Revista Internacional de Negócios e Tecnologia no Campo da Forjaria
Abril 2017 Número 20 www.revistaFORGE.com.br
Forjamento de Rodas de Alumínio para Carros e Caminhões
Deformações e Tensões do Forjamento com Simulação Numérica Orientação do Grão em Forjados - Parte III
Grupo Aprenda Lança I Seminário de Engrenagens
Oststrasse 1 · D-77694 Kehl · Germany · Phone +49 7851 93 76-0 · Fax +49 7851 93 76-76 info@presstrade.com · www.presstrade.com
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ARTIGOS
CONTEÚDO
Análise do Comportamento das Deformações e Tensões do Forjamento através da Simulação Numérica Durante a deformação plástica de um material metálico causada pelo forjamento, os valores de deformações e tensões se comportam de forma distintas, dependendo da região analisada. Realizou-se, através da simulação numérica pelo Método dos Elementos Finitos, o ensaio de compressão em uma amostra padronizada, analisando o comportamento das deformações e das tensões.
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Forjamento de Rodas de Alumínio para Carros e Caminhões
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Orientação do Grão em Forjados III - Efeito do Forjado na Orientação do Grão
Este artigo descreve as demandas de proteção ambiental e as possíveis oportunidades para a indústria de forjamento neste processo, oferecendo produtos como rodas forjadas de alumínio e o uso de equipamentos modernos e eficientes.
Nos dois últimos artigos, nós examinamos as definições básicas da orientação dos grãos e descrevemos as propriedades anisotrópicas dos metais devidos à orientação. Nesta parte da nossa série, examinaremos mais detalhadamente o efeito do forjamento no fluxo de grãos e examinaremos os parâmetros que o afetam.
Na Capa: Linha de produção de rodas forjadas de alumínio na Schuler - Cortesia Schuler, pág. 34
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- Abril 2017
38
Departamentos & Colunas Índice de Anunciantes ....................................................................... 05 Editorial EUA.......................................................................................... 06 Editorial Brasil ....................................................................................... 08 Eventos ................................................................................................... 10 Novidades .............................................................................................. 11 Produtos ................................................................................................. 14 Serviços .................................................................................................. 15 Coluna: Indústria 4.0 ........................................................................... 17 Coluna: Aços para Forjamento ........................................................ 18 Coluna: Inovação ................................................................................. 20
EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA S+F Editora - Campinas/SP www.revistaFORGE.com.br FORGE@revistaFORGE.com.br ISSN 2178-0102 Udo Fiorini - Publisher, udo@revistaih.com.br • (19) 99205-5789 Sunniva Simmelink - Diretora, sunniva@revistaih.com.br • (19) 99229-2137 André Gobi - Redação, andre@revistaih.com.br Mariana Maia - Diagramação, mariana@revistaih.com.br Marcelli Susaki - Tradução, redacao@revistaih.com.br ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA BNP Media • 2401 W. Big Beaver Road Suite 700, Troy, MI 48084 • www.bnpmedia.com
Coluna: Aplicações de forjamento ................................................. 21
Darrell Dal Pozzo, Senior Group Publisher dalpozzod@bnpmedia.com • +1 847-405-4044
Coluna: Conformação ......................................................................... 22
Reed Miller, Editor nos EUA reed@FORGEmag.com • +1 412-306-4360
Coluna: Pesquisa & Desenvolvimento .......................................... 24 Coluna: Simulação Computacional ................................................ 26 Coluna: Lubrificantes .......................................................................... 28
EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA Dean M. Peters, Editor dean@forgemag.com • +1 216-570-4537
Índice de Anunciantes Página
Empresa
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3D-CAM
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23
AM.Metal
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4ª Capa
Cor-met
www.cor-met.com
37
Expomafe 2017
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16
Feimafe 2017
www.feimafe.com.br
31
Fenaf 2017
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15
Luxor
www.luxor.ind.br
25
NEMU 2017
www.ifu.uni-stuttgart.de
03
Presstrade
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39
19, 27
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
Senafor
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3ª Capa
Simufact Engineering
www.msc.eng.br
2ª Capa
Stratasys
www.stratasys.com
41
Synergetica
www.synergeticasp.com.br
07
Tubotech 2017
www.tubotech.com.br
09
TrueForge
www.trueforge.com
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.
Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 5
EDITORIAL
Dean M. Peters, Editor nos EUA
Fabricação de Peças Leves, um Favorito de Peso
U
m artigo da FIERF (Forging Industry Education and Research Foundation - Fundação Educacional e de Pesquisa da Indústria de Forjamento) escrito pela Profa. Dra. Mary Wells, da Universidade
de Waterloo - Ontário, Canadá, neste tema sobre o forjamento de magnésio traz para o primeiro plano os conceitos sobre a produção de materiais leves. O processo para se fabricar peças leves “Lighweighting” é
“A indústria aeroespacial tem lidado com iniciativas de redução de peso desde o seu início e, praticamente, qualquer aumento na relação de resistência do material por peso se torna um sério candidato a se considerar”
referente a um termo que começou na indústria automobilística
- Centro para Processo de Fabricação de Peças Leves no Meio
em resposta à demanda por aumento da eficiência energética. De
Automotivo). Sua missão é fornecer para a indústria automotiva
maneira geral, o processo de produção de peças leves estimulou a
dados e modelos de materiais necessários para a fabricação de
pesquisa e o desenvolvimento de novos materiais e novas formas de
componentes confiáveis de alumínio e de aços de alta resistência.
utilizar materiais conhecidos para reduzir o peso médio de carros
Estes dados não são apenas para forjamento, mas para a aplicação
e caminhões sem comprometer a segurança, o conforto e outros
geral de princípios subjacentes ao conceito de redução de peso.
pontos considerados no projeto. Mas o conceito de redução de peso
Não é de se surpreender que o DOE (Department of Energy -
não é limitado a aplicações automobilísticas. A indústria aeroespacial
Departamento de Energia dos Estados Unidos) também investiu pesado
tem lidado com iniciativas de redução de peso desde o seu início
(sem trocadilhos) no assunto, já que o aumento da eficiência energética
e, praticamente, qualquer aumento na relação de resistência do
é um de seus objetivos principais. Caso esteja se perguntando para onde
material por peso se torna um sério candidato a se considerar.
esse processo está se encaminhando, tome como ponto de partida a
Uma maneira de se considerar o processo é a substituição de materiais. Um exemplo primário na indústria automotiva é a
citação abaixo, presente no website do Departamento de Energia: “Materiais avançados são essenciais para impulsionar a
redução de peso ao substituir componentes de aço por peças mais
economia de combustível de modernos veículos automotivos
leves de alumínio. O plástico tem sido utilizado para substituir
enquanto mantém a segurança e performance, uma vez que se
vidros pesados em algumas janelas, assim como o metal em certos
gasta menos energia para acelerar um veículo leve do que um
sistemas de para-choques. Utilizar esses materiais mais leves resulta
veículo pesado. Materiais leves oferecem grande potencial para
em uma melhor relação de combustível por km rodado, melhora
aumentar a eficiência do veículo. Uma redução de 10% em peso
o manuseio do veículo e diminui a tensão no motor. Materiais
pode resultar em uma economia de combustível em torno de
compósitos de fibra de carbono também são utilizados em
6 a 8%. Substituir componentes tradicionais de ferro fundido
aplicações automobilísticas, mas o uso mais anunciado para esses
e aço por materiais leves como aços de alta resistência, ligas de
materiais é nas asas do Boeing 787 Dreamliner.
magnésio, ligas de alumínio, compósitos de fibra de carbono e
Na Alemanha, companhias siderúrgicas e a Associação Alemã
polímeros pode reduzir diretamente o peso do corpo do veículo e
de Forjamento realizaram uma parceria para conduzir duas fases
do chassi em até 50% e, então, reduzir o consumo de combustível.
do programa denominado Iniciativa do Processo de Forjamento
Se utilizados componentes leves e motores de alta eficiência
para Materiais Leves. A Fase I do programa lida com o estudo de
capacitados por materiais avançados em um quarto da frota
um carro de passageiros de tamanho médio, no qual se descobriu
americana, poderiam ser economizados mais de 5 bilhões de galões
que, através de um design e seleção prudente de materiais, 42
de combustível anualmente até 2030”.
kg puderam ser eliminados do trem de força e componentes do chassi. Na Fase II, o veículo comercial foi estudado, e se descobriu que cerca de 99 kg puderam ser eliminados de maneira similar. Já nos Estados Unidos, o NIST (National Institute of Standards and Technology - Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia)
Dean Peters
estabeleceu seu CAL (Center for Automotive Lightweighting
Editor da FORGE nos EUA
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EDITORIAL
Udo Fiorini, Editor
A Forjaria Não Para
É
com satisfação que trazemos a primeira edição de 2017
simulação numérica, a partir da realização de ensaio de compressão em
especialmente rica em conteúdo. Seguimos, ano a ano,
uma amostra padronizada através da simulação numérica pelo Método
mantendo o compromisso de publicação porta-voz da
dos Elementos Finitos.
indústria de forjaria, contribuindo com material altamente qualificado
Georg Obermaier, diretor da Prensas Schuler da Alemanha, escreve
que engloba de ambientes acadêmicos a industriais, além de trazer as
sobre um tema muito interessante e que vem sendo discutido com ênfase
novidades do setor.
nos últimos tempos: ‘Forjamento de Rodas de Alumínio para Carros e
Embora, no momento, o mercado nacional não apresente seu
Caminhões’, descrevendo as possíveis oportunidades para a indústria de
melhor cenário, as inovações e pesquisas no campo de forjaria não
forjamento neste processo, oferecendo produtos como rodas forjadas de
param. E isso não somente no exterior, mas no Brasil também. Prova
alumínio e o uso de equipamentos modernos e eficientes.
disso é a quantidade - e qualidade - dos materiais que estamos trazendo
Na parte III da série ‘Orientação do Grão em Forjados - Efeito do
durante o ano. Chamo a atenção também para os materiais exclusivos
Forjamento na Orientação do Grão’, John Walters, da Scientific Forming
em nosso website. Vale a pena conferir.
Technologies Corp. e Chester J. Van Tyne, da Colorado School of Mines,
Em nossas colunas, dando continuidade a 2016, trazemos o tema Lubrificantes, escrito por um especialista no assunto, Henri Strasser,
examinam mais detalhadamente os efeitos do forjamento no fluxo de grãos e os parâmetros que o afetam.
engenheiro e sócio-diretor na Strasser Consultoria de Projetos. Além dele, outros seis profissionais de peso integram nosso staff
Eventos
neste ano: Anderson Soares, da Stratasys, com o tema Indústria 4.0.
Este ano destacamos três eventos na área de Forjaria. Começamos pelo
Shun Yoshida, da Hitachi High-Tech, no tema Aços para Forjamento,
NEMU, New Developments in Forging Technology, que será realizado
escreveu sobre um assunto importantíssimo em tempos conturbados
de 15 a 17 de Maio na cidade de Fellbach, Alemanha.
economicamente: a produtividade na indústria de forjamento. A coluna
Nos dias 04, 05 e 06 de Outubro, no Hotel & Centro de Eventos
Inovação, com o tema ‘Desafios em Cenário Macroeconômico Difuso’,
Continental, em Porto Alegre (RS), será realizado o 37º SENAFOR, que
não podia ser melhor escrita do que por Mauro Moraes de Souza,
apresentará o tema Inovação, Produtividade e Eficiência Energética
Professor no Centro Universitário FEI.
- retomada do crescimento. E falando em crescimento, o evento contará
Iris Bento da Silva, da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP-EESC), São Carlos (SP), apresenta ‘A
este ano com um novo tema - Engenharia de Superfícies, que passará a ser oferecida a cada dois anos, sempre nos anos ímpares.
Aplicação de Forjamento na Atualidade’. No tema Conformação, um
Em 29 e 30 de Novembro, teremos o V Seminário De Tecnologia do
expert no assunto, Lirio Schaeffer, do Laboratório de Transformação
Forjamento, organizado pela nossa empresa parceira, o Grupo Aprenda.
Mecânica (LdTM) da UFRGS, fala sobre os ‘Aços Avançados de Alta
O evento será realizado na Prensas Schuler, em Diadema (SP), e já conta
Resistência - AHSS’. Alisson Duarte, consultor técnico da SIXPRO
com patrocínio e palestra das empresas: Prensas Schuler, Hitachi High-
Virtual&Practical Process, fala com excelência sobre a Simulação
Steel e SixPro. Confira mais detalhes em https://goo.gl/flP1pO.
Computacional pelo Método dos Elementos Finitos.
Um evento deste porte chegando à sua quinta edição, com aumento
E não paramos por aí. Orgulhosamente, pela primeira vez temos
de participantes todos os anos, aliado à quantidade de pesquisa sendo
uma colunista mulher na revista Forge. Com muita satisfação, temos
desenvolvida na área, mostra efetivamente que o setor de forjaria não
uma expert no assunto: Ana Paola Villalva Braga, pesquisadora no
para. Boa leitura!
