OU, H.; ARMSTRONG, C. G.; RENNIE, A.: 3D die shape optimisation for net-shape forging of aerofoil blades. Materials & Design, v.

30, Issue 7, p. 2490-2500, 2009; [10] Wright-Patterson Air force Base, Ohio. 1955.

v. 17, Issue 2, p. 403-415, 2010; [3] Forging Solutions: Design Engineering Information from FIA. Forging Industry Association. Reportagem técnica, 2007; [4] AKSAKAL, B., OSMAN, F. H., BRAMLEY, A. N.: Determination of expe-

O autor Fábio Junkes Corrêa é professor da UTFPR, Engenheiro Mecânico e Mestre em Engenharia Metalúrgica. Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre (RS),

rimental axial and sideways metal flow in open die forging. Materials

fabio.correa@ufrgs.br. O coautor Lirio Schaeffer é Prof. Dr. -Ing. Coorde-

& Design, v. 29, Issue 3, p. 576-583, 2008;

nador do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamen-

[5] RECKER, D., FRANZKE, M., HIRT, G.: Fast models for online-optimiza-

to de Metalurgia, PPGEM, UFRGS, Porto Alegre (RS), schaefer@ufrgs.br.

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 23

>>> Condições da Deformabilidade

Condições da Deformabilidade/ Forjabilidade dos Metais Lirio Schaeffer - UFRGS, Porto Alegre - Rio Grande do Sul (RS) Alberto M. G. Brito UFRGS, Porto Alegre - Rio Grande do Sul (RS) De uma forma geral, a deformabilidade (ou forjabilidade) pode ser avaliada através de um ensaio de tração para um efeito comparativo entre diferentes materiais ou histórico de um mesmo material. Nesse sentido, pode-se analisar efeitos da microestrutura, temperatura, velocidade de deformação (strain rate) e deformação.

A

deformabilidade dos ma-

material vai se comportar de maneira frágil ou

(tipicamente frágil) pode apresentar plastici-

teriais metálicos depende,

dútil. Portanto, as condições de fragilidade ou

dade dependendo do estado de tensões atuan-

além das características dos

dutilidade estão condicionadas às condições

do sobre o material.

materiais, das condições de

de conformação dos materiais. Esses funda-

conformação. Entre os principais parâmetros

mentos são necessários serem conhecidos para

Considerações Gerais

que interferem na deformabilidade (ou forja-

adaptá-los aos processos de conformação.

De uma forma geral, a deformabilidade

bilidade, para o caso do processo de forjamen-

Assim, as trincas que surgem durante o forja-

(ou forjabilidade) pode ser avaliada através

to) está o estado de tensão (σm), a temperatura

mento ou extrusão podem simplesmente ser

de um ensaio de tração para um efeito

(ϑ) e a velocidade de deformação (φ̇) (strain

originadas dos parâmetros de processo, e não

comparativo entre diferentes materiais ou

rate). Em princípio, são estes os parâmetros

exclusivamente do material que está sendo

histórico de um mesmo material. Nesse

relacionados à conformação que definem se o

conformado. Um material como o mármore

sentido, pode-se analisar efeitos da mi-

σ [MPα]

croestrutura, temperatura, velocidade de δrup =

A0 - A1

deformação (strain rate) e deformação. No

A0

ensaio de tração, a medição do alongamento até a ruptura (εrup) ou a redução em área até a ruptura (δrup) pode ser um paA0

A1

râmetro indicativo da deformabilidade. A Fig. 1 mostra esquematicamente a medição destas variáveis num diagrama tensão de engenharia (σ) e deformação relativa (ε).

Empregando-se o ensaio de tração, pode-se tecer considerações sobre os efeitos da deformação a frio (φ) (histórico anterior do material) (Fig. 2 a) da velocidade de defor-

εrup

ε [%]

Figura 1. Curva de engenharia: tensão convencional (σ) x deformação relativa (ε)

24

- Abril 2016

mação (φ ̇ [s-1]) (Fig. 2 b) e da temperatura (ϑ [ºC]) (Fig. 2 c) sobre a deformabilidade.

Deformação a frio, φ [-]

Deformabilidade, δRup [-]

Deformabilidade, δRup [-]

Deformabilidade, δRup [-]

>>> Condições da Deformabilidade

Velocidade de deformação, φ ̇ [s-1]

Temperatura, ϑ [ºC]

Figura 2. Efeitos de diferentes parâmetros sobre a deformabilidade de um material: a) Efeito da deformação a frio (sofrido pelo material antes da conformação); b) Efeito da velocidade de deformação; c) Efeito da temperatura de aquecimento (antes da conformação)

Caso haja interesse em analisar os efeitos de tensões (de com-

Efeito do Campo de Deformação

pressão ou de tração), pode-se fazer uso do ensaio de compressão.

Outro exemplo usado no forjamento, é a compressão simples,

Neste ensaio, pode-se verificar nitidamente o efeito danoso das

muitas vezes usada como pré-forma (Fig. 6). Na compressão com

tensões de tração que podem ocorrer em algumas regiões das peças

ferramentas planas podem ocorrer defeitos por deformações loca-

forjadas (ou no ferramental). A Fig. 3 mostra esquematicamente o

lizadas, provocando bandas de cisalhamento (Fig. 6 a).

efeito das tensões de tração (-σ) e das tensões de compressão (+σ) na deformabilidade dos materiais.