Laboratório de Processos Metalúrgicos do Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), com o tema Pesquisa & Desenvolvimento, onde escreveu sobre ‘Parcerias de Sucesso entre Indústria e Pesquisa’. Iniciando nossa seção de artigos, em coautoria, Fábio Junkes Corrêa e Lirio Schaeffer, ambos da UFRGS, escrevem sobre a análise do
Udo Fiorini
comportamento das deformações e tensões do forjamento através da
Editor da FORGE no Brasil
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- Abril 2017
HBE PRESS • • • •
4-Column 2-Column 4-Column 2-Column
Open Die
Push-Down to 15,000 long tons Push-Down to 6,000 long tons Pull-Down to 18,000 long tons Pull-Down to 18,000 long tons
15,000 ton 4-column push down forging a 150 ton ingot
EDITORIAL
Hydraulic Forging Udo Fiorini, Editor Press Specialists Closed Die
4-Column Push-Down Single or Multiple cylinder designs to 80,000 tons including Aluminum auto, truck & tank wheel and gas cylinder production
5,000 ton 4-column push down w/top die shuttle system
Features and options include:
Single or Triple pressing Cylinder design • Pre-Stressed Columns • Top Rotating Die • Bottom Rotating Die • Moving tables • Die Shifting tables • Die Magazines with any number of positions • top & bottom die shuttle systems • Flexibility in major parameters such as stroke, daylight, bed size, etc. • Customer’s choice of Hydraulics and Electrical Equipment Manufacturer • Automation includes integrated “single-mind” Coordination w/one or two Manipulators Also Consider our 20 to 250 ton Lifting Capacity Line of Rail Bound Manipulators
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60 October 2014
EVENTOS Maio
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) - São José dos
09-13 Expomafe 2017
Campos (SP) / www.sbvacuo.org.br
São Paulo Expo - Exhibition & Convention Center - São Paulo (SP)
www.expomafe.com.br
23-24 V Curso de Introdução ao Tratamento Térmico e
Metalografia 15-17 Nemu 2017
EATON - Valinhos (SP)
Schwabenlandhalle Fellbach - Alemanha
www.grupoaprenda.com.br
www.ifu.uni-stuttgart.de 28-01 VIII SEMa - VIII Semana de Engenharia de Materiais 15-18 Coteq 2017
São Carlos (SP)
Windsor Oceânico - Rio de Janeiro (RJ) / www.coteq.org.br
sema.materiais@gmail.com
21-24 VIII Conferência Brasileira sobre Temas de
Setembro
Tratamento Térmico
12-15 Intermach
Centro de Convenções do Hotel Quatro Estações - Indaiatuba (SP)
Parque da Expoville - Joinville (SC)
www.metallum.com.br/ttt2017
www.intermach.com.br
31-01 IV Curso de Manutenção e Segurança em Fornos
26-29 FENAF 2017
Industriais
Expo Center Norte, Pavilhão Branco - São Paulo (SP)
EATON - Valinhos (SP)
www.fenaf.com.br
www.grupoaprenda.com.br 27-28 I Seminário Engrenagens - Usinagem e Tratamento
Junho
Térmico
05-06 Inside 3D Printing 2017 - Conference & Expo
Hotel Golden Park - Sorocaba (SP)
Centro de Convenções Frei Caneca, São Paulo (SP)
www.grupoaprenda.com.br
www.inside3dprintingbrasil.com.br
Outubro
20-24 Feimafe
02-06 ABM Week 2017
Expo Center Norte - São Paulo (SP) / www.feimafe.com.br
Pro Magno Centro de Eventos - São Paulo (SP) www.abmbrasil.com.br
26-29 IX COBEF UNISOCIESC, Campus Marquês de Olinda - Joinville (SC)
03-05 Tubotech
www.eventos.abcm.org.br/cobef2017
São Paulo Expo - São Paulo (SP) / www.tubotech.com.br
Julho
04-06 37º SENAFOR
19-20 II Seminário de Aquecimento por Indução na
Hotel Plaza São Rafael - Porto Alegre (RS)
Metalurgia
www.senafor.com
SENAI - Osasco (SP) / www.grupoaprenda.com.br
Novembro
25-28 FIEE
29-30 V Seminário de Tecnologia do Forjamento
São Paulo Expo - São Paulo (SP) / www.fiee.com.br
Prensas Schuler - Diadema (SP) www.grupoaprenda.com.br
Agosto 21-25 Congresso Brasileiro de Aplicações de Vácuo na
A S+F Editora não se responsabiliza por alterações em data, local e/ou
Indústria e na Ciência
conteúdo dos eventos.
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- Abril 2017
NOVIDADES NEMU 2017 - 15 a 17 de Maio A NEMU, evento que aborda novos desenvolvimentos na tecnolo-
Grupo Aprenda lança o I Seminário Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico
gia de forjaria, acontecerá neste ano entre os dias 15 e 17 de Maio,
O Brasil dispõe de uma indústria bem consolidada no setor de
na cidade de Fellbach, Alemanha.
engrenagens. Sejam de pequenas ou grandes dimensões, existem
Para esta edição, são esperados em torno de 300 engenheiros de indústrias e institutos acadêmicos. Os presentes terão a oportunidade de participar de discussões sobre o atual estado da arte e as
inúmeros fabricantes de engrenagens procurando atender à demanda do mercado. O parque nacional de fabricantes e fornecedores está conti-
tendências futuras para a tecnologia de forjaria, além de expor suas
nuamente em expansão, como acontece neste momento com o
experiências particulares e pesquisas sobre o desenvolvimento das
mercado de turbinas eólicas.
atividades em seus respectivos campos de atuação. Profissionais renomados de indústrias e universidades internacio-
Para atender a todos estes setores, tradicionais ou inovadores, o Grupo Aprenda está lançando o I Seminário Engrenagens –
nais apresentarão suas pesquisas. Assim, será oferecida uma combinação
Usinagem e Tratamento Térmico, que será realizado nos dias 27
de estratégias e know-how técnico durante os dias da conferência. Situa-
e 28 de Setembro, no Hotel Golden Park em Sorocaba (SP).
ções como os passeios e o jantar oficial proporcionarão aos participantes a oportunidade de ampliarem suas redes de contatos. Do Brasil, haverá a palestra de Fabricio Silveira (ZEN S.A.) e Lirio
Serão dois dias de palestras técnicas além de uma mini feira com stands de expositores. O programa de palestras é bastante completo, congregando as diferentes etapas de fabricação:
Schaeffer (UFRGS), entitulada “Cold forging tool for the improvement
- Seleção de Materiais;
of gear accuracy grade by different shrink fitting method”, que será reali-
- Tecnologias para Corte de Dentes: Cortador Shaper (Fello-
zada no dia 17. No mesmo dia também ocorre a apresentação "Practical
ws) - Fresamento, Cortador Hob (Caracol) - Fresamento e Cor-
Applications of Industry 4.0 in
tador Shaver - Acabamento;
Metal Forming", de Thomas Ko-
- Estrias por Rolagem: Cremalheiras (Roto-Flo);
pka, da Schwer + Kopka GmbH,
- Tecnologia de Corte a Seco (Dry Cutting);
representada no Brasil pela Systek.
- Tecnologias de Chanframento de Dentes em Engrenagens Cilíndricas: Através de Recalque e através de Fresamento;
NR-12: Mudam regras de fiscalização para máquinas
Power Honing - Acabamento de Dentes, Retífica - Acabamento
Uma mudança publicada pelo Ministério do Trabalho no Diário
de Dentes, Torneamento Duro - Furos e Faces e Brunimento -
Oficial da União, em Janeiro, estabelece novas regras para a fiscali-
Furos e Cones;
- Tecnologias de Acabamento para Engrenagens Cilíndricas:
zação NR-12. A partir da data, os auditores fiscais do trabalho con-
- Softwares de Simulação e Verificação;
tinuarão a inspecionar as empresas conferindo se as especificações
- Máquinas e Aparelhos de Medição de Engrenagens;
de segurança da norma estão sendo aplicadas nas máquinas e equi-
- Óleos de Corte;
pamentos. No entanto, ao invés de emitir autos de infração e mul-
- Tratamento Térmico: Cementação, Nitretação e Têmpera e
tas automaticamente, darão prazo para as empresas se adequarem. As empresas terão ainda a possibilidade de pedir prorrogação de prazo, caso não consigam fazer as adequações necessárias
Revenimento. Para mais informações e inscrições: www.grupoaprenda. com.br ou pelo telefone (19) 3288-0437.
dentro do tempo estabelecido pela fiscalização do Ministério do Trabalho, a menos que a situação apresente risco grave e iminente ao trabalhador. Essa mudança ficará em vigor por 36 meses. Esse é o prazo em que a Comissão Nacional Tripartite Temática da NR-12 terá para estudar e debater melhorias na Norma. O grupo é composto por representantes de trabalhadores, empregadores e do governo, tendo como uma das atribuições monitorar a aplicabilidade da lei. A NR-12 com suas mudanças pode ser acessada por meio do link: http://trabalho.gov.br/images/Documentos/SST/NR/NR12/NR-
I Seminário Engrenagens Usinagem e Tratamento Térmico 27 e 28 de Setembro 2017
Realização:
Apoio: BRASIL
Hotel Golden Park Sorocaba (SP)
-12atualizada2015II.pdf. Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 11
NOVIDADES American Axle conclui aquisição da Metaldyne A American Axle & Manufacturing Holdings Inc., fabricante de
37ª edição do Senafor trará mais uma área de conferência
componentes de transmissão para a indústria automotiva, anun-
A 37ª edição do Senafor , que ocorrerá entre os dias 4 e 6 de
ciou, no início de Abril, que concluiu a aquisição da Metaldyne
Outubro, no Hotel & Centro de Eventos Continental, em Porto
Performance Group Inc. (MPG), empresa que, entre diversas ativi-
Alegre (RS), está agregando mais uma área a suas conferências - a
dades, também produz componentes de transmissão automotiva.
Conferência Internacional em Engenharia de Superfícies na Con-
A transação já havia sido aprovada pelos conselhos de administração de ambas as empresas e foi recentemente aprovada também pelos seus acionistas. "Hoje é um dia histórico em que combinamos os pontos fortes
formação de Materiais - que passará a ser realizada bienalmente, nos anos ímpares. Com isso, o evento passa ter as seguintes áreas: 21ª Conferência Internacional de Forjamento - Brasil; 20ª Conferência Nacional de
da AAM e MPG para sermos um fornecedor automotivo com ca-
Conformação de Chapas; 7ª Conferência Internacional de Con-
pacidades mais amplas em várias linhas de produtos", disse David
formação de Chapas; 4º Congresso do BrDDRG; 7ª Conferência
C. Dauch, presidente e CEO da AAM. "Essa aquisição nos permi-
Internacional de Materiais e Processos para Energias Renováveis;
tirá maximizar o valor dos stakeholders, criando uma empresa
Conferência Internacional em Engenharia de Superfícies na Con-
maior em tamanho, em escala e em diversificação de negócios,
formação de Materiais.
oferecendo soluções eficientes, poderosas e inovadoras para nossos clientes" finalizou Dauch.
O evento está se preparando para oferecer discussões de temas atuais apresentados por professores renomados em suas respectivas áreas.Também haverá apresentação de palestras técnicas, ministra-
Quaker Chemical e Houghton International serão integradas
das pelos interessados em exibir suas pesquisas e experiências. Para mais informações, acesse: www.senafor.com
A Quaker Chemical Corporation e a Houghton International Inc., empresas com longa história como fornecedoras de fluidos para os
Forjarias vencem prêmios da Mercedes-Benz
setores de forjaria e tratamento térmico, entre outras especialidades
Em evento realizado no dia 30 de Março, em sua fábrica de São
para as indústrias mundiais de Primary Metals e Metalworking,
Bernardo do Campo (SP), a Mercedes-Benz do Brasil anunciou os
anunciaram, em Abril, que acabam de assinar um acordo definitivo
fornecedores vencedores do 25º Prêmio Interação e do 7º Prêmio de
para integrar as empresas. Ambas, Quaker Chemical e Houghton
Responsabilidade Ambiental.
International, estão sediadas no estado da Filadélfia (EUA). “A integração proposta entre Quaker Chemical e Houghton
O prêmio de vencedor da categoria Especial foi conquistado pela Maxiforja Componentes Automotivos Ltda. Com sede em Canoas
International representa a próxima fase de nossa evolução, e perma-
(RS), hoje é uma das maiores forjarias do Brasil. Fornecedora de
nece fiel à visão de crescimento em nossas especialidades essenciais”,
componentes e sistemas para motores, transmissões e eixos, como
disse Michael F. Barry, Chairman e CEO da Quaker Chemical.
anéis, braços, flanges e yokes, a Maxiforja foi premiada, segundo a
De acordo com os termos do acordo, os acionistas da Houghton International receberão 24,5% de participação na empresa
Mercedes-Benz, especialmente pelo excelente trabalho desenvolvido. A ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda. venceu na
integrada, representando, aproximadamente, 4,3 milhões de ações
categoria Excelência Operacional em Logística. Sediada em Campo
da Quaker Chemical, recentemente emitidas e US $ 172,5 milhões
Limpo (SP), atua há mais de 57 anos no Brasil, tendo como espe-
em dinheiro.
cialidade o desenvolvimento e a produção de diversos forjados,
A empresa terá um dos mais amplos portfólios de produtos
como virabrequins, bielas,
para as indústrias de forjaria e tratamento de metais no mundo,
pistões e componentes de
composto de produtos especiais que incluem fluidos de confor-
suspensão e transmissão.
mação e forja, fluidos de remoção, fluidos de tratamento térmico, lubrificantes industriais e graxas, entre outros. Assim, a integração das soluções de produtos e ofertas de ser-
Para a relação completa com todos os vencedores, acesse: http://
viços da Quaker Chemical e da Houghton International permitirá
revistaforge.com.br/
que a nova empresa busque atender melhor aos clientes das in-
mercedes-benz-anuncia-
dústrias automobilística, aeroespacial, de equipamentos pesados,
-vencedores-premio-
metais, mineração, maquinário, naval, offshore e latas.
-interacao/.
12
- Abril 2017
Executivos da Mercedes-Benz e da Maxiforja
NOVIDADES Schuler teve um aumento de encomendas em 2016 na Alemanha
Kobe Steel inicia a produção de peças de titânio forjado para motores de avião A Kobe Steel Ltd., fornecedora japonesa de titânio e ligas de titânio, começou a fornecer material forjado de liga de titânio para eixos à IHI Corp., multinacional japonesa que atua em diversos segmentos, entre eles desenvolvimento de motores de aviões, máquinas industriais e estruturas metálicas. O material forjado certificado pela própria IHI será usado em motores de aviões comerciais fabricados pela General Electric. A Kobe Steel é responsável pelo desenvolvimento do processo para o material forjado usado nos eixos fabricados, e a sua empresa do grupo, a Japan Aeroforge Ltd. (JForge), executa a operação de forja. A JForge é uma joint venture da Kobe Steel, da Hitachi Metals e de várias outras empresas, estabelecida em Janeiro de 2011. Equipada com uma
Aquisições da Schuler vêm abrindo novos mercados para a companhia
prensa de forjamento hidráulico de 50.000 toneladas métricas, a JForge fabrica grandes componentes forjados utilizados em aeronaves.
As duas subsidiárias adquiridas pela Schuler AG em 2016 cimento e ganhos no primeiro ano. A empresa registrou forte
Gerdau Summit inicia produção de peças forjadas em SP
crescimento, principalmente nas novas encomendas (+17,6%) e
A Gerdau e as companhias japonesas Sumitomo Corporation e The
no backlog de pedidos (+13,5%).