Uma pequena alteração na ferramenta inferior pode originar uma distribuição de deformação que dá origem a uma boa forjabilidade, evitando-se o aparecimento de trincas (Fig. 6 b).

Efeitos do Estado de Tensões

De uma forma geral, para se evitar valores de deformações

A Fig. 4 mostra esquematicamente o estado de tensões que ocorre

localizadas indesejáveis ou bandas de cisalhamento e obter uma

na extrusão de um componente no material que está sendo extru-

boa deformabilidade, pode-se controlar analisando as seguintes

dado e na ferramenta. O efeito da contratensão aumenta as tensões

propriedades dos materiais [2]:

na peça, evitando defeitos como “chevrons”.

a) Alto índice de encruamento - a capacidade de aumento da

O estado de tensões poderá ser alterado caso seja possível tra-

dureza por deformação (n).

balhar com uma contratensão. A Fig. 5 mostra esquematicamente como se alteram as tensões no material quando uma contratensão

Neste caso, avalia-se o índice de encruamento (n) da curva de escoamento (tensão de escoamento (φ) x deformação (φ)).

(ρconstante) é aplicada. As tensões radiais (σr) e as tensões circunferenkf = C .φn

ciais na direção do perímetro (σp) são minimizadas. Observa-se que

eq. (1)

se a tensão radial (σr) diminui, a tensão radial na ferramenta também diminui. Desta forma, o cintamento da ferramenta pode tam-

b) Alto coeficiente de sensibilidade a velocidade de deformação (m):

bém ser otimizado. A contratensão (ρconstante) pode ser conseguida

Este índice pode ser avaliado em uma curva de escoamento

através do uso de um punção acionado com molas, ação hidráulica

descrita com a influência da velocidade de deformação (φ̇).

ou pneumática. Esse mesmo punção pode ser usado como o extrator kf = C .φn.φ ̇m Deformabilidade

da peça da ferramenta. δRup

F

[-]

kfrup

kf0 σr

σz kf1 Tração, σ +

σ σ (-); Compressão

Tensões

eq. (2)

σ (+); Tração

Figura 3. Efeito do estado de tensões em relação à deformabilidade dos materiais

Compressão, σ -

σz σp σr

σz σp σ r

σr

σz kfrup Tração, σ +

Compressão, σ -

Figura 4. Estado de tensões no processo de extrusão: a) tensão no material (na peça); b) tensão na ferramenta Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 25

>>> Condições da Deformabilidade

Sem contratensão Com contratensão

Z

kf0 σz σp σr σr σp σz

σr

σz

σp kf1

Pconstante

σ(compressão)

σ(tração)

Pconstante

Figura 5. Distribuição de tensões na extrusão direta com contra tensão [1]

b)

a)

Figura 6. a) Compressão plana entre placas paralelas; b) Compressão com placa inferior com gravura

c) Baixa taxa de amortecimento térmico (β)

da com o auxílio da simulação computacional. Existem vários softwares de mercado que podem permitir essa análise.

kf = C .φn.φ ̇m (1-β∆T) Referências Para os aços próximos a temperatura

[1] Geiger, R, Umformung bei bewusst

ambiente (T), a constante β, que repre-

geändertem Spannungszustand. Livro:

senta a sensibilidade ao calor, tem valores

Umfortechnick de K. Lange, Vol 4, pp 80-99,

aproximados de -0,0015 a -0,002

(°C -1)

até

Editora Springen Verlag, 1993; [2] International Cold Forging Group (IFCG): 40

temperaturas de 100ºC [2].

Years History Document (Nov. 18/07). Grumer

d) Baixa densidade de energia elástica acu-

Drück GmbH, Erlanger, Germany, pp 9-25.

mulada, onde E é o módulo de elasticidade O autor Lirio Schaeffer é Prof. Dr. -Ing. Coorde-

Eac = 2E

kf2

eq. (3)

nador do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPGEM, UFRGS, Porto Alegre (RS), schaefer@

26

- Abril 2016

Considerações Finais

ufrgs.br. O coautor Alberto Moreira Guerreiro

Este trabalho abordou a questão da defor-

Brito é Engenheiro Metalúrgico, Doutor em

mabilidade (ou, em especial, a forjabili-

Engenharia, Pesquisador do Laboratório de

dade, no caso, processo de forjamento) de

Transformação Mecânica da UFRGS, tendo

uma forma qualitativa. Os próximos passos

participado e coordenado projetos na área de

precisam ser suportados por uma análise

conformação mecânica de aços e ligas leves de

quantitativa. Essa tarefa deverá ser realiza-

uso aeronáutico. E-mail: brito@ufrgs.br.

>>> Mecanismos de Fechamento

Mecanismos de Fechamento para a Forja de Pré-formas em Matriz Fechada e sem Rebarbas Matrizes superiores com sistemas de força compostos por molas, usadas para o forjamento de pré-formas pelo método de matriz fechada e sem rebarba

B. Behrens, M. Stonis, T. Rüther, J. Langner - Institut für Integrierte Produktion Hannover GmbH (IPH) - Alemanha G. Guzey - Omtas Otomotiv Transmisyon Aksami San. ve Tic. A.S. - Turquia O forjamento com redução de rebarbas consiste em uma alternativa promissora para a conformação de peças complexas, utilizadas em situações de trabalho que requerem grandes esforços. Uma das maneiras de se alcançar isso é através da obtenção de pré-formas por processos que não utilizam as rebarbas. Evitar a geração das rebarbas durante a pré-formação, por meio do fechamento completo da matriz de forja, consiste no principal desafio deste processo almejado, especialmente quando a linha de separação da matriz coincide com o centro da peça. Um mecanismo avançado de fechamento que tranca a matriz completamente, utilizando-se de ação mecânica e sem o uso de qualquer tipo de mecanismo de molas, foi desenvolvido.

D

e acordo com a pesquisa mundial realizada pela Euro-

Com o novo processo de pré-formação sem rebarba (Fig. 1), a

forge em 2013, aproximadamente 19 milhões de to-

habilidade de se reduzir a razão de rebarba de partes finais complexas

neladas de matrizes fechadas para forjamento foram

pode resultar em vantagens competitivas e redução de custos. Empre-

produzidas por mais de 2.900 plantas de forjamento

endimentos na Alemanha, Romênia, Espanha e Turquia trabalharam

no mundo inteiro. Para que uma empresa consiga manter-se repetitiva

em conjunto neste projeto, que foi financiado pelo Sétimo Programa

nesta atividade, é necessário reduzir custos de produção, sendo a maior

de Estruturas da União Europeia, de forma a assegurar que as metas

parte destes composta por gastos com material e energia.

fossem alcançadas. Por conta do alto custo das matrizes de forjamento e

Os gastos com material representam até 50% do total de custo

de suas altas taxas de desgaste, o processo de forjamento sem rebarba de

de produção. Portanto, a redução na quantidade de material usada

um virabrequim deve ter alta eficiência de custo. Assim, nosso processo

diminui os custos de produção de duas maneiras: através da di-

proposto para o forjamento de virabrequim de dois cilindros permite

minuição dos gastos com material e com a decorrente redução da

que uma empresa realize operações de pré-formação sem rebarba e o

demanda de energia para o processo completo de forjamento (ou

forjamento final convencional com redução de rebarbas, em vez de um

seja, para o aquecimento e formação). A razão de rebarba para geo-

processo que não produza rebarbas em cada uma de suas etapas.

metrias complexas, como a de virabrequins, pode atingir valores de

A rebarba presente nas sequências de forjamento convencionais

50% ou mais. Consequentemente, existe um enorme potencial para

corresponde a um total de 54% do peso do forjado; com o projeto

redução de custos por meio da economia de material.

desenvolvido em nosso laboratório, este valor foi reduzido para me-

Tecnologias de forjamento de precisão e sem rebarba para peças

nos de 10% do peso do forjado, por meio das operações de obtenção

complexas e grandes foram desenvolvidas com o projeto Cadeia de

de pré-forma sem rebarba. Para que essa redução fosse atingida, foi

Processos para a Produção de Componentes Forjados com Precisão

necessário eliminar a formação de rebarbas durante as operações de

e Alto Desempenho, executado em nosso centro de pesquisa cola-

pré-forma. O uso de um mecanismo avançado de fechamento das

borativo. Com base em simulações e testes das sequências de forja-

matrizes, em vez das molas convencionais, é uma maneira bastante

mento recentemente desenvolvidas, o processo foi adaptado para a

promissora de se alcançar estes resultados. O mecanismo desenvolvido

produção industrial de virabrequins de dois cilindros.

é apresentado neste artigo.

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 27

>>> Mecanismos de Fechamento

O Estado da Arte do Processo

1ª obtenção de pré-forma sem rebarba

Forjamento de Peças Complexas de Alto

Reaquecimento

Resfriamento controlado

Conformação final

Rendimento

O forjamento é um importante processo de manufatura. Para o forjamento a quente do aço, o tarugo é aquecido acima de sua temperatura de recristalização (850-1250 °C). Após Aquecimento primário

este aquecimento inicial, o tarugo pode ser forjado até sua geometria final em uma única etapa ou em múltiplas etapas. O número de etapas necessárias até a forma final da peça depende da complexidade de sua geometria.

Recentemente, uma série de desenvolvimentos na tecnologia de conformação tem alterado muito o processo de forjamento a quente dos aços. Estes desenvolvimentos

o design de fenda na matriz, pela qual as rebarbas são geradas, tem grande influência no fluxo de material no interior da matriz.