Japan Steel Works (JSW) realizaram, em 28 de Março, cerimônia de
AWEBA e Yadon - já contribuíram positivamente para o cres-
Na apresentação das contas anuais da empresa em Göp-
lançamento da joint venture Gerdau Summit em Pindamonhangaba
pingen, na Alemanha, o CEO Stefan Klebert afirmou: "Estamos
(SP). O novo empreendimento terá capacidade produtiva de 50 mil
entrando no novo ano fiscal com uma boa perspectiva de novas
toneladas por ano, voltadas para atender o setor de energia eólica e
encomendas. A propensão de nossos clientes para investir em no-
as indústrias de açúcar e álcool, óleo e gás, assim como o segmento
vos equipamentos de capital aumentou, o mergulho em vendas
de mineração. Já estão sendo produzidas em Pindamonhangaba
e novas encomendas do início de 2016 está agora atrás de nós. O
peças forjadas para o setor de açúcar e álcool e cilindros de lamina-
ano passado também sublinhou que a nossa decisão de adquirir
ção para a indústria do aço e do alumínio. No entanto, a produção
o fabricante de ferramentas alemão AWEBA e o fabricante de
de peças para o setor eólico está prevista para começar no início de
impressoras chinesas Yadon estava estrategicamente correta. Am-
2018. A empresa espera crescer, até 2020, cerca de 70% a produção
bas as empresas abrem novos mercados para Schuler e estamos
de peças forjadas para o setor eólico, peças fundidas e forjadas para
fazendo progressos acima da média".
outros segmentos, e cilindros de laminação.
Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 13
PRODUTOS Amortecedor de Baixa Frequência
Prensas Hidráulicas
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Luxor Amortecedor de baixa frequência
A Luxor projeta e fabrica prensas hidráulicas para os mais varia-
Vibtech, com elevado amortecimento
dos segmentos. Possui uma linha bem ampla para as mais diversas
viscoso, provido de manta de elastô-
necessidades e aplicações, sempre acompanhando as novidades e
mero especial que dispensa a fixação
os avanços tecnológicos nos componentes hidráulicos e elétricos.
no equipamento e no piso por pro-
Utiliza válvulas hidráulicas monitoradas certificadas e sistemas
porcionar uma força de atrito sufi-
com servo-motores, garantido precisão e controle. Além disso, as
ciente para estabilizar a montagem.
prensas trazem outros benefícios, como economia elétrica, contro-
Com frequência natural de 3 a 4 Hz, pode ser aplicado em máquinas
le absoluto de velocidade e pressão. As prensas hidráulicas podem
que trabalham com deformação ou corte de material: prensas, guilhoti-
ser fabricadas em diversos tamanhos e opções de modelo e força
nas, máquinas rotativas; máquinas de laboratório: tridimensionais, ban-
chegando a até 3.000 toneladas.
cadas de ensaio, rugosímetros e equipamentos sensíveis como geradores
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elétricos, bombas de emergência, entre outros. www.vibtech.com.br
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A CONDAT é uma empresa internacional de origem francesa com
O software ELTA (ELectroThermal Analysis), da Synergetica,
mais de 160 anos de experiência no desenvolvimento e fabricação
permite o modelamento de processos de aquecimento por in-
de lubrificantes industriais. Há 15 anos com presença no Brasil e
dução para
fábrica localizada em São
as geometrias
Paulo (SP), atua com lubri-
mais utilizadas
ficantes para diversas áreas
através de uma
da conformação mecânica.
interface bastan-
Oferece uma completa
te intuitiva. Tem
linha de lubrificantes/
aplicação na indústria e também na área de ensino, permitindo
desmoldantes para o forja-
simulações que praticamente o equipara a um laboratório virtual
mento à quente e morno de materiais ferrosos, não ferrosos e ligas
para o ensino da disciplina de tratamento térmico.
especiais. Respeitando o meio ambiente e a saúde do trabalhador,
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mais exigentes.
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A Metalcoop produz componentes para transmissões e eixos de tração, como pinhões, engrenagens planetárias e solares, luveiras para eixo
Peças de Reposição
cardan, pinos, buchas e rolos para correntes mecânicas e outros forjados
Schuler
para a indústria metalúrgica através do processo de forjamento a frio ou
A Schuler oferece pronta assistência, sempre orientada a resul-
a morno. Além disso, a empresa presta serviços de corte de blanks, ser-
tados, quando seu equipamento necessita de reparo. Determina
viços de usinagem e tratamento térmico de metais. Focando no objetivo
quais peças de reposição são necessárias e trabalha para assegurar
14
- Abril 2017
de inovação e buscando diver-
uma resposta rápida. Uma garantia de entrega utilizando uma lista
sificar seu portfólio, atualmente
de peças previamente acordada, ou seu próprio estoque de peças
desenvolve novos itens com
em consignação, assegura disponibilidade de todas as peças de re-
simetrias, materiais e processos
posição e desgaste sem tempo de espera. Orientação ao cliente na
de fabricação diferenciados para
seleção de peças de reposição para ajudá-lo a operar mais eficien-
atender as necessidades específicas
temente. Um diferencial importante é que as peças de reposição se
de cada cliente.
encontram à pronta entrega, sem tempo de espera.
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14 : nova visualização para pré e pós-processamento; melhoria do
conformação de metais que fornece serviços com qualidade e
conceito operacional; cadeia de processos: interface para simulações
tecnologia ao setor metalmecânico. A qualidade e tecnologia de
de fundição; melhorias na base de dados de materiais; novo módulo
seus serviços é resultado de conhecimento e experiência em con-
soldagem por pressão; operações de rolagem incluídas no Hub de
formação de metais, aliado a tecnologia dos simulares de processos
conformação; maior precisão e performance. Conheça o portfólio
de conformação. Seu objetivo é possibilitar a qualquer empresa
completo no site da empresa. www.simufact.com
utilizar a tecnologia da simulação numérica no
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desenvolvimento de seus
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projetos sem a necessidade
Perfis em latão, barras maciças, redondas, quadradas, sextavadas,
da aquisição da licença
tubos redondos e tubos sextavados, e também de acordo com de-
do software de simulação.
senho e/ou especificações do cliente. Empresa brasileira com fabri-
Fornece serviços de consultoria
cação de conexões de hidrômetros através do processo de forja, o
assistido por simulação
que garante um melhor acabamento visual, resistência mecânica
numérica para: Avaliação
e alta eficiência contra va-
de Processo de Conforma-
zamento e estanqueidade. A
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16
- Abril 2017
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Realização
INDÚSTRIA 4.0 Anderson Soares
Indústria Brasileira Precisa Buscar Evolução 4.0
A
Internet das coisas, cloud computing, big data, customer experience, mobilidade e impressão 3D são tecnologias que estão revolucionando a indústria. Quem perder a nova onda perderá competitividade.
Isto é perceptível ao olhar o mercado mundial, no qual já se veem indústrias com máquinas de manufatura sofisticadas, integradas entre si, com diferentes sistemas de Tecnologia da Informação (TI) e infraestruturas de fábricas e escritórios em diferentes países.
“O processo de automação da Indústria 4.0 já é realidade e está promovendo uma nova revolução industrial nos EUA, na Europa e Ásia.” agiliza o retorno sobre o investimento. Outro entrave à adoção massiva é o custo elevado das solu-
Essa integração permite maior produtividade, agilidade e
ções, que pode ser contornado com implementações por etapas e
segurança cotidiana, além de significativa economia de tempo e de
parcerias sinérgicas com fornecedores. Destaca-se ainda a falta de
recursos em todas as etapas de seus processos. Tamanha eficácia
capacitação de profissionais e limitação das linhas de financiamento
operacional e estratégica possibilita o desenvolvimento, produção
disponíveis, que precisam ser resolvidos com maiores investimentos
e entrega de produtos e serviços mais personalizados aos clientes,
em educação, em todos os seus níveis, em especial educação técnica
uma experiência de consumo mais satisfatória e interessante.
e profissional, e por medidas econômicas, que ajudem o empresaria-
O processo de automação da Indústria 4.0, associado ao
do brasileiro a atravessar e superar a crise econômica atual.
potencial de inovação da manufatura aditiva (impressão 3D) e das
Atualmente, no Brasil, as indústrias que mais utilizam as
novas soluções de TI, já é realidade e está promovendo uma nova
tecnologias digitais e estão caminhando ao encontro do conceito
revolução industrial nos EUA, na Europa e Ásia. Mas só agora
4.0, são as indústrias de TI, produtos eletrônicos e óticos, de má-
começa a se desenhar no Brasil, que precisa competir globalmente
quinas, aparelhos e materiais elétricos, petroquímicas, máquinas
e recuperar-se do atraso. Algo que só se tornará viável com o cres-
e equipamentos, metalúrgicas e automotivas. Mas outros segmen-
cimento do número de indústrias que reconhecem a importância
tos começam a ver na prática os efeitos das tecnologias digitais
das tecnologias digitais (4.0) para sua competitividade.
para ampliar a capacidade de criação, de incremento à produção
Segundo estudo recente da CNI (Confederação Nacional da In-
e de ampliação dos negócios. A tendência é que os projetos de
dústria), 58% das empresas nacionais sabem da relevância de adotar
implementação cresçam, especialmente na área de impressão 3D,
as tecnologias 4.0 para diferenciar-se de seus concorrentes, e 73%
cujos resultados para as áreas de marketing, engenharia, design e
delas usam ao menos uma tecnologia digital para melhorar seus
produção são mensuráveis.
processos. Do total, 50% delas utilizam algumas destas tecnologias
A questão é que, principalmente em momentos econômicos
para reduzir custos e ganhar produtividade; 47% para desenvolvi-
críticos como o atual, os gestores precisam estar focados em inovar
mento da cadeia produtiva, e só 33% em novos produtos e negócios.
e garantir competitividade. Informem-se mais sobre as tecnologias
Para se ter uma ideia, muitas empresas ainda desconhecem o potencial da impressão 3D para gerar protótipos mais fidedignos e ba-
4.0, façam as contas e então constatarão que elas valem cada real de investimento.
ratos, que podem adiantar em meses a apresentação de produtos ao mercado, ou para manufaturar ferramentas finais, que tornam mais
Anderson Soares é formado em Engenharia e Gestão Estratégica de Ne-
eficazes as linha de produção e manutenção das fábricas. Ou seja, não
gócios. Iniciou sua carreira na Stratasys como especialista regional para
usam uma tecnologia disruptiva por puro desconhecimento.
toda a América Latina. Em Novembro de 2014, foi promovido à gerente
A indústria 4.0 só avançará no Brasil com a melhor dissemina-
de Negócios de Pós-vendas para a América Latina e no início de 2016
ção dos benefícios que as tecnologias proporcionam: maior pro-
passou a atuar de forma mais focada como gerente de Negócios somen-
dutividade, novos negócios, flexibilidade de criação, customização
te para o mercado brasileiro. Em Dezembro de 2016 passou a exercer a
da produção e agilidade no lançamento de novos produtos. Outros
função de gerente de Território da Stratasys no Brasil. Antes disso, o exe-
benefícios são acelerar a identificação de desafios e oportunidades
cutivo trabalhou como gerente de Território da Onyx Graphics por dois
e reduzir gargalos dos métodos tradicionais de fabricação, tornan-
anos e em funções de gerencia e especialista técnico em grades players
do mais rápido e assertivo o processo decisório e a inovação, o que
do mercado como HP, Kodak e Itautec-Philco por mais de dez anos. Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 17
AÇOS PARA FORJAMENTO
Shun Yoshida
Produtividade na Indústria de Forjamento
P
rodutividade é a palavra da moda
Apenas a título de exemplo, con-
do aço de qualidade inferior acarreta segu-
no Brasil, com todos os segmen-
siderando o custo do aço ferramenta
ramente maior quantidade de defeitos por
tos da economia ávidos pela sua
contribuindo com algo em torno de 40%
peça produzida, necessidade de redução do
evolução. Entretanto, a evolução
do custo total da ferramenta e preços dos
ritmo de produção, maior quantidade de
da produtividade, no sentido de melhorá-la
aços ferramenta próprios para aplicação
refugo, maior perda de tempo em manu-
não é algo que tem sido visto com frequência
para forjamento a quente, entre R$ 18/kg
tenções corretivas, gastos excedentes com
em nosso meio, particularmente nos mer-
e R$ 40/kg, diferença essa explicada pela
rebarbação, mais lubrificantes, em suma,
cados de ferramentas para conformação de
qualidade do aço em questão, temos uma
um custo muito maior se considerado o
metais, especialmente as forjarias.
diferença de desembolso, por parte do
todo. Tudo isso sem considerar as perdas
forjador, que pode ser bastante apreciável
de tempo com ferramentas retornando
em termos de valores absolutos, mas o uso
para reparos emergenciais (soldas, por
A Figura 1 ilustra a comparação entre produtividades (medidas pelo índice de evolução em termos de “produto por hora trabalhada”) de diversos países no período
Produtividade do trabalho* (Produto por hora trabalhada)
de 2008 a 2012. Os dados do gráfico parecem algo defasados no tempo, entretanto, nada nos leva
6,7
Coreia do Sul
a crer que tenha havido alguma melhora que seja nos cinco anos posteriores.
6,2
Taiwan
A Figura 1 não particulariza o segmento industrial de forjarias, mas considerando o estado financeiro das forjarias no Brasil, com fechamento de empresas tradicionais do setor e as demais sobrevivendo
Cingapura
4,4
Estados Unidos
4,4
Japão
3,1
Espanha
3,1
duramente à custa de reduções de jornada, demissões, lay-offs e todos os demais artifícios ditados pela lei da sobrevivência, leva-nos a concluir que também este segmento contribui para piora da situação geral. O sentido de produtividade, como “medida da produção por unidade de recurso
2,9
Alemanha 2,2
França 1,3
Austrália
consumido”, tem sido subvertido, ou no mínimo mal interpretado, uma vez que, via
1,1
Canadá
de regra, o padrão é considerar como recurso apenas o custo absoluto do ferramental, sem considerar as imensas perdas que são acarretadas pela, por exemplo, má escolha
0,8
Itália Brasil
0,6
do aço ferramenta (ou, no mínimo, pelo mais barato) em detrimento de variáveis tão ou mais importantes como qualidade do material produzido, quantidade de manutenções, ou a vida útil da ferramenta, em termos de quantidade de peças produzidas. 18
- Abril 2017
*Crescimento médio por ano entre 2002 e 2012 Fonte: CNI
Figura 1. Comparativo da evolução anual da produtividade entre diversos países no período de 2008 a 2012, ilustrando a posição relativa do Brasil, em termos de produto por hora trabalhada. O Brasil evoluiu apenas 0,6% no período, contra 6,7% da Coreia do Sul
AÇOS PARA FORJAMENTO
Shun Yoshida
“Produtividade, como ‘medida da produção por unidade de recurso consumido’, tem sido subvertido, ou no mínimo mal interpretado”
dos constitui valioso “driving force” para a procura por maior vida útil, consequentemente favorecendo o uso de aços de maior qualidade e resultados práticos, que é a escala de produção, continua por aqui muito baixa (e diminuindo), representando em muitos casos um entrave. Afinal, com nossa escala de produção contada
exemplo) ocupando o valioso tempo do ferramenteiro com ativi-
aos milhares, qual o sentido em usar um aço que pode levar a
dades que nem sequer deveriam ser consideradas rotineiras.
ferramenta para a escalas 100 vezes maiores?
Assim, se o uso de um aço inferior acarreta ganhos para um
Este é um fator que não será solucionado apenas por um “abrir
ferramenteiro, para o usuário da ferramenta essa prática leva
de olhos” da indústria de forjamento no país, mas uma pequena
fatalmente a um custo maior e, consequentemente, a uma perda na
contribuição, não para levarmos a ferramenta para centenas de
produtividade da cadeia produtiva como um todo.
milhares, mas talvez para uma ordem de grandeza abaixo, já seria
Claro fica que não se trata neste caso de ganância do ferra-
um grande ganho, contribuindo para reduções importantes de
menteiro, ou falhas morais deste que é, de fato e de direito, um dos
custos (desta vez considerado o todo), e consequentemente, para o
heroicos pilares da indústria brasileira, mas sim uma contingência
tão almejado aumento da produtividade.
de mercado, que faz com que o único critério real seja o já citado
Passos gigantescos são, em geral, caminho para “tombos
custo absoluto. Em outras palavras, desde que se gaste o mínimo
gigantescos”. Um pequeno passo a cada vez é caminho lógico e
possível com a ferramenta, ficamos todos satisfeitos. Será?
seguro para atingirmos essa meta, que deveria ser de todos:
Igualmente, claro fica que a busca pela redução de custo deve
aumentarmos nossa produtividade.
ser objetivo de todos, e realce-se a palavra “todos” - o custo da ferramenta deveria ser visto no seu todo, considerando todos os
Shun Yoshida é Engenheiro Metalurgista pela Escola Politécnica da USP,
fatores que posteriormente, em produção, serão prejudicados por
responsável pelo desenvolvimento de tratamentos térmicos na Hitachi
uma escolha “barata” no início.
High-Tech, com mais de 25 anos de atuação no mercado de tratamentos
Infelizmente, um fator que em outros países mais desenvolvi-
térmicos, particularmente ferramentas e processos em fornos a vácuo.
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(19) 3288-0437 Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 19
INOVAÇÃO
Mauro Moraes de Souza
Desafios em Cenário Macroeconômico Difuso
O
Brasil é um celeiro de contradições, porém não
propicia um salto tecnológico para níveis superiores na maratona
tiramos todo proveito de tal ambiente para a con-
competitiva. Empresas inovadoras mundiais já incorporaram a
quista de nossa posição no mundo. Com certeza, as
“falta de lógica” como nova forma de pensamento estratégico
organizações brasileiras poderão se beneficiar e asse-
antecipando-se aos seus competidores.
gurar o seu futuro por mudança dos seus padrões de pensamento, substituindo a abordagem do sucesso por inovações espontâneas ou acidentais pela lógica da “falta de lógica”; um modelo de pensamento ideal quando se deseja inovar num ambiente difuso. Vivemos a era da inovação. Forças são arregimentadas visando um mundo de ventura social, tecnológica e econômica, aproveitamento inteligente dos recursos naturais e entrega de novos
“O caminho da inovação leva à sobrevivência de longo prazo, porém a natureza deste conceito impõe desafios a todos” Como afirma o Prof. Dr. Gunther Herr: “Uma contradição é
valores com alto grau de aproveitamento para a sociedade. Ainda
uma situação de desespero que nos dias atuais buscamos resolver a
que a ciência venha trazendo contribuições inestimáveis para os
partir de pensamento mecanicista por meio de compromissos”[2 ].
modelos de gestão da inovação, observa-se no campo da aplicação a dificuldade das organizações para internalizar tal conceito no seu ambiente de trabalho.
A fuga do conflito pelo compromisso limita o processo criativo e afasta as organizações do seu sucesso de longo prazo. Para o Prof. Dr. Gunther Herr, “a inovação refere-se a uma
É consenso que o caminho da inovação leva à sobrevivência de longo prazo, porém a natureza abstrata deste conceito impõe desafios a todos. Inúmeras organizações adotam sistemáticas de
solução de desafios contraditórios, que é resolvida a partir de uma situação difusa e, em seguida, é aplicada com êxito na prática[3]. ” Vejamos como aplicar tais conceitos nos desafios do cenário atual
gestão da inovação sem sucesso face à concorrência. Conseguiremos
brasileiro e tomemos como exemplo responder à seguinte pergunta:
gerenciar ideias e resultados disruptivos, ou permaneceremos muito
Quais desafios deverão ser vencidos por parte das empresas do setor
próximos do comum? Inovar significa otimizar ou expandir as
automotivo quando da retomada do crescimento?
fronteiras do negócio? Sessões de “brainstorming” buscam preencher os funis de inovação com o máximo de ideias possíveis. Esta
Confira a segunda parte com a opinião de especialistas e as referências,
prática tem limitações quando a busca é de caminhos inovadores
exclusiva em nosso site, no link: http://revistaforge.com.br/desafios-
que tragam resultados financeiros confiáveis.
-em-cenário-macroeconômico-difuso/.
Observa-se uma lacuna estratégica, somente vencida quando se toma por base o uso de padrões de pensamento diferenciados na
Mauro Moraes de Souza é Engenheiro Metalúrgico e Mestre em Ciências em
superação de contradições.
Ciências dos Materiais pelo Instituto Militar de Engenharia, RJ, Brasil; com
Segundo o Prof. Dr. Herbert Pietschmann, nossa forma de
Doutorado em Conformação Mecânica pela Rheinisch-Westfälisch Tech-
pensar na busca e solução de problemas ainda segue padrões de
nische Hochschule Aachen, Alemanha. Possui MBA com menção honrosa
pensamento mecanicistas baseados na lógica aristotélica de busca
do College of Business da Ohio University, Estados Unidos; MBA Executivo
de soluções livres de contradições . Este conceito é expandido
em Gestão Empresarial pela FGV, SP, Brasil; Especialização em Mecânica
pelo Prof. Dr. Gunther Herr quando propõe que o processo de
Automobilística pela FEI, SP, Brasil; Especialização em Inovação Estratégica
inovação nas organizações se dê em três momentos caracterizados
pela WOIS Innovation School, Coburg, Alemanha e Especialização em
pela definição dos padrões de pensamento do ambiente de negó-
Gestão Estratégica da Inovação Tecnológica pela UNICAMP, SP, Brasil. Atuou
cios que definem a atual falta de competitividade, a expansão da
25 anos no setor de autopeças brasileiro ocupando posições de Diretor e
sua fronteira de atuação com a formulação de contradições chave;
Engenheiro-Chefe de Engenharia e de Pesquisa e Desenvolvimento. É o atu-
novas abordagens e questionamentos ilógicos que levem a desafios
al Diretor da Seção Regional Campinas da SAE Brasil, membro da Comissão
paradoxais limitadores da capacidade de inovação, e a solução do
de Transmissões da SAE Brasil e membro do Comitê Técnico do Congresso
paradoxo ou contradição .
SAE Brasil. É Professor no Centro Universitário FEI para a área de Engenharia
[1]
[2]
A adoção destes três momentos leva a soluções inovadoras e 20
- Abril 2017
Mecânica. E-mail: masouza@fei.edu.br.
APLICAÇÕES DO FORJAMENTO
Iris Bento da Silva
A Aplicação de Forjamento na Atualidade
O
s processos de fabricação, em geral, se subdividem em tensão ou temperatura. Os processos que têm temperatura acima da fusão são chamados de fundição ou soldagem; um processo de temperatura abaixo da
fusão, como exemplo, é o de sinterização. Os processos que possuem
“ O mercado das forjarias continua em ascensão. Além do aço, pode-se forjar titânio, alumínio, dentre outros”
tensão acima da ruptura são chamados de usinagem, resultam “cavaco”; os processos que estão abaixo da tensão de ruptura, passam
fundição recebe o metal no estado de fusão, através do vazamento
pela região elástica e plástica, são chamados conformação e possuem
em um molde, encerrando-se com a solidificação. No forjamento,
uma participação de 80% dos processos de fabricação, tais como:
a primeira maneira é a partir de um lingote de grandes dimen-
laminação, trefilação, extrusão, estampagem e forjamento.
sões forjado em prensa em matriz aberta. O segundo caminho, o
O processo de forjamento é realizado nas temperaturas a
forjamento em matriz fechada com rebarba procede de um tarugo
quente, a frio e a morno. O forjamento a quente pode ser aplicado
redondo ou quadrado, com peso leve, podendo-se forjar no siste-
em diferentes materiais. No caso do aço, atinge temperatura de
ma flashless, com ângulo de saída até trinta minutos. A escolha da
1250°C, abaixo da temperatura de fusão, ainda no estado sólido.
peça depende da engenharia do produto ao determinar a resistên-
Nesta temperatura ocorre restauração dos grãos permitindo maior
cia mecânica.
deformação. O forjamento a frio utiliza temperatura abaixo da
Se ocorrer defeito no forjamento, pode ser proveniente da
recristalização, que é aproximadamente metade da temperatura
aciaria, tais como segregação e inclusão ocasionando trincas
de fusão; nesse processo ocorre encruamento dificultando a sua
internas que podem levar à quebra da peça. O superaquecimento
deformação; muitas vezes exigindo a aplicação de um recozimento
no forjamento a quente pode apresentar estrutura dendrítica, que
intermediário. O forjamento a morno é realizado na temperatura
também proporciona quebra, apresentando dobras em função do
de recristalização, ou seja, no aço, aproximadamente a 750/800°C.
fluxo de forjamento. No forjamento a frio pode apresentar defeito
Os forjados atingem formas tão complexas quanto os fundidos com maior resistência mecânica. O forjamento a frio consegue
chamado chevron. O mercado das forjarias continua em ascensão. Os forjados
maior resistência mecânica em virtude do encruamento quando
podem ser aplicados na indústria automotiva, aeroespacial,
comparado com o forjamento a quente que, por sua vez, através
agrícola, eletrodoméstico, petrolífera, elétrica de alta tensão,
das suas linhas de fluxo que acompanham a geometria externa da
produtos médicos. Um carro possui mais de dez mil peças, mas
peça, é mais resistente que um laminado ou fundido. A limitação
uma grande parte delas é forjada a partir de aço carbono ou de
ao forjamento a frio está em materiais cujo carbono equivalente
suas ligas, tais como eixos de transmissões, engrenagens, virabre-
esteja por volta de 0,5. As deformações na extrusão a frio devem
quins, entre outras. Já as aeronaves, com mais de dois milhões de
seguir aproximadamente uma redução de 25% em cada estágio,
peças, têm como aplicação a relação alta resistência à ruptura
e a sua deformação total deve ser abaixo de 75%, caso contrário
associada ao baixo peso. Nesta indústria, além do aço, pode-se
deverá ser submetido ao recozimento.
forjar titânio, alumínio, dentre outros.
Os forjados possuem três formas de geometria: A) quando a relação do comprimento/diâmetro é menor do que um, são chamados
Iris Bento da Silva é engenheiro mecânico pela USP, mestre e doutor em
flanges, discos, engrenagens; B) quando a relação do comprimento/
engenharia mecânica e pós-doutor pela UNICAMP. Trabalhou por mais de
diâmetro é bem maior do que um ou maior do que três, são chama-
30 anos como executivo em empresas de autopeças. Foi diretor técnico
dos eixos, pinos, parafusos; C) quando o formato do forjado é do
do SINDIFORJA por mais de 15 anos. Também foi professor da Faculdade
tipo “paralelepípedo”, são chamados de não revolução. As geome-
de Engenharia Mecânica da UNICAMP. Atualmente, é membro da ABQ –
trias A e B são mais aplicadas no forjamento em prensa e recalcado-
Academia Brasileira de Qualidade e professor em engenharia mecânica,
ra (upsetter); as peças com geometria c concorrem com o processo
graduação e pós-graduação, na Escola de Engenharia de São Carlos da
de fundição. Por serem mais complexas, são forjadas em martelo.
Universidade de São Paulo (USP-EESC), São Carlos (SP), Brasil. Atua na área de
Como escolher o melhor processo: forjamento ou fundição. A
Manufatura, Conformação dos Metais, Lean Six Sigma, Qualidade. Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 21
CONFORMAÇÃO
Lirio Schaeffer
Aços Avançados de Alta Resistência - AHSS
N
os últimos anos tem
de aços. Na parte esquerda do mapa
aumentado a utilização dos
observa-se os aços laminados comuns e
ordem de 35 a 50%.
chamados aços avançados
os aços interstitial-free (IF), ou seja, aços
ao lado direito do gráfico, surgem os
de alta resistência (Advan-
que não possuem em suas composições
genericamente chamados aços de alta
ced High Strength Steels - AHSS). Esse tipo
elementos intersticiais como carbono,
resistência com tensão de escoamento da
de aço combina alta resistência mecânica
nitrogênio e oxigênio. Também nessa faixa
ordem de 200 a 550 MPa e alongamento da
com boa ductilidade e, até o momento, sua
estão os aços IFP (intersticial-free com
ordem 10 a 25%. Nessa faixa encontraram-
aplicação tem estado restrita à fabricação de
fósforo) e BH (bake-hardenable). Nos aços
-se os aços de baixa liga e alta resistência
produtos para a indústria automobilística.
HB, que possuem baixíssimo teor de car-
(High-Strength, Low Alloy - HSLA), os
A alta resistência desses materiais
bono (< 30 ppm), o fenômeno conhecido
aços C-Mn (carbono-manganês), e alguns
permite que sejam utilizados componentes
como envelhecimento por deformação é
aços Dual Phase (DP), Complex Phase
mais leves, o que implica na redução do
utilizado para aumentar a resistência do
(CP), Ferrítico-Bainíticos (FP) e TRIP
consumo de combustíveis e a consequente
material através da realização de uma etapa
(Transformation-Induced Plasticity).
redução da emissão de gases que contri-
de conformação a frio, seguida de um tra-
De uma forma geral, considera-se que
buem para o agravamento do efeito estufa.
tamento de envelhecimento a 150-200°C.
os aços de alta resistência são “avançados”
Mas, o que é exatamente um AHSS? O que
Esses aços têm a tensão de escoamento na
(AHSS) quando a tensão máxima de tração
faz um AHSS diferente dos aços conven-
ordem 100 a 200 MPa e alongamento da
é maior que 550 MPa. Nessa faixa encon-
À medida que se caminha em direção
cionais laminados e dos aços de alta resistência? O que torna esses aços assim tão “avançados”? Como eles são fabricados?[1]
Aços de baixa resistência
Inicialmente, considere a questão do desenvolvimento dos AHSS. Os aços
60
pela adição de elementos de liga aos aços
50
Um pouco mais tarde, os AHSS foram desenvolvidos combinando basicamente a composição química dos aços de alta
Alongamento (%)
nas décadas de 1960 e 1970 basicamente
to da resistência mecânica dos mesmos.