Forjamento multidirecional

Remoção de rebarbas

Figura 1. Cadeia de processos recentemente desenvolvida para um virabrequim de dois cilindros forjado na indústria Base móvel da prensa

Matrizes inferior e superior encostadas

Molas Matriz superior Punção Tarugo Matriz inferior

incluem melhorias nas ferramentas usadas e nas tecnologias de prensa. Por exemplo,

2ª obtenção de pré-forma sem rebarba

Ponto morto superior

Mesa

Ponto morto inferior

Figura 2. Princípio da sequência de movimentação durante o forjamento de matriz fechada sem rebarba Sentido de movimentação da prensa

Um novo conceito de ferramenta que

Placa superior

altera o fluxo de material durante o processo sitivo móvel de quebra de rebarba, foi desen-

Molas

volvido. Melhorias em parâmetros de pro-

Punção conformador

cesso e de projeto aumentam a rentabilidade e a qualidade do forjamento. No passado,

Dispositivo direcionador

processos de forjamento sem rebarba de alta precisão foram estabelecidos industrialmente para peças simétricas rotacionáveis, como rodas de engrenagens, e para peças simples, longas e lisas, como hastes conectoras.

Com este projeto, nós desenvolvemos em laboratório uma sequência de forja sem

Parte superior do molde

Matriz superior

de formação, por meio do uso de um dispo-

Tarugo

Z Y

Matriz inferior X

Figura 3. Esquematização dos componentes e sua montagem no equipamento usado para as operações de obtenção de pré-forma de matriz fechada e sem rebarba

rebarbas para produção de um virabrequim simples de dois cilindros.

e sem formação de rebarba (no forjamento

levar à sobrecarga da matriz e da prensa

com rebarba a peça de trabalho é encoberta

ou, no caso de um volume menor, ao pre-

Matrizes Fechadas para Forjamento sem

parcialmente), o segundo tem as vantagens

enchimento incompleto da matriz. Outra

Rebarbas de Pré-formas

de economia de material e de eliminar etapas

desvantagem é que o tarugo precisa estar

No forjamento sem rebarba, a peça de traba-

de remoção de rebarbas, posteriores ao for-

posicionado com muita exatidão na matriz,

lho é completamente encoberta pela matriz

jamento. A maior desvantagem do processo

de modo a evitar qualquer carregamento fora

e nenhuma rebarba é gerada. Para que isso

sem rebarba é que ele possui uma inerente

da posição correta - o mau posicionamento

aconteça, o design da matriz e as variáveis

inflexibilidade para trabalhar com flutuações

poderia acarretar defeitos no formato final da

de processo devem ser controlados cuidado-

de volume do tarugo. Um volume de tarugo

peça e iria requerer tensões de conformação

samente. Comparando-se os processos com

maior do que o planejado em projeto pode

mais elevadas.

28

- Abril 2016

>>> Mecanismos de Fechamento

e da matriz superior. A fixação das molas de disco é feita por dispositivos direcionadores, Placa superior

colocados em seus centros.

Matriz superior

O cálculo da força de cada mola, ne-

Haste de controle Alavanca de fechamento

cessária para fechar a matriz durante a

Trilho de chave Gancho chanfrado para fechamento

de forjamento; o método empregado nestas

conformação, é feito através de simulações simulações é o de análise de elementos finitos (AEF). As forças no plano horizontal

Matriz inferior

(direções x e y) da matriz superior, que resultam da pressão interna crescente e oriunda do processo de conformação, são Movimento da prensa

consideradas para o cálculo das forças que as molas devem exercer.

Requisitos dos Mecanismos de Fechamento da Matriz O forjamento com redução de rebarbas em molde fechado encara desafios maiores do que os processos convencionais de forja.

1. Ponto morto superior

2. Matriz em contato

3. Alavanca de travamento fechado

4. Ponto morto inferior

Figura 4. Mecanismo de fechamento projetado para o forjamento de matriz fechada sem rebarba

O método de obtenção de pré-forma sem rebarbas, por exemplo, não pode usar as últimas para compensar possíveis desvios de

Conceitos Convencionais de Ferramentas para o Forjamento sem Rebarbas

fechamento (Fig. 3).

parâmetros de processo, como a massa do

Forças elevadas são necessárias para o

tarugo ou o seu posicionamento na cavida-

As ferramentas usadas em processos de for-

fechamento do sistema e, por conta disso,

de do molde. Alterações nesses parâmetros

jamento com matriz fechada, sem rebarbas,

molas a gás e molas disco são normalmente

fazem com que os valores de força das molas

geralmente consistem de matrizes inferior e

usadas. Estes tipos de molas dependem do

sejam diferentes dos calculados. Consequen-

superior e de um ou mais punções confor-

espaço disponível entre a placa e a matriz

temente, o projeto das matrizes e punções

madores (Fig. 2). Durante o processo, a peça

superiores e da pressão exercida pelo punção

é mais complexo do que o das ferramentas

de trabalho é posicionada no interior do

conformador. Os componentes da matriz

para forjamento convencionais.

molde (formado pelas matrizes), de modo a

superior são fixados em uma placa superior

ficar completamente fechada então, os pun-

que é diretamente conectada à parte móvel

se forme uma fina rebarba na fresta entre as

ções se movem em direção ao molde para

da prensa. Conforme esta última se move

matrizes superior e inferior durante o proces-

conformar o material em alta temperatura.

para baixo, em direção ao tarugo de material

so de forjamento fechado. Para que isso não

Após o preenchimento completo do molde,

a ser conformado, a matriz superior faz con-

aconteça, a força de fechamento induzida na

os punções retornam para sua posição ini-

tato com a matriz inferior, envolvendo com-

matriz deve ser superior à pressão interna. O

cial e as matrizes se abrem.

pletamente o tarugo e sem executar nenhu-

aquecimento da matriz, devido ao processo

O processo é implementado pela utili-

Existe sempre o perigo persistente de que

ma operação de conformação. A parte móvel

em si, e a transferência de calor a partir dos

zação de uma matriz inferior do tipo mono-

da prensa empurra o punção sobre a matriz

tarugos que também estão aquecidos, faz

bloco, que é parecida com a matriz conven-

superior e, então, a operação de forjamento é

com que a temperatura das molas também

cional, porém, sem a fresta para rebarba. A

realizada. As molas são posicionadas de ma-

aumente, diminuindo a sua expectativa de

parte superior do equipamento, como um

neira fixa entre a placa e a matriz superiores,

vida em serviço.

todo, é composta por dois segmentos - a

justamente para manter fechada a cavidade

matriz superior e o punção conformador - e

do molde (onde a peça de trabalho é coloca-

tações, por conta de suas restritas temperatu-

as molas que compõem o seu mecanismo de

da) durante o movimento relativo do punção

ras de operação. O principal objetivo do novo

O uso de molas a gás também tem limi-

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 29

>>> Mecanismos de Fechamento

conceito para o fechamento de matriz aqui apresentado é tornar o dispositivo independente de variações da força da mola, provenientes

chanfrada, o que ajuda a garantir o fechamento preciso das mesmas.

A Fig. 4 mostra o mecanismo de fechamento projetado para uso no

de alterações na temperatura. Este modelo alternativo propõe aco-

processo de forjamento sem rebarbas. Os pinos para rotação da alavanca

modar o movimento relativo do punção e da matriz superior sem a

e o movimento da haste de controle sobre o trilho de chave são os pon-

utilização de molas.

tos mais frágeis e, portanto, o cálculo de resistência para estas partes foi

Fixar as matrizes, quando fechadas, com algum dispositivo é uma

feito com muito cuidado. Com base nesses cálculos, encontrou-se que

opção viável. Contudo, este modo de fixação tem como desvantagem

um diâmetro do pino de 20 mm é necessário para que uma força de 60

o risco de danificar as matrizes, caso o dispositivo fixador não consiga

ton seja fornecida. Dependendo da força de fechamento requerida, o

soltá-las quando a prensa as abrir. O uso de guias restritivos no dis-

diâmetro do pino pode ser aumentado ou mais pinos podem ser adicio-

positivo fixador resolve a questão de possíveis danos à matriz. Ainda,

nados. Como seu design é compacto, não há interferência entre o meca-

os dispositivos fixadores devem promover o fechamento completo e

nismo de fechamento e o manuseio do tarugo na matriz aberta.

preciso das matrizes. A usinagem imprecisa do fixador pode levar à formação de uma pequena fresta entre as matrizes superior e inferior

Conclusão e Perspectivas

e, como consequência, uma fina rebarba corre o risco de surgir.

Um virabrequim foi escolhido como peça amostral durante a execução deste projeto. Uma vez que a geometria do virabrequim é

Métodos Avançados para o Fechamento Mecânico de Matrizes

complexa, obter uma peça final forjada praticamente sem rebarbas é

Uma vez que os critérios para fechamento de matrizes em processos

uma tarefa muito desafiadora. Decidiu-se que, ao se aumentar a qua-

de extrusão lateral e de forjamento fechado sem rebarbas são muito

lidade do produto em sua pré-forma, a rebarba da peça final forjada

similares, os conceitos envolvidos em ambos foram levados em con-

poderia ser reduzida substancialmente. Por esta razão, uma nova

sideração durante o desenvolvimento do mecanismo em questão. Os

sequência de forjamento e mecanismos para obtenção de pré-formas

conceitos podem ser divididos em dois grupos: fechamentos mecâ-

sem rebarbas foram projetados.

nicos conduzidos pela prensa principal de trabalho e mecanismos de fechamento com auxílio de engrenagens adicionais.

Para se conseguir um mecanismo barato e resistente de fechamento,

O objetivo geral do projeto era desenvolver um novo processo em cadeia para o forjamento de um virabrequim de dois cilindros, usando duas etapas de obtenção de pré-forma sem rebarbas, seguida

é preciso trabalhar com um projeto simples, sem a utilização de engre-

por uma etapa de conformação multidirecional e o forjamento final

nagens adicionais ou de molas. A maior parte dos conceitos trabalha

com redução de rebarbas.

com molas ou com unidades hidráulicas de suporte e, portanto, nós escolhemos o mecanismo mais simples e com menos partes móveis.