40 30 20
resistência com tratamentos termomecâni-
10
cos complexos, onde o material é subme-
0
tido a ciclos de aquecimento, manutenção,
Aços avançados de alta e ultra alta resistência
70
de alta resistência foram desenvolvidos
convencionais laminados para o aumen-
Aços de alta resistência
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Tensão de escoamento (MPa)
conformação mecânica e resfriamento visando atingir uma microestrutura que confira-lhes alta resistência mecânica combinada com alta conformabilidade. Mas o que pode ser considerada uma combinação adequada de alta resistência e alta ductilidade?
Aços interstisial free Aços laminados comuns Aços interstisial free com fósforo Aços bake-hardenable Aços carbono-manganês Aços de alta resistência e baixa liga
Aços DP, CP, FB Aços TRIP Aços TWIP Aços inoxidáveis austenítico Terceira geração dos aços avançados de alta resistência
A Figura 1 mostra o conhecido “mapa” ductilidade x resistência para várias classes 22
- Abril 2017
Figura 1. Mapa alongamento x tensão de escoamento para diferentes classes de aços
1600
CONFORMAÇÃO
Lirio Schaeffer
“Considera-se que os aços de alta resistência são ‘avançados’ (AHSS) quando a tensão máxima de tração é maior que 550 MPa.”
Apesar de sua excelente combinação de resistência e ductilidade, os aços TWIP ainda apresentam um custo relativamente elevado, devido ao alto teor de manganês, e um sistema complexo de fabricação[3]. Atualmente, encontra-se em desenvolvimento a terceira
tram-se muitos aços DP, CP, FP e TRIP, mas principalmente os
geração dos aços avançados de alta resistência. A pesquisa
aços martensíticos e os aços baixo carbono ao boro, considerados
direcionada para esse fim, tem o objetivo de preencher a lacuna
a segunda geração dos AHSS, com tensão máxima de tração de até
existente entre os aços AHSS convencionais (1ª geração) e os aços
1.000 MPa. Apesar da elevada resistência ao escoamento, esses aços
TWIP (2ª geração), buscando sempre excelente ductilidade com
possuem uma baixa ductilidade (cerca de 10% de alongamento).
alta resistência mecânica[2].
Isto dificulta a utilização dos mesmos pois exige técnicas especiais de conformação, como, por exemplo, a estampagem a quente.
Lirio Schaeffer é Prof. Dr. -Ing. Coordenador do Laboratório de Transfor-
Quando a tensão de escoamento ultrapassa os 1.000 MPa,
mação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, PPGEM, UFRGS,
costuma-se utilizar o termo aços de ultra alta resistência (ultra
Porto Alegre (RS), schaefer@ufrgs.br.
high strength steel - UHSS). Atualmente existem aços martensíticos e nanoestruturados que podem atingir tensões de escoamento
Co-autor Alberto Moreira Guerreiro Brito é engenheiro metalúrgico,
de até 1.500 MPa .
doutor em engenharia, pesquisador do Laboratório de Transformação
[2]
Todos esses aços são considerados a primeira geração dos AHSS.
Mecânica da UFRGS, tendo participado e coordenado projetos na área
Na parte superior da figura, à direita, tem-se os aços TWIP
de conformação mecânica de aços e ligas leves de uso aeronáutico.
(twinning-induced plasticity - plasticidade induzida por ma-
E-mail: brito@ufrgs.br.
clação), considerados a segunda geração dos AHSS. Esses aços apresentam uma tensão de escoamento entre 900 e 1300 MPa e um
Referências Bibliográficas
alongamento entre 45 e 65%. Quimicamente esses aços se caracte-
[1] http://www.worktruckonline.com/channel/truck-suppliers/article/
rizam pelo alto teor de manganês (15 a 30%), teores de alumínio e silício entre 2 e 4% e extra baixo teor de carbono (< 0,08%). Essa combinação de elementos produz um aço com estrutura
story/2012/09/steel-yourself-for-the-future-of-truck-bodies.aspx (consulta em 08/03/2017); [2] Carrie M. Tamarelli, C. M. AHSS 101 - The evolving use of advanced high-
exclusivamente austenítica, estável a temperatura ambiente, a qual
-strength steels for automotive applications. Steel Market Development
deforma-se basicamente por maclação, explicando a excepcio-
Institute, Southfield, 2011;
nal dutilidade do material. A deformação por maclação também
[3] Gorni, A. A. Aços avançados de alta resistência: microestrutura e pro-
encurta os deslocamento máximos possíveis para as discordâncias,
priedades mecânicas. Corte e Conformação, V. 12, n.44, dezembro, 2008,
o que leva ao aumento da resistência mecânica.
pp. 26-57.
Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 23
PESQUISA & DESENVOLVIMENTO
Ana Paola Villalva Braga
Parcerias de Sucesso entre Indústria e Pesquisa
C
omeço minha primeira coluna nesta revista fazendo uma apresentação minha e do tema que me propus a
Sendo o IPT um instituto variado nas capacidades e nos
desenvolver. Trabalho com pesquisa desde o final da
clientes, tive a oportunidade de trabalhar e conhecer algumas de-
faculdade. Sinto-me tão envolvida pelo assunto que é
mandas de empresas que procuram fazer pesquisa para melhorar
um exercício interessante tentar olhar como se parece pelo lado de
seus produtos ou processos. Em meio a alguns casos de sucesso
fora. A visão que as outras pessoas têm do P&D, das universidades e
incontestável, como posso citar a parceria do Centro de Tecnologia
dos institutos de pesquisa às vezes é bem distante daquela de quem
em Metalurgia e Materiais com a CBMM, com a Gerdau e com a
está do lado de cá. É como olhar para uma foto sua feita por um
Petrobrás, as expectativas de um novo cliente quando chega aqui
fotógrafo desconhecido, de um ângulo que pode não ser aquele que
são sempre grandes, mas às vezes grandes demais.
você sempre achou o mais fotogênico. O que pretendo fazer, então, é despertar interesse pelo ambiente
Encontrar o Material Perfeito
em que eu vivo e vivencio diariamente a quem às vezes o conhece
Não dá para fazer magia com escolha de uma liga para trabalho.
através de um retrato mal feito.
Quando se deseja uma lista de propriedades físicas, mecânicas,
Meu nome é Ana Paola Villalva Braga, sou engenheira de
térmicas, elétricas, magnéticas, etc. com restrições de fornecedores,
materiais, mestre e doutoranda em Engenharia Metalúrgica e de
de custo e de processo, não se tira da cartola a composição química
Materiais pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
ideal para a sua necessidade.
Atuo como pesquisadora assistente no Laboratório de Pro-
O conhecimento da Ciência sobre os elementos de liga, intera-
cessos Metalúrgicos do Centro de Tecnologia em Metalurgia e
ção entre eles, etapas de transformação de fase, propriedades etc.,
Materiais do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São
ainda é muito incipiente para alguns materiais.
Paulo (IPT). Meu ramo de especialização é conformação mecânica
O pesquisador pode te ajudar a testar e escolher uma ou uma
de metais e mecanismos de desgaste de ferramentas de conforma-
série de ligas que poderiam ser escolhidas e/ou desenvolvidas para
ção a quente. Além dessa área, o CTMM (Companhia Brasileira de
a sua necessidade, mas isso leva tempo e necessita de uma série de
Metalurgia e Mineração) trabalha ainda com consultoria, ensaios
testes. É preciso muita dedicação de quem faz e paciência de quem
e análises em siderurgia, refino, fundição, metalurgia do pó, trata-
aguarda o resultado.
mento de minérios, corrosão e proteção. Em minha atuação profissional, desde fevereiro de 2008, tenho
Otimizar o Processo
participado de projetos de desenvolvimento de processos e produ-
Ninguém conhece tanto do seu processo como você. Você partici-
tos de materiais ferrosos e não-ferrosos, aplicados em atividades
pou da compra dos equipamentos, do setup, da contratação e do
de pesquisa, desenvolvimento e inovação (PD&I) e prestação de
treinamento da sua equipe, da contratação de fornecedores e da
serviços à indústria nas áreas de caracterização e análise de falhas e
venda e suporte aos seus clientes. Se a orquestra está desafinada,
desgaste, conformação mecânica, ferramentas, tratamentos térmi-
dificilmente um terceiro conseguirá afinar o seu piano sem que
cos, fundição, metalurgia do póinstitutos e elaboração de ligas. do Brasil e O IPT é um dos maiores de pesquisas
toda essa curva de aprendizado aconteça primeiro. O pesquisador
conta com laboratórios capacitados e equipe de pesquisadores
pode ajudar com base na literatura, nas boas práticas industriais
e técnicos altamente qualificados, atuando basicamente em quatro grandes áreas - inovação, pesquisa & desenvolvimento; serviços tecnológicos; desenvolvimento & apoio metrológico, e informação & educação em tecnologia. Por meio de doze centros tecnológicos, atua de forma multidisciplinar, contemplando os mais diversos segmentos como energia, transportes,
ou na experiência pessoal. Mas, ainda assim, deverá haver um intenso trabalho de gestão dentro da sua empresa para que as soluções indicadas sejam bem executadas e deem resultado. Bater o Martelo Escolher entre dois fornecedores? Entre 2 aços? Entre 2 tratamentos térmicos? Duas rotas de produção? 2 mercados? Um instituto
petróleo & gás, meio ambiente, construção civil, cidades, saúde
imparcial dificilmente fará essas escolhas para a sua empresa. Serão
e segurança. Conheça o site: www.ipt.br.
feitas as análises cabíveis e necessárias para a comparação, mas
24
- Abril 2017
PESQUISA & DESENVOLVIMENTO Ana Paola Villalva Braga
quem irá “bater o martelo” será a sua equipe. É importante que
Faço o convite à comunidade acadêmica e aos demais insti-
quem receba os resultados tenha capacidade de decisão dentro da
tutos de pesquisa brasileiros para que me mandem seus casos de
empresa, pois as consequências dela também serão suas.
sucesso, suas histórias de parceria com indústria, suas modalidades de fomento à pesquisa disponíveis. Convido também ao empresá-
Vantagens Financeiras
rio e ao colaborador de empresas que têm histórico positivo com
Sejamos realistas. Quanto custaria, dentro da sua empresa, deslocar
esse tipo de projeto, para contar sua história neste canal.
4 ou 5 especialistas, 3 máquinas e 1 laboratório para dedicar 100%
Juntos vamos tentar mudar a visão do empreendedor brasileiro
do tempo, durante 2 anos, a resolver um problema específico com
desse ramo nada fácil que é o forjamento, e mostrar que dá para
expectativa de sucesso discutível? O instituto de pesquisa tem a equi-
investir em pesquisa e que os resultados podem valer muito a pena.
pe, os equipamentos e o laboratório para oferecer, mas obviamente
Vamos contornar a crise e sair ganhando!
os custos serão equivalentes. É claro que é complicado abraçar esse risco, pois e se não der certo? E se der certo, a vantagem fica com
Ana Paola Villalva Braga é engenheira de materiais, mestre e doutoranda em
quem? Para isso, existem as inúmeras formas de fomento e incenti-
engenharia metalúrgica e de materiais pela Escola Politécnica da Universi-
vos fiscais disponíveis para as empresas, institutos e universidades.
dade de São Paulo, especializada em conformação mecânica de metais e
Saber como financiar a sua pesquisa e como discutir propriedade
mecanismos de desgaste de ferramentas de conformação a quente. Atua
intelectual é fundamental para decidir um bom escopo de projeto.
como pesquisadora no Laboratório de Processos Metalúrgicos do Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais do Instituto de Pesquisas Tecnológicas
Conclusão
do Estado de São Paulo (IPT). Em sua atuação profissional, tem prestado
O que eu espero, ao longo das próximas edições, é mostrar o mun-
serviços de desenvolvimento de processos e produtos de materiais ferrosos
do real das parcerias entre indústria e a pesquisa. O que foi feito,
e não-ferrosos, aplicados em atividades de pesquisa, desenvolvimento e
quais eram as ideias no começo, que tipos de problemas foram
inovação e prestação de serviços à indústria nas áreas de caracterização e
enfrentados, de onde veio e para onde foi o dinheiro investido,
análise de falhas e desgaste, conformação mecânica, ferramentas, tratamen-
quem se beneficiou com as novidades etc.
tos térmicos, fundição, metalurgia do pó e elaboração de ligas.
Conferência Internacional
Novos desenvolvimentos na Tecnologia de Forjaria A conferência internacional “Novos Desenvolvimentos na Tecnologia de Forjaria” (New Developments in Forging Technology) está sendo organizado pela Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH Stuttgart (FGU). Cerca de 300 engenheiros de companhias e universidades são esperados no evento. Durante os dois dias de evento, os participantes terão a oportunidade de se juntar a debates que discutirão a forjaria em seu estado de arte e as tendências futuras na conformação de metal e seu impacto nas futuras atividades de pesquisas e desenvolvimento. Experts com experiência internacional de universidades e da indústria apresentarão pesquisas, tudo para proporcionar um ambiente com a mistura adequada de know-how técnico e teórico. Nos tours guiados às companhias, no jantar da conferência e em outros eventos, você terá a oportunidade de rever velhos e bons amigos e também de fazer novos. Nós estamos ansiosos para lhe conhecer, assim como seus colegas e amigos em Fellbach. As apresentações serão em inglês ou alemão com traduções simultâneas. Os procedimentos para a conferência também estão publicados em inglês e alemão. - Aberturas estratégicas de forjarias internacionais - Simulação de processos de fabricação - Novos aços para futuros produtos forjados - Materiais e fabricação de matrizes - Internet of Things (IOT) nas tecnologias de forjamento - Jovens empresários Não perca a oportunidade de visitar forjadores locais!
15 a 17 de Maio de 2017, Schwabenlandhalle Fellbach, Alemanaha
Cadastro e mais informações: www.ifu.uni-stuttgart.de
Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 25
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Alisson Duarte
Elementos Finitos, Como Assim?