Para que uma distribuição de massa ótima fosse atingida na operação de obtenção da pré-forma, necessária para o forjamento

O conceito básico é de um dispositivo fixador montado na late-

da peça final com rebarbas reduzidas, foi preciso focar na elimina-

ral da matriz. A fim de se evitar os problemas já mencionados ao se

ção das rebarbas durante a pré-formação. Para isso, desenvolveu-se

abrir a matriz, o dispositivo foi projetado como uma alavanca (Fig.

um mecanismo resistente de fechamento. Os testes de forjamento

4). A alavanca e seu centro de rotação estão posicionados na matriz

foram realizados com este novo mecanismo. Os resultados dos testes

superior. O movimento rotacional é gerado por uma haste de con-

consistiram na redução da quantidade de rebarbas do produto final,

trole montada na placa superior.

de 54% do peso do forjado para menos de 10%, equivalendo a uma

Com o movimento descendente da parte móvel da prensa, a ma-

economia de 3,4 kg de material por virabrequim.

triz superior, primeiro, toca a matriz inferior. Com a continuação do movimento da prensa, a haste de controle rotaciona a alavanca para

O Instituto para Produção Integrada Hannover (Institut für Intergrierte Pro-

a posição de fechamento. Para fornecer mais movimento ao punção

duktion Hannover, IPH) é uma organização sem fins lucrativos, que promove

controlador, que é conectado à placa superior, a haste de controle

a pesquisa e o desenvolvimento, consultorias e treinamentos em engenharia

deve se mover ainda mais para baixo, sem rotacionar a alavanca.

industrial. Para informações adicionais, visite o site www.iph-hannover.de.

Assim, devido a essa restrição, foi preciso desenvolver um trilho

O Omtas Otomotiv Transmisyon é um fornecedor turco de peças forjadas

de chave pelo qual a haste de controle pudesse se mover lateralmente

para veículos comerciais leves e pesados, carros personalizados, motores

e para baixo, mantendo a alavanca na posição de fechamento. O

industriais, equipamentos para agricultura, tratores e outros equipamentos.

trilho de chave tem a função de regulador restritivo da alavanca de

Para informações adicionais sobre este projeto, visite o site www.reforch.

fechamento, não fazendo uso de molas. O gancho da alavanca, res-

eu. O coautor Dr.-Ing. M. Stonis é o contato para este artigo. Ele pode ser

ponsável pelo fechamento das matrizes, foi projetado com geometria

contatado pelo email stonis@iph-hannover.de.

30

- Abril 2016

>>> Laminação de Anéis

Inovações em Equipamentos e Processos para Laminação de Produtos Anulares

Laminador axial com um anel sem costura sendo processado em seu interior

Angelo Sartori - Muraro Presse; San Bonifacio - Itália Este artigo apresenta aspectos da tecnologia de laminação de anéis sem costura e seus avanços na Muraro Presse, na Itália. Essa tecnologia substituiu o uso de energia hidráulica por um sistema composto por motores elétricos especialmente projetados e parafusos de potência para o fornecimento da capacidade de forja da máquina. Softwares avançados e sistemas de controle estão integrados aos equipamentos.

A

laminação de anéis, rodas, argolas e de outros pro-

licas para preparar simples discos forjados para laminação e aqueles

dutos anulares é um dos processos mais complicados

que produzem anéis altamente complexos, a partir de materiais de

e fascinantes existentes no reino de forjamento a

difícil laminação?

quente de metais. Os sistemas mais antigos de la-

minação anular eram controlados manualmente por um operador,

Aperfeiçoando os Equipamentos para Laminação Anular

que, por sua vez, precisava saber programar com destreza o ciclo de

No fim, descobriu-se que os dois tipos de consumidores, os que pro-

laminação de trabalho apropriado e produzir um anel laminado de

duzem discos simples para laminação e os dos anéis complexos, têm

qualidade usando alavancas de comando e muita experiência.

interesses similares. Os 11 itens listados abaixo resumem quais são as

Com a passagem dos anos, os adventos da hidráulica moderna e

necessidades comuns entre eles:

do controle computadorizado permitiram a elaboração de projetos

• Aumento da produtividade;

mais sofisticados de plantas de laminação automatizadas. Hoje em dia,

• Redução dos custos de manutenção;

é possível programar facilmente um ciclo de laminação radial-axial e automatizar completamente o processo de laminação anular, do começo ao fim.

Durante o desenvolvimento de novos sistemas de laminação anular, criados para tornar os processos modernos ainda mais avançados, nossa equipe precisou responder às seguintes questões: • Quais são e onde estão os pontos mais fracos das máquinas usadas atualmente no mercado e como podemos desenvolver um novo equipamento que satisfaça as requisições cada vez mais estritas dos consumidores?

• Quais são as possibilidades para desenvolvimento tecnológico neste campo?

• Como podemos trabalhar, de forma a acomodar, ao mesmo tempo, consumidores que usam nossas prensas mecânicas e hidráu-

• Aumento da velocidade e facilidade para carregamento e descarregamento das peças de trabalho; • Melhorar a precisão dos equipamentos e a velocidade de cada ciclo; • Melhorar o preenchimento das cavidades de equipamentos perfilados; • Aumentar a movimentação do material (axialmente ao anel) durante o ciclo; • Aumentar o arredondamento da peça de trabalho e calcular seu ciclo de trabalho; • Reduzir a necessidade de usinagem e gastos; • Equipar a máquina com sua própria inteligência, ou seja, tornar a máquina capaz de programar a maior parte de seus parâmetros de processo sozinha; Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 31

>>> Laminação de Anéis

• Aumentar a eficiência energética; • Adicionar software de simulação de processos por Análise de Elementos Finitos (FEA) que atue com a mesma tecnologia piloto instalada no CNC do equipamento. Isso garante que a planta de laminação anular simulada se comporte e reaja como o sistema real, aumentado o valor e a credibilidade dos resultados simulados numericamente.