H
oje é difícil encontrar algum profissional da área de
pontos na Figura 1 B) e, finalmente, representada apenas pelos pontos
processos metalúrgicos de fabricação que desconheça
na Figura 1 C). Esses pontos são também chamados de “nós”. Na
o termo “Elementos Finitos”. Basta alguém dizer algo
realidade, quanto mais nós forem utilizados, melhor será a representa-
como “esse processo foi simulado pelo Método dos
ção da geometria. A Figura 2 exemplifica muito bem como um maior
Elementos Finitos” para que ele seja imediatamente compreendido. Mas
número de nós pode ajudar na precisão da representação geométrica,
será mesmo? Será que quem escuta dizer esse termo realmente compre-
sendo que a Figura 2 C) exibe uma maior quantidade de nós e uma
ende do que se trata, ou apenas entende que por “mágica computacio-
geometria mais próxima da realidade.
nal” é possível prever se uma determinada operação é viável ou não? Enfim, qual seria então a proposta do MEF, o Método dos Ele-
Uma vez definidos os nós, é possível fazer uma ligação entre ambos formando figuras menores e simples. Essas figuras juntas são
mentos Finitos? Basicamente, entende-se que é muito mais simples
denominadas “elementos”, dispostas em uma quantidade defini-
calcular esforços e repostas em geometrias básicas, como um quadra-
da (finita) e representando uma peça qualquer. Todos esses nós
do ou um triângulo, para modelos bidimensionais (2D), ou um cubo
e elementos juntos formam o que pode ser chamado de “malha”.
ou tetraedro, para modelos tridimensionais (3D), do que em geo-
Portanto, o software calcula esforços e respostas em cada elemen-
metrias grandes e complexas, como uma biela forjada, por exemplo.
to, interligando todos eles matricialmente, resolvendo através de
Construindo uma linha de raciocínio que nos permita compreender
formulações diretas ou não, sendo capaz de fornecer resultados para
a aplicação do método, é possível aceitar que uma geometria, seja ela
uma determinada peça como um todo. As malhas podem ser gros-
bidimensional ou tridimensional, possa ser representada por pontos.
seiras, poucos nós e elementos, como na Figura 3 A), ou refinadas,
Isso mesmo. Vários pontos distribuídos em um espaço e que, em con-
muitos nós e elementos como mostra a Figura 3 B).
junto, representam a área ou o volume da geometria de um tarugo,
Ainda, uma malha pode ter uma densidade variável, conforme
por exemplo. A Figura 1 ajuda a entender essa linha de raciocínio. A
mostrado na Figura 3 C), visando melhor representar resultados em
Figura 1 A) mostra uma geometria qualquer, sendo preenchida por
regiões mais complexas. Enfim, quanto mais refinada uma malha,
A)
B)
C)
Figura 1. A) Geometria bidimensional B) definida e C) representada por pontos/nós (Duarte et. al,“Aspectos de Influência na Simulação Computacional da Conformação Mecânica baseada no Método dos Elementos Finitos”, 36º SENAFOR, 2016)
A)
B)
Figura 2. Influência da quantidade de nós: A) geometria completa mostrando B) o detalhe do seu contorno; e uma C) representação com maior quantidade de nós (Duarte et. al,“Aspectos de Influência na Simulação Computacional da Conformação Mecânica baseada no Método dos Elementos Finitos”, 36º SENAFOR, 2016)
26
- Abril 2017
C)
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Alisson Duarte
Nó Tarugo sendo recalcado
Elemento
A)
B)
C)
Figura 3. Representação virtual de um tarugo cilíndrico, a ser recalcado, através de uma malha: A) discretização com poucos elementos e B) com muitos elementos; C) discretização de peça em etapa intermediária de forjamento com densidade de elementos variável para diferentes regiões da peça (Duarte et. al,“Utilização de Dados sobre Materiais em Simulações Computacionais de Conformação Mecânica”,35º SENAFOR, 2015)
Eventos Técnicos nas áreas de Metalurgia e Processos Térmicos
Plano de simetria
Plano de simetria
» Seminários, Cursos e Treinamentos Pontos de medição do perfil
Figura 4. Parte de uma engrenagem obtida via simulação visando a medição do seu perfil geométrico (Duarte et. al,“Investigação da Influência do Material na Precisão Geométrica de Engrenagens Forjadas a Frio”,35º SENAFOR, 2015)
» Cursos Internos no Grupo Aprenda » Eventos no formato In-Company
mais precisos e realísticos são os resultados obtidos. Entretanto, maiores refinamentos
Alisson Duarte é consultor técnico da SIXPRO
implicam em maiores quantidades de
Virtual&Practical Process Ltda., empresa espe-
cálculos e tempos mais longos de simulação
cializada em simulação computacional. Profes-
computacional. De maneira similar, a Figura
sor adjunto do Departamento de Engenharia
4 exemplifica o uso de elementos tridimen-
de Materiais da UFMG e professor adjunto do
sionais para a representação de parte de uma
Departamento de Engenharia Metalúrgica
contato@grupoaprenda.com.br
engrenagem, refinando a sua malha na região
da PUC Minas. Ele pode ser contatado em: alisson@sixpro.pro. Site: www.sixpro.pro.
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de interesse.
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Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 27
LUBRIFICANTES
Henri Strasser
Lubrificante de Matriz VII: O Retorno às Origens
N
a primeira coluna desta série, dissemos que a origem do lubrificante de matrizes está na inven-
to superficial das peças forjadas. Em diversos processos de forjamento a quente e em prensas
ção do DAG (Defloculated Acheson Graphite)
automáticas de alta velocidade tais como: soquetes de ferramentas
por Edward Goodrich Acheson, há mais de 100
manuais, ponteiras em geral, peças de transmissão de motos.
anos quando Thomas Edison encomendou uma solução para a trefilação do tungstênio do filamento da lâmpada incandescente
Forjamento a Morno
que estava inventando. Sabendo da extrema severidade do proces-
Para redução da carepa, foi desenvolvido o forjamento a morno
so, Acheson escolheu fazer uma grafitização completa de carvão
com temperaturas do billet abaixo de 900°C. Nesta temperatura a
vegetal e obteve um grafite sintético de altíssima pureza numa
tendência de oxidação do aço aquecido é bastante reduzido, possi-
granulometria ao redor de 1µm.
bilitando peças forjadas com menor sobre-metal e necessidade de
Não há registros de onde ele tirou a ideia do sistema de dispersão das partículas de grafite em água que ele usou no DAG,
usinagem reduzida, conhecido como near net forging. Foi utilizado o lubrificante de grafite sintético como lubrifi-
mas foi perfeito, com uma temperatura de molhamento altíssima
cante de matriz e como billet coating, um invólucro impermeável
e uma cobertura excepcional, tornando possível a trefilação do
de alta temperatura para evitar/reduzir a formação de carepa. Em
tungstênio e a conclusão do invento de Edison. Vale dizer que este
ambos os casos, o lubrificante diluído é jorrado sobre as matrizes
produto continua sendo usado pelos fabricantes de filamentos
e sobre os billets antes do aquecimento. A boa estabilidade da
pelo mundo na sua fórmula original. Logo se viu que este produto
dispersão de grafite sintético, mesmo em situação diluída, garantia
seria muito útil para os demais processos de conformação de
um bom desempenho do banho de recirculação.
metais a quente. Inicialmente, o sistema de aplicação utilizado foi o mesmo
Nos anos 70, Aqui no Brasil
da trefilação do tungstênio: um sistema de recirculação usado
O lubrificante de grafite sintético era importado e naquela época o
normalmente na aplicação de fluido refrigerante em usinagem.
governo brasileiro baixou medidas para restringir as importações,
Um tanque de armazenagem e uma bomba que bombeia o líquido
atingindo diretamente os usuários deste produto que tiveram que
para o ponto de uso. Debaixo da prensa um coletor de lubrificante
procurar outras alternativas. A alternativa ao grafite sintético, de
escorrido o levava para um tanque inferior. Uma bomba recircula-
alta pureza, era o grafite natural, de pureza menor e principalmen-
va o lubrificante escorrido para o tanque de trabalho. Este sistema
te de granulometria bem maior, já que a redução do tamanho das
ficou conhecido como flooding.
partículas seria antieconômica e encareceria o produto.
Acredita-se que as propriedades do lubrificante com grafite
Assim, as forjarias limitaram o uso do lubrificante de grafite
sintético eram tão extremas que a mistura com o lubrificante
sintético a casos especiais e passaram a usar o lubrificante de grafi-
usado não diminuía o seu desempenho. O lubrificante de grafite
te natural nas outras operações de forjamento mais simples.
sintético se adequou perfeitamente desde os sistemas mais primitivos até modernos sistemas de pulverização de atomização externa. A única referência é que havia, sem dúvida, uma enorme diferença entre usar ou não usar o lubrificante. Por exemplo, num processo em que, tradicionalmente, não
Nos casos onde os benefícios com o uso do lubrificante de grafite sintético passaram a não se tornar mais visíveis, palpáveis ou mensuráveis, principalmente no forjamento a quente tradicional, em pequenas prensas excêntricas, prensas de parafuso e martelos, com tempos de ciclo relativamente longos começaram
se usava lubrificante nenhum, um forjamento em martelo de um
a ser preferidos produtos mais simples, com grafite natural com
alicate universal, a vida de matriz, de 2.500 peças, passou a 25.000
purezas menores e moídas por menos tempo a granulometrias
com este lubrificante. Onde havia o monitoramento da força de
mais grossas, dentro da filosofia “também funciona”.
prensagem notava-se uma redução considerável, garantindo ao equipamento uma melhor preservação. A fácil maneira de encher a gravura possibilitava a redução do peso do billet ou do tarugo, resultando num excelente acabamen28
- Abril 2017
Custo x Benefícios Em empresas onde os argumentos econômicos custo conseguiam se sobrepor aos argumentos técnicos (benefícios), os forjadores
LUBRIFICANTES
Henri Strasser
precisaram se adaptar às novas condições oferecidas pelos lubrifi-
bom poder de cobertura no lubrificante se este não é capaz de
cantes de grafite natural. Pouco a pouco, os lubrificantes de grafite
formar camada a altas temperaturas.
natural foram conquistando processos mais exigentes e prensas
Por isso, primeiro temos que formar a camada.
maiores. Também tem que ser considerado que, uma vez acostu-
Se não houver tempo disponível para a refrigeração das matrizes
mados ao superior desempenho do grafite sintético fica difícil de
para que a temperatura chegue na temperatura de molhamento do
provar porque ele é tão bom e merece ser pago tão caro.
lubrificante, ele terá que formar camada naquela temperatura alta.
E devido a unidades de aquecimento antigas, máquinas de forja-
O desenvolvimento de sistemas de pulverização de atomização
ria com necessidade de recuperação de energia, havia tempo no ciclo
externa facilitou o trabalho para todos lubrificantes. Sistemas de
de forjamento para se aplicar o lubrificante e refrigerar as matrizes.
diluição automática possibilitaram a parametrização das diluições
Em todos estes processos já havia se instalado a prática da apli-
e a utilização de diluição customizadas por peça forjada.
cação de lubrificante através de sistemas de pulverização manuais, o que, sem dúvida era mais propício ao grafite natural.
Grafite Sintético Acessível
Novos métodos de planejamento de produção reduziram os
Há pouco tempo, o grafite sintético, que era de uso exclusivo, pas-
estoques, o que levou ao forjamento de lotes menores, em geral
sou a ser oferecido para o mercado por preços mais interessantes.
bastante abaixo da vida útil das ferramentas o que mascarou a verdadeira vida útil, um dos principais argumentos de uso de um lubrificante de grafite sintético.
O sistema de dispersão artesanal foi substituído por dispersantes químicos disponíveis no mercado. Hoje, temos um lubrificante de matriz de grafite sintético com um desempenho excepcional a um custo interessante.
Há 15 Anos
Ou seja, um caso claro de custo/benefício.
Face ao “sucesso econômico” dos lubrificantes de grafite natural e ao “esquecimento” dos benefícios do lubrificante de grafite sinté-
Benefícios do Uso de Lubrificantes de Grafite Sintético
tico, começou-se a procurar uma forma de deslocar o lubrificante
• Menor consumo de lubrificante (com menos, faça mais);
de grafite sintético em processos onde ainda tinha que ser usado. Descobriu-se uma forma de reduzir o tamanho das partículas de
• Vidas mais longas de ferramental, necessidades de reparação são postergadas;
grafite natural de forma econômica abaixo de 10µm, mas, claro
• Desempenhos excelentes do processo, maior produtividade;
com um sobrepreço do grafite, era o grafite natural semi-coloidal.
• Qualidade ótima das peças forjadas. Excelente capacidade de
Hoje, esta granulometria já está disponível no mercado.
cópia da gravura; • Baixos coeficientes de atrito das camadas permitem ótimo
Volume Maior de Grafite Natural Uma experiência interessante foi realizada há alguns anos. Numa prensa automática de alta velocidade que sempre trabalhou com lubrificante de grafite sintético, tentou-se usar grafite natural com
fluxo metálico e rápido preenchimento da gravura da matriz; • Economia de matéria-prima devido ao melhor enchimento; • Os baixos coeficientes de atrito permitem baixas forças de prensagem poupando o equipamento de conformação.
tamanho de grãos 3x maior (semi-coloidal). Embora tenha-se conseguido uma vida de matriz equivalente,
Conclusão
foi necessária uma quantidade 3x maior, o que acabou tirando
O lubrificante inventado há 110 anos para viabilizar a lâmpada
a vantagem econômica do grafite natural. A grande quantidade
incandescente já possuía os atributos necessários e suficientes para
deste lubrificante recirculando pela prensa e a forte tendência
atender forjamentos de alta velocidade de peças near net e net
de sedimentação do grafite natural entupiu as saídas e o enorme
shape de hoje em processos de forjamento a quente e a morno.
build-up causou tempos de parada para limpeza. Esta proporção
Pode, perfeitamente, substituir lubrificantes de grafite natural
(quantidade 3x maior) foi confirmada em diversos outros testes de
semi e não coloidal com enormes vantagens. Não requer nenhuma
substituição. Mais do que um substituto do grafite sintético, o gra-
modificação/adaptação do sistema de lubrificação, apenas peque-
fite semi-coloidal é uma alternativa interessante ao grafite natural
nos ajustes reversíveis.
não coloidal com um desempenho intermediário.
Por isso, o retorno às origens.
Mais Considerações
Henri Strasser é engenheiro e sócio-diretor na Strasser Consultoria de
Não adianta colocarmos o melhor grafite que proporcione um
Projetos LTDA. Ele pode ser contatado em: henristrasser@uol.com.br. Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 29
>>> Simulação e Modelagem
Análise do Comportamento das Deformações e Tensões do Forjamento através da Simulação Numérica Fábio Junkes Corrêa - UFRGS, Porto Alegre (RS) Lirio Schaeffer - UFRGS, Porto Alegre (RS)
C
M
Durante a deformação plástica de um material metálico causada pelo forjamento, os valores de deformações e tensões se comportam de forma distintas, dependendo da região analisada. Realizou-se, através da simulação numérica pelo Método dos Elementos Finitos, o ensaio de compressão em uma amostra padronizada, analisando o comportamento das deformações e das tensões. Constatou-se que as regiões de maiores valores de deformações equivalentes e de tensões na direção z foram encontradas nas regiões internas e, menores valores, nas regiões periféricas.