No início, nossos engenheiros perceberam que atingir os 11 itens simultaneamente seria uma tarefa quase impossível. Na verdade, a princípio, alguns itens pareciam ser mutuamente exclusivos e incompatíveis com o recondicionamento do projeto do sistema completo.

Rapidamente ficou claro que, para alcançar os critérios exigidos e as melhorias almejadas, seria preciso repensar exaustivamente o equipa-

Figura 1. Uma importante inovação corresponde à capacidade de movimentação do plano de laminação e dos dois cones durante o processo de laminação, para produzir perfis programados de anéis

mento em si e as tecnologias envolvidas com seus componentes.

Seriam necessárias muito mais páginas deste artigo para descre-

mercado automotivo ou flanges para o mercado de óleo e gás.

ver em detalhes todos os pontos de inovação que caracterizam nosso

Flanges de pescoço feitos de aços inoxidáveis e de ligas Inconel

novo sistema de laminação anular. Assim, manteremos as descrições

são especialmente difíceis de produzir, porque a fina borda do pes-

sucintas e examinaremos algumas alterações fundamentais no proje-

coço pode se tornar muito quente durante a laminação. Todavia, o

to do equipamento.

novo projeto de equipamento de laminação anular utiliza os dois cones móveis ativos e, assim, o problema de superaquecimento do

Mudança Evolutiva

pescoço é resolvido. Além disso, os discos brutos usados para este

O primeiro elemento de mudança que nossa máquina trouxe para o

processo se tornam mais fáceis e mais baratos de produzir.

campo de laminação anular axial-radial é a possibilidade de comandar verticalmente o plano de laminação, assim como o cone inferior,

Contraste com Sistemas Hidráulicos

durante o ciclo. Dois eixos de controle foram adicionados à máquina,

Caso tivéssemos usado um sistema hidráulico tradicional, teria

permitindo a movimentação simétrica e assimétrica dos cones inferior

sido impossível conseguir os aumentos na produtividade, veloci-

e superior durante o ciclo. Esta é uma potencialidade crítica para a

dade, precisão, eficiência e sustentabilidade do novo sistema. Por

produção de determinados formatos de anéis mais complexos, pois

meio do esforço em conjunto das principais plantas da Muraro e

possibilita maior controle sobre a deformação da peça de trabalho e,

da divisão de motores, um novo sistema que envolve a interação de

ainda, melhora a redistribuição do material às áreas desejadas durante

uma série motores elétricos especialmente projetados e parafusos

o ciclo de laminação. Adicionalmente, essa nova tecnologia permitiu a

de potência foram criados.

criação de um novo ciclo de trabalho do equipamento que se adapta a

Esse sistema é capaz de atuar exatamente como o hidráulico

peças laminadas particulares, como engrenagens chanfradas usadas no

convencional, porém, com maior precisão em ambas as direções e

Figura 2. O impulso radial provém da parte posterior do laminador, onde não há pistões hidráulicos, mas sim elementos de comando eletromecânicos precisos e de alta eficiência

Figura 3. Os tanques são posicionados próximos à fundação da máquina. O primeiro contém água para resfriamento dos motores elétricos que compõem os elementos de comando eletromecânicos.

O outro tanque contém o óleo lubrificante e refrigerante para todas as partes móveis da máquina

32

- Abril 2016

>>> Laminação de Anéis

Abril 2016 - www.revistaFORGE.com.br 33

>>> Laminação de Anéis

Figura 4. A control desk (mesa de controle) para o equipamento de laminação anular foi simplificada para melhorar a acomodação do operador. Muitas funções foram automatizadas e estão incluídas no software de controle M-ROLLING, que automaticamente calcula vários parâmetros do ciclo de produção

Figura 5. O controle remoto do maquinário permite que o operador, ou funcionário de manutenção, controle confortavelmente a máquina no modo de Velocidade Limitada Segura (SLS -SafeLimited-Speed), durante a manutenção e a calibração

forças aplicadas. Na verdade, o sistema pode mudar o controle de

plo, se há a necessidade de laminar um anel com uma seção retangular

uma variável para outra em função dos dados detectados pelo CNC

ou perfilada, o operador pode programar o ciclo diretamente pelo

e sensores relacionados.

M-ROLLING, então, o software irá calcular os parâmetros de máqui-

Engenheiros desenvolveram um sistema propulsor capaz de realizar movimentos controlados em incrementos de 0.01 mm, com um

na corretos para obtenção do resultado esperado.

O software pode estimar o tempo de ciclo de laminação a ser exe-

tempo de reação de 0.001 s e eficiência maior do que 90%. Estas são

cutado e irá oferecer a capacidade de analisar as várias forças às quais a

grandes diferenças em relação ao sistema hidráulico, sendo que, ainda,

máquina resiste, em função dos materiais e temperaturas de trabalho.

o novo sistema projetado oferece duas ordens maiores de magnitude

O operador também precisa ser capaz de fazer o balanço correto entre

em precisão e sensibilidade.

o tempo de ciclo e a ovalidade residual da peça laminada. Também

A necessidade de manutenção também foi bastante reduzida.