E
xperimentos práticos são largamente empregados nos
for subdividido, mais informações de deformações e tensões serão for-
estudos de forjamento em laboratórios com o propósito
necidas pelo programa (WANG, 2011; KOUBAAA, 2011).
de estimar a força necessária para forjar os materiais, dependendo da caracterização do material e de suas di-
Durante a aplicação de uma força mecânica em um determinado corpo, ocorrem deformações que podem se apresentar de formas dife-
mensões, podendo requerer, relativamente, muita ou pouca força para o
rentes dependendo da região do corpo. Tomando como base um corpo
forjamento. A simulação numérica complementa os estudos mostrando
cilíndrico, apresentadas nas Figuras 1 e 2, durante sua deformação cau-
os valores de deformações e tensões que experimentos práticos não são capazes de mostrar, pois em uma porção de matéria há diferentes valores de deformações e tensões. Há diversos programas de simulação numérica que se diferenciam conforme os métodos de execução e os resultados desejados. A escolha do programa adequado pode ser determinada conforme as necessidades específicas requisitadas. No forjamento, normalmente é utilizado o Método dos Elementos Finitos (FEM). Para poder operacionar o simulador, é preciso considerar os principais parâmetros e as melhores condições presentes nos programas para analisar suas influências (HARTLEY, 2006; BEDNAREK, 2008). No programa de simulação numérica, a força é aplicada na direção de atuação da ferramenta, a qual está conectada ao atuador da prensa, causando o forjamento do material. O curso da ferramenta é dividido em estágios durante o forjamento, sendo que em quanto mais estágios 30
- Abril 2017
Figura 1. Zonas de deformação. Fonte: Hensel; Spittel (1978)
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>>> Simulação e Modelagem
sada pela compressão, existe a região I denominada de região morta em F
função de não apresentar deformações significativas, a região III deno-
Zona morta
minada de região de abaulamento, onde são encontradas as deforma-
Efeito de barril
ções intermediárias, e a região II onde são encontradas as deformações mais intensas (HENSEL, 1978; MARTINS, 2005). Neste trabalho, o estudo das deformações equivalentes e das tensões na direção z tem o objetivo de identificar as diferenças entre as regiões
1 H0
encontradas resultantes da simulação numérica.
2
Material e Métodos
3
h
1
Para a realização da simulação numérica da compressão do corpo de prova, utilizou-se o software Simufact.Forming 12.0 pelo Método dos Elementos Finitos. A compressão consiste no deslocamento da
Figura 2. Zonas de Deformação Fonte: Martins (2005)
ferramenta em direção ao corpo de prova e, a partir do contato entre
1mm, formando uma malha com 2.356 elementos finitos.
a ferramenta e o corpo, o material é deformado até atingir 40% da altura inicial.
Resultados
Os dados de entrada para a simulação numérica estão mos-
Com base na simulação numérica pelo Método dos Elementos Finitos,
trados na Tabela 1. Os parâmetros térmicos, como o coeficiente de
obtiveram-se os valores das deformações equivalentes e das tensões na
transferência de calor referente ao meio ambiente e referente à peça,
direção z resultantes da compressão do corpo. Em um corte longitu-
foram determinados conforme estão indicados no programa. O en-
dinal, como apresentado na Figura 3, as deformações equivalentes são
saio foi procedido à temperatura ambiente, usando o aço SAE 4140
mostradas diferenciando os valores conforme a tonalidade das cores.
para o corpo de prova e o aço ferramenta H13 para as ferramentas.
Da mesma, forma na Figura 4, através de um corte longitudinal,
O atrito interfacial estabelecido entre a peça de trabalho e as fer-
é possível diferenciar a distribuição das tensões na direção z confor-
ramentas, encontrado na biblioteca do software Simufact para forjamento a frio de ligas metálicas, foi de 0,3. O atrito é consideravelmente
me a tonalidade das cores. Observa-se que as regiões com coloração direcionadas do verde
baixo, em função de se tratar de um processo de forjamento a frio,
ao azul apresentam menores valores de deformações equivalentes,
onde o coeficiente de atrito é menor comparativamente ao forjamento
enquanto que as regiões com tonalidades direcionadas do verde ao
a quente. Para a execução da simulação computacional, foi criada uma
amarelo apresentam maiores valores de deformações equivalentes.
malha no tarugo cilíndrico (Ø20 x 30 mm) com elementos finitos de
No resultado das tensões na direção z são apresentados valores ne-
Efeito plastic strain 1.750 1.641 1.422 1.203 0.984 0.766 0.547 0.328 0.109 0.000 Máx. 1.750 Min. - 0.000
Figura 3. Distribuição de deformações equivalentes
32
- Abril 2017
>>> Simulação e Modelagem
Efeito plastic strain 500.000 468.750 406.250 343.750 281.250 218.750 156.250 93.750 31.250 0.000 Máx. 50.000 Min. - 0.000
Figura 4. Distribuição de tensões na direção z Tabela 1. Dados de entrada
Atrito interfacial entre as ferramentas e a peça
0,3
-
Temperatura das ferramentas
30
ºC
1.100
ºC
H-13
-
SAE 4140
-
Temperatura da peça Material das ferramentas Material da peça
gativos por se tratar de tensões compressivas, observando-se maior intensidade nas regiões mais azuladas.
13–20, 2008; [2] HARTLEY, P.; PILLINGER, I. Numerical Simulation of the forging process. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Volume 195,
Conclusão Comparando a distribuição de deformações e tensões encontradas no embasamento teórico com os valores das deformações equivalentes e tensões na direção z resultantes da simulação numérica, obser-
Issues 48–49, Pages 6676-6690, 2006; [3] HENSEL, A.; SPITTEL, T.: Kraft- und Arbeitsbedarfbildsamer Formgebungsverfahren. Deutscher Verlagfür Grundstoffindustrie, Leipzig 1978; [4] KOUBAAA, S.; OTHMANA, R., ZOUARID, B., BORGIB, S. Finite-element
vou-se que as deformações e tensões seguiram a mesma tendência,
analysis of errors on stress and strain measurements in dynamic tensile
destacando maior intensidade nas regiões internas do corpo e menor
testing of low-ductile materials. Computers and Structures. Volume 89,
intensidade nas regiões periféricas, constatando que a deformação plástica provoca um aumento na tensão normal. Contudo, constata-se que os valores obtidos pela simulação numérica são coerentes, comprovando a eficiência do uso dos programas computacionais.
Issues 1–2, Pages 78–90, 2011; [5] MARTINS, P., RODRIGUES, J. Tecnologia Mecânica. Vol 2. Capítulo 14.2: Forjamento em Matriz Aberta, p. 1-77, Lisboa: Escolar Editora, 2005; [6] WANG Lei, JIN Wen-zhong, ZHAO De-wen, LIU Xiang-hua. Solution of rectangular bar forging with bulging of sides by strain rate vector inner-
Agradecimentos
-product. transactions of nonferrous metal society of china, Volume 21,
Os autores agradecem o Laboratório de Transformação Mecânica
Issue 6, Pages 1367–1372, 2011.
(LdTM), a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e as instituições de apoio financeiro como CNPq e CAPES.
O autor Fábio Junkes Corrêa é professor da UTFPR, Engenheiro Mecânico e Mestre em Engenharia Metalúrgica. Laboratório de Transformação Me-
Referências
cânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS, Porto Alegre (RS),
[1] BEDNAREK, S.; ŁUKASZEK-SOŁEK, A.; SIŃCZAK, J. Analysis of strain
fabio.correa@ufrgs.br. O coautor Lirio Schaeffer é Prof. Dr. -Ing. Coorde-
and stress in the lower forging limit of Ti-6Al-2Mo-2Cr titanium alloy.
nador do Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), Departamen-
Archives of Civil and Mechanical Engineering, Volume 8, Issue 2, Pages
to de Metalurgia, PPGEM, UFRGS, Porto Alegre (RS), schaefer@ufrgs.br. Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 33
>>> Materiais e Ligas
Forjamento de Rodas de Alumínio para Carros e Caminhões Figura 2. Linha de produção de rodas forjadas de alumínio
Georg Obermaier - Schuler Pressen, Waghäusel - Alemanha Este artigo descreve as demandas de proteção ambiental e as possíveis oportunidades para a indústria de forjamento neste processo, oferecendo produtos como rodas forjadas de alumínio e o uso de equipamentos modernos e eficientes.
O
s efeitos do aquecimento global estão nas mudan-
No passado já se utilizou alumínio fundido como um material
ças ambientais e sociais causadas pelas emissões
para rodas de veículos de passageiros, a fim de oferecer um visual
humanas de gases de efeito estufa. Existe um con-
mais atraente e esportivo ao veículo. Maiores demandas de material
senso científico de que a mudança climática está
devido ao diâmetro maior das rodas e ao uso de motores mais po-
ocorrendo e que a atividade humana é o propulsor principal. As
tentes fizeram com que as rodas forjadas de alta qualidade fossem
evidências das mudanças climáticas incluem o registro de tempera-
utilizadas principalmente em veículos de passageiros premium.
tura instrumental, o aumento dos níveis do mar e a diminuição da camada de neve no Hemisfério Norte. Todos os governos estão sob alta pressão para alcançar as metas acordadas de redução das emissões de CO2. Na luta contra a mudança climática, os Estados Unidos querem reduzir em 30% as
No entanto, este método foi adaptado com sucesso para veículos comerciais, com grandes vantagens. Geralmente, os veículos comerciais eram equipados com rodas de aço. Um veículo idêntico com rodas feitas de alumínio pesa até 500 kg menos. Assim, por exemplo, se todos os veículos comerciais dos pa-
emissões de dióxido de carbono até 2030, e a Comissão da União
íses do G8 fossem equipados com rodas de alumínio, a frota de
Europeia em até 40%.
veículos já existente poderia transportar até 100 milhões de frete
Um objetivo importante da indústria automobilística é diminuir a emissão de CO2 com a redução do peso dos veículos. Uma
adicional. Em outras palavras, considerando a vida útil média dos veículos comerciais, 10 bilhões de CO2 poderiam ser evitados.
fonte de redução de peso dos veículos é a roda. A utilização de ligas de alumínio tem uma influência importante para obter o design
Princípio do Forjamento de Rodas de Alumínio
com peso reduzido. As exigências sobre essas peças são bastante
Prensas hidráulicas com elevadas forças de prensagem possibilitam
elevadas. A qualidade das peças deve ser superior.
forjar rodas de alumínio com propriedades superiores: melhores
34
- Abril 2017
>>> Materiais e Ligas
Figura 1. Sequência de operação de forjamento de rodas de alumínio
propriedades mecânicas, menor peso, boa
uma elevada vida útil das mesmas, além de
resistência química e opções de design qua-
garantir a qualidade constante das rodas.
se ilimitadas. O desenho e a geometria da roda for-
fazer a conformação. A maior conformação é feita na pri-
Um sistema de automação por robô
meira prensa, que possui 70.000 kN de
manipula as peças no processo de forja-
força para fazer o processo de extrusão
jada, bem como a quantidade necessária,
mento. Para atingir o tempo mínimo de au-
reversa. A segunda operação é mais ou me-
influenciam o tipo de sistema selecionado
tomação, os robôs estão equipados com um
nos uma calibração do diâmetro externo,
para a produção.
sistema de pinça dupla. De uma sequência
bem como uma expansão da roda. Após
de forjamento para a próxima, a perda de
cada golpe é feita a manutenção e lubrifica-
são utilizadas linhas de prensas com nor-
Para rodas com superfícies perfiladas,
temperatura das peças é compensada com a
ção das ferramentas, a fim de atingir uma
malmente três ou quatro prensas. As peças
utilização de fornos contínuos.
elevada vida útil das mesmas, além de ga-
são forjadas com o aquecimento em três
rantir a qualidade constante das rodas.
ou quatro estações ou com aquecimento
Forjamento em 2 Operações
intermediário. Prensas de simples ou dupla
Similar ao processo anterior, este se ini-
manipula as peças no processo de forja-
ação possibilitam forjar a superfície da
cia na extremidade frontal, na qual uma
mento. Para economizar espaço no chão de
roda com precisão. A superfície é deixada
serra circular corta as barras em tarugos
fábrica, um sistema de refrigeração a água
inacabada (como forjada) ou usinada, de-
apropriados. Geralmente é utilizado um
pode ser integrado para resfriar as rodas a
pendendo da qualidade necessária.
forno de indução para aquecer o material
uma temperatura adequada para armaze-
até atemperatura de forjamento de 450°C.
namento.
As geometrias de rodas simples, sem o forjamento da superfície da roda, tais
Duas prensas, cada uma com uma ferra-
como rodas de caminhão, são forjadas
menta, são dispostas lado a lado, a fim de
Um sistema de automação por robô
Sistemas integrados, incluindo as prensas, uma serra para os tarugos, aquece-
em uma estação. A estação seguinte faz o corte e a expansão da roda. Geralmente, as rodas fabricadas com este método têm um diâmetro maior e são utilizadas em carros Premium e veículos comerciais. Forjamento em 4 Operações O processo inicia-se na extremidade frontal, na qual uma serra circular corta as barras em tarugos apropriados. Geralmente é utilizado um forno de indução para aquecer o material até a temperatura de forjamento de 450°C. Quatro prensas, cada uma com uma única ferramenta, são dispostas lado a lado, a fim de fazer a conformação. Após cada golpe é feita a manutenção e lubrificação das ferramentas, a fim de atingir
Figura 3. Tarugos pré-formados Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 35
>>> Materiais e Ligas
Tarugos
Paletização Reservatório
Reservatório Linha de Refrigeração
Forno de indução Prensa hidráulica para forjamento de 500 t Manipulador de resfriamento/ lubrificação Prensa hidráulica para forjamento de 7000 t
Figura 4. Layout de linha de produção de rodas forjadas
dores, automação e dispositivos para troca de ferramenta, tornam mais fácil o início de produção de rodas forjadas de alumínio, ou a expansão de uma planta de produção existente, além de oferecer as seguintes vantagens: • Concentração de altas forças de prensagem; • Conceitos de prensagem comprovados; • Alta precisão e qualidade das rodas forjadas;
Figura 5. Prensa hidráulica
• Boas propriedades estáticas e dinâmicas da roda e, portanto, maior margem de segurança; • Grande autonomia em geometrias delicadas e complexas em pequenas espessuras; • Superfície livre de poros e estrutura metálica densa; • Acabamento espelhado da superfície sem operação adicional obtida com polimento;
• Elevadas taxas de produção;
• Boa resistência contra corrosão;
• Processos de forjamento adaptados à geometria da peça.