é possível criar uma curva de crescimento do anel em função do seu

O entupimento de válvulas, alterações no desempenho do óleo por

diâmetro, bem como uma curva que define a variação da espessura do

causa de variações na temperatura, alterações no óleo, entre outros,

anel e de sua altura durante o ciclo. Ainda, quando houver interesse e

são consideradas ocorrências do passado. As economias de energia

necessidade de trabalhar com diferentes formatos de anéis e de perfis,

obtidas são significativas. Ainda, a alta precisão do equipamento e a

o software poderá calcular as dimensões do disco bruto ideal para

velocidade que pode ser alcançada pela realimentação e pelo circuito

cada caso de forjamento, também com um único clique do mouse.

controlador permitem que o sistema tenha um controle melhor do processo e eleve a qualidade e a uniformidade do produto final.

O software M-ROLLING pode ser facilmente instalado em computadores do escritório e, assim, usado para programar remotamente a máquina.

Considerações sobre o Software Ao se analisar a qualidade dimensional de um anel laminado, pro-

Conclusão

blemas de ovalidade residual após a laminação e de tempo de ciclo

O projeto de máquinas para laminação da Muraro é resultado de mui-

precisam ser considerados. Variáveis como essas não são facilmente

tos anos de experiência com forjamento. Nós temos orgulho de sermos,

compreendidas, e, portanto, estabelecer os parâmetros que vão levar

além de fornecedores de maquinário, parceiros de nossos clientes e de

ao resultado desejado é uma tarefa difícil. No entanto, os engenheiros

ajudá-los com o plano de processamento, desde simulações digitais do

da Muraro trabalharam com muito empenho para integrar o software

processo até a produção final das peças forjadas e laminadas.

de produção avançada ao sistema. Nomeado como M-ROLLING, o pacote inclui informações necessárias para programar o sistema de

O autor Dr. Angelo Sartori é o novo gerente de desenvolvimento de

forma rápida e segura. Este software avançado oferece ao operador da

plantas na Muraro Prensas Hidráulicas, São Bonifácio, Itália. Ele pode

máquina “experiência” para determinar habilmente os vários parâme-

ser contatado pelo email angelo.sartori@muraropresse.com. Para mais

tros de processo, com apenas um simples clique no mouse. Por exem-

informações, visite o site: www.muraropresse.com.

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- Abril 2016

Base de Industrialização de Pequim Instituto de Pesquisa de Tecnologia Mecânica e Elétrica Centro Nacional de Pesquisa da Engenharia de Conformação de Precisão

C88K Martelo CNC de Forjamento com Matriz Totalmente Hidráulico

CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS DO MARTELO DE FORJAMENTO CFM

Prevenção e controle de segurança

Feedback de segurança para prevenção e controle para eliminar risco de explosão de spray do óleo em alta pressão

Monitor Remoto

Usando a internet para realizar programa remoto on-line de manutenção e ajuste, monitor remoto de verificação de avaria

Posição exata da matriz

Cunhas laterais com duas faces ajustáveis adaptáveis para rapidamente encontrar a posição da matriz e possibilitar seu fácil ajuste

Máquinas auxiliares automáticas

Máquinas automáticas de lubrificação de matrizes, sistema de transferência de blanks, máquinas automáticas de remoção de carepa para combinar com martelos de forjamento com matriz

Sistema integrado C88K Martelo CNC de Forjamento com Matriz Totalmente Hidráulico

1 3 6 9

Projeto e integração da planta de forjamento, incluindo o processo de forjamento, projeto da matriz, testes de produção e treinamento do cliente

Conversão de martelo hidropneumático

Usando esse sistema de acionamento totalmente hidráulico para converter martelo hidropneumático

C66Y Martelo de Braço Duplo Totalmente Hidráulico de Forjamento com Matriz Aberta 2 MP Prensa Mecânica de Forjamento com Matriz Quente MP J55 Prensa de Parafuso Operada por Embreagem 4 D46 Máquina de Forjamento Rotativo 5 ZGD Rolo de Forjamento Automático Suporte para Matriz de Prensa de Forjamento de 140 MN 7 Linha Automática de Calandra 8 Linha Automática de Forjamento Rotativo Linha de Forjamento de Ferramentas Manuais 10 Linha de Forjamento de Virabrequim

Criamos a marca “CHINA FORGING MACHINERY” para se tornar a empresa bem conhecida no mundo

CHINA FORGING MACHINERY CO., LTD.

Add.:No.88 Shanghu Road, Haian Economic-Technological Development Area, Jiangsu Province, P.R.China (226600) Tel.: 0086-513-8836 8808 Fax.:0086-513-8836 9186 Mob:0086-159 9659 3080 E-mail: jagen.zhong@cfmjs.cn; jagenzhong@outlook.com Skype:forginghammer www.forgingmachinery.com.cn; www.facebook.com/chinaforgingmachinery