• Redução de peso.
A Schuler forneceu várias células de fabricação, baseadas em prensas com capacidade de 70.000 kN. As rodas de alumínio são forjadas
Resumo
em um golpe. Ejetores de alto desempenho são instalados na mesa
A conformação de rodas de alumínio é uma tecnologia com um alto
e no martelo para certificar que as peças são descarregadas da ferra-
potencial para a indústria de forjamento. Atualmente, a União Euro-
menta com segurança. As rodas são, então, alargadas em uma prensa
peia está preparando a próxima regulamentação referente às emis-
com 8.000 kN de capacidade de prensagem. As condições adequadas
sões de CO2 de caminhões, o que irá gerar um aumento na demanda
de funcionamento das ferramentas são asseguradas por um sistema de
de componentes com peso reduzido para veículos comerciais. Ape-
lubrificação e resfriamento constituído por um dispositivo de condi-
sar de todos os aspectos negativos que a mudança climática oferece
cionamento de lubrificante e um manipulador linear com eixo rota-
especialmente para as empresas de forjamento, também há grandes
tivo. Tanto lubrificantes à base de óleo quanto à base de água podem
oportunidades para produtos inovadores.
ser utilizados. A manipulação de peças dentro da célula é feita por um robô de seis eixos projetado para forjamento. Os tempos curtos de
Tradução gentilmente realizada por Patricia Roque Martins, Departa-
ciclo são alcançados com pinças duplas. Pinças hidráulicas com refri-
mento de Marketing Prensas Schuler S.A., Diadema (SP), email: patricia.
geração interna e um carrinho de troca de ferramenta em linha são
martins@schulergroup.com.
fornecidas para uma troca de ferramenta rápida e segura. O autor Georg Obermaier é Diretor da Schuler Pressen, Planta Wa-
Vantagens das Rodas Forjadas de Alumínio
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>>> Orientação do Grão em Forjados III
Orientação do Grão em Forjados - Efeito do Forjamento na Orientação do Grão - Parte III John Walters - Scientific Forming Technologies Corp.; Columbus, Ohio - EUA Chester J. Van Tyne - Colorado School of Mines; Golden, Colorado - EUA Nos dois últimos artigos, nós examinamos as definições básicas da orientação dos grãos e descrevemos as propriedades anisotrópicas dos metais devidos à orientação. As propriedades mecânicas que são necessárias para a amostra fraturar e/ou quebrar precisam ser melhoradas quando a trinca se propaga perpendicular a orientação dos grãos. A trinca é micro estruturalmente desviada quando isso acontece, exigindo mais energia para se propagar, aumentando assim as propriedades. O segundo artigo mostrou que a matéria-prima que chega da usina para a forjaria já possui uma orientação dos grãos devido as operações na cadeia anterior. Também examinamos como o forjamento transmite mudanças adicionais a orientação dos grãos. Nesta parte da nossa série, examinaremos mais detalhadamente sobre os efeitos do forjamento no fluxo de grãos e examinaremos os parâmetros que o afetam.
D
urante o processo de forjamento, os metais (e os grãos subjacentes) deformam-se plasticamente no caminho de menor resistência. O metal irá fluir na direção e maneira que requer a menor quantidade
de trabalho, este princípio é fundamental. Durante esta deformação, o processo de forjamento irá transmitir alguma orientação dos grãos para o metal e os grãos. Os principais parâmetros de forjamento que afetam a orientação dos grãos são: • Forma do forjado; • Processo de forjamento; • Design da pré-forma; • Tamanho inicial do tarugo; • Comportamento do material; • Condições de processo. Forma do Forjado A Figura 1 mostra um exemplo da orientação dos grãos em uma forja. Neste exemplo, existe uma região de nervura na parte superior da imagem. Durante a forja, a dinâmica de deformação é tal que o metal flui para preencher esta região. Observe como a 38
- Abril 2017
Figura 1. Exemplo da orientação dos grãos em um forjamento. A orientação dos grãos é geralmente direcionada em volta dos detalhes forjados, cantos e raios. Cortesia Ellwood Texas Forge
>>> Orientação do Grão em Forjados III
Figura 2. Uma orientação do grão longitudinal pode ser conseguida através de laminação ou forjamento por matriz aberta. Uma secção é mostrada com uma orientação do grão lateral na peça acabada (mostrada como cortada). Este tipo de orientação do grão pode ser desejável quando uma condição de carga resulta numa tensão principal máxima orientada com as linhas de fluxo mostradas na secção cortada
Figura 3. Extrusão, forjamento radial, forjamento com matriz aberta ou laminação podem produzir orientação de grãos longitudinal. Quando cortado, isto resulta em uma orientação do grão que seria difícil de produzir num processo de forjamento em matriz fechada. Isto seria ideal para um caso com uma tensão principal máxima longitudinal em serviço. Uma vez que isto é atípico, cortar uma barra geralmente não é um fluxo de grãos ideal
orientação do grão muda dentro da nervura. A orientação do grão
menor resistência sem influência de operações futuras. A orientação
geralmente coincidirá com os contornos da matriz de forjamento,
do grão muda como resultado deste fluxo de metal.
uma vez que o metal flui em torno de cantos e raios. Note que é
Como um exemplo, considere um tarugo que é recalcado em uma
o fluxo de metal durante o processo de forjamento que produz a
forma de panqueca durante a conformação. Este recalque irá alterar
orientação dos grãos resultante, e não as características da matriz
o fluxo inicial de grãos, que está na direção longitudinal / axial, em
de forjamento. A mesma matriz de forjamento pode criar uma
algum fluxo de grãos na direção radial (Figura 4). A pré-forma terá
orientação do grão diferente, dependendo da forma inicial do taru-
agora algum orientação do grão inicial entrando nas cavidades do
go e do fluxo plástico que ocorre durante o forjamento.
molde de pré-forma e acabamento. A orientação do grão que entra nos passos de forjamento subsequentes será diferente da orientação do
Processo de Forjamento Muitas peças forjadas podem ser produzidas por mais de um tipo
grão do tarugo inicial devido à deformação acumulada. Um segundo exemplo é a utilização de uma laminação por
de processo de forjamento. Nas Figuras 2 a 4, uma ilustração de
rolos com cunha como uma operação de pré-forma, a qual é mos-
como processos diferentes produzem peças forjadas com uma
trada na Figura 5. Existe material sendo acumulado em algumas
orientação do grão significativamente diferente. Esta variação é
regiões, com alongamento em outras. Durante esta operação de
possível apesar de uma geometria idêntica num disco redondo
pré-forma existe uma redução (isto é, a deformação entre os rolos)
forjado utilizando diferentes processos. A orientação do grão pode
em algumas regiões da barra e acumulo em outras. As regiões de
ser simulada como mostrado nestas figuras usando um software
pequeno diâmetro são geralmente alongadas, com a orientação
de CAE comercial, neste caso o DEFORM. Várias capacidades de
do grão longitudinal tornando-se mais pronunciado. As regiões
rastreamento da orientação dos grãos existem para prever o fluxo
de maior diâmetro, onde metal adicional está sendo acumulado,
de grãos antes de executar o primeiro teste no chão de fábrica. A
geralmente têm uma componente radial à orientação do grão antes
orientação de grãos ideal corresponderia ao componente de tensão
das operações finais de forjamento. Dependendo da geometria da
principal máxima em serviço, resultando numa melhor vida de
barra inicial, da pré-forma e forma final do forjado, a quantidade
fadiga do componente forjado.
de mudança de orientação do grão nestas regiões finais pode variar de muito pouco a uma quantidade significativa.
Design da Pré-Forma O tarugo que chega da forjaria tem uma orientação do grão inicial
Tamanho Inicial do Tarugo
que é geralmente longitudinal. As operações da pré-forma são usa-
Para ilustrar a influência do tamanho inicial do tarugo, podemos
das para mudar a geometria, a microestrutura e a direção do grão.
considerar um forjamento axisimétrico de uma engrenagem de
Em cada operação de pré-forma, o material flui no caminho de
dentes reto, com os dentes da engrenagem usinados no diâmetro
40
- Abril 2017
>>> Orientação do Grão em Forjados III
Figura 4. Forjamento em matriz fechada, ou recalque, resulta numa orientação do grão que tem um componente circunferencial forte (não mostrado) e é paralelo à superfície próxima do diâmetro exterior. Isto é comum para peças com tensões radiais e tensões axiais em serviço. Se os dentes de uma engrenagem ou outras mudanças geométricas forem feitos para o forjado, o fluxo de grãos mudaria significativamente
externo. Para que esses dentes sejam o mais resistentes à fadiga
para os quais a relação de recalque (altura / diâmetro) possa ser
possível, gostaríamos de produzir um forjamento com o máximo
efetuada com mais sucesso. Se a razão for muito além de dois, o
possível de fluxo de grãos na direção radial. Assim, se uma fratura
potencial de flambagem do material é aumentado no recalque ini-
começar na raiz de um dente, a trinca estaria propagando-se no
cial. No entanto, o tamanho do tarugo inicial - tal como o design
aro ou na direção circunferencial, que é perpendicular à direção
da pré-forma na matriz - irá afetar o orientação do grão final que é
radial. Portanto, a orientação do grão radial proporciona um au-
obtido no forjamento.
mento da resistência à fadiga desta engrenagem. A chave para aumentar a quantidade de orientação do grão
Comportamento do Material
radial é recalcar o tarugo inicial o maximo possível. Assim, se o
A orientação dos grãos resulta da deformação do metal ou do flu-
tarugo inicial tem uma relação pequena da altura / diâmetro (se
xo de metal. Se o material não flui uniformemente, então o fluxo
escolhermos o tarugo inicial com um diâmetro maior), então a
de grãos pode não estar na direção que podemos ter antecipado
quantidade de orientação do grão radial transmitida durante o
ou previsto. Defeitos geométricos e de material, tais como dobras
recalque inicial irá ser um pouco limitada. Observe a mudança de
internas ou cisalhamento adiabático, farão com que o metal flua
direção na orientação do grão à medida que o recalque aumenta na
de uma forma indesejável. O fluxo de grãos em que resulta virá do
Figura 4 para ilustrar o parágrafo acima. Existem limites práticos
fluxo real que ocorre, não o fluxo que poderíamos querer ou poder
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Abril 2017 - www.revistaFORGE.com.br 41
>>> Orientação do Grão em Forjados III
Figura 5. A laminação por rolos é um processo comum para produzir chaves, implantes médicos, bielas e componentes de suspensão. Este processo distribui de forma eficiente e reprodutiva o material para maximizar o rendimento do forjamento. A deformação da rotação de cunha também altera o fluxo de grãos. A alteração mais significativa é geralmente um alongamento na região de menor diâmetro
antecipar/prever. Parte do fluxo indesejável pode ser causada por
processo de forjamento geral. Este tipo de diálogo pode resultar em
não homogeneidades no material. As não homogeneidades, tais
uma melhoria significativa nas propriedades finais do componen-
como temperaturas não uniformes ou microestruturas e lubrifica-
te. Em muitos casos, não há aumento no custo de produção para se
ção não uniforme, podem alterar o comportamento do escoamen-
obter uma melhor orientação do grão.
to a partir do design pretendido pelo projetista da matriz de forja-
Nesta parte da nossa série sobre a orientação de grãos, analisa-
mento. A orientação do grão no forjamento final é produzida pelo
mos vários aspectos do processo de forjamento e como eles afeta-
fluxo de metal real em vez de um fluxo ideal antecipado durante o
rão a direção do grão. Estes incluem a forma de forjado, o processo
processo de projeto do forjado.
de forjamento, o design da pré-forma, o tamanho inicial do tarugo, o comportamento do material e as condições do processo. Deve ser
Condições de Processo
lembrado que a orientação do grão que é transmitido é devido ao
Obviamente, as condições de processo podem ter efeitos no com-
fluxo ou à deformação do material, não apenas a forma do compo-
portamento do fluxo do material, logo também na orientação do
nente ou das matrizes. Se quisermos usar o fluxo de grãos a nosso
grão transmitido durante a deformação. Existem algumas outras
favor, precisamos estar plenamente conscientes do fluxo real que
condições do processo que devem ser consideradas, por exemplo,
o metal sofre durante a operação de forjamento. A próxima parte
se for um forjado de um eixo automotivo, seria desejável que a
desta série irá comparar o fluxo de grãos em vários processos e for-
resistência à ruptura aumentasse através da área do eixo onde a
necer um exemplo de como a usinagem pode influenciar a região
roda seria montada. De modo a ter este aumento de ruptura (im-
de fluxo crítico de grãos em um componente.
pacto ou fadiga), a orientação do grão deve estar na direção longitudinal do eixo. Se o processo de forjamento é projetado para fazer
Agradecimentos
um recalque inicial do tarugo, estaremos mudando o fluxo inicial
O conteúdo para este trabalho foi desenvolvido principalmente pela
de grãos de longitudinal para radial e deformação adicional pode
Scientific Forming Technologies Corporation em parceria com a
aumentar o fluxo de grãos nessa direção. Em vez disso, podemos
SCRA Applied R&D e FIA. O material foi inicialmente desenvolvido
considerar por não perturbar o tarugo inicial no sentido normal,
como um Seminário de Forjamento pelo programa FAST, patroci-
mas golpear o tarugo lateralmente para que haja uma redução adi-
nado pela indústria e pelo Defense Supply Center Philadelphia and
cional do diâmetro do tarugo. Neste cenário a orientação do grão
Defense Logistics Agency - Research and Development.
longitudinal inicial que está presente no tarugo é aumentada e o eixo será beneficiado com uma quantidade ainda maior de orienta-
Tradução gentilmente realizada pelo diretor da Mettalforma Ltda,
ção do grão longitudinal.
Luciano de Assis Santana, telefone (11) 5092-3929, e-mail: luciano@ mettalforma.com.br.
Resumo Uma consideração cuidadosa do processo de forjamento, com uma
Coautor Dr. Chet Van Tyne é professor da FIERF, Departamento de
compreensão clara do uso final do componente, é essencial ao
Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas do Colorado, Golden, Colo.
tentar usar a orientação do grão para aperfeiçoar as propriedades
Ele pode ser encontrado no telefone 303-273-3793 ou por email cvan-
mecânicas de uma peça. Esta compreensão requer uma comunica-
tyne@mines.edu. Coautor John Walters é vice-presidente da Scientific
ção clara entre o projetista de ferramentas do forjado e o cliente,
Forming Technologies Corporation, Columbus, Ohio. Ele pode ser
uma consideração cuidadosa do que pode ser feito em projetar o
encontrado no telefone 614-451-8330 ou jwalters@deform.com.
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- Abril 2017
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