Revista Forge - Abril/2019

R e v i s t a I n t e r n a c i o n a l d e N e g ó c i o s e Te c n o l o g i a n o C a m p o d a F o r j a r i a

A Evolução dos Aços Limpos Teoria Elementar da Plasticidade para o Forjamento em Matriz Aberta - Parte II Micro Forjamento a Frio Ajuda a Estender a Vida Útil de Matrizes Gerenciamento de Recursos Via Integração de Sistemas MEA/ ERP

Abril 2019 Número 24 www.sfeditora.com.br

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CONTEÚDO ARTIGOS 20

Emprego da Teoria Elementar da Plasticidade para o Forjamento em Matriz Aberta de um Componente Cilíndrico Vazado - Parte lI

24

Micro Forjamento a Frio Ajuda a Estender a Vida Útil de Matrizes

28

A Evolução dos Aços Limpos

32

Gerenciamento de Recursos Via Integração de Sistemas MEA/ ERP

O forjamento em matriz aberta é o método mais apropriado para componentes de grande porte com geometria de revolução e quando há o propósito de provocar o seu alongamento. Para estimar o valor da força de forjamento, existem algumas formas como aplicação de modelos matemáticos, utilização de simulação numérica pelo método dos elementos finitos ou realização de experimentos físicos.

O desgaste e a falha final das matrizes de forjamento são inerentes ao processo de forjamento de metal. A Accurapuls Canada Inc. oferece um micro processo de forjamento a frio (ou “hammer-peening”) que trabalha a frio toda a superfície de uma matriz para endurecer, acabar e / ou manter a integridade da superfície da matriz. Matrizes de forjamento são propensas a vários mecanismos de falha, e a substituição ou reparo.

Melhorias nos processos de fabricação de aço resultaram em avanços na limpeza do aço que, por sua vez, geram produtos de uso final de alta qualidade. O aço limpo é produzido controlando criteriosamente os parâmetros nas operações de fusão, refino, desgaseificação e lingotamento. A demanda por aços limpos continuará a aumentar devido à pressão global por eficiência energética e regulamentações mais rígidas de emissão de CO2. O aço é um material incrível quando se considera sua versatilidade. Ele pode alcançar as características necessárias para uma vasta gama de produtos finais; é relativamente de baixo custo comparado a muitos outros materiais.

Neste primeiro de dois artigos, as definições e diferenças entre sistemas de planejamento de recursos empresariais (ERP) e sistemas de execução de manufatura (MES) são consideradas. A Parte II considerará as vantagens de integrar ambos os sistemas no interesse da eficiência operacional e de produção, bem como um serviço superior ao cliente. Atualmente, a maioria das empresas de forja continua discutindo a necessidade de estabelecer uma integração de informações que seja coordenada e resumida.

24 4

- Abril 2019

28

32

Departamentos & Colunas Índice de Anunciantes ....................................................................... 05 Editorial EUA.......................................................................................... 06 Editorial Brasil ....................................................................................... 08 Eventos ................................................................................................... 09 Novidades .............................................................................................. 13 Produtos e Serviços............................................................................. 14

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Eireli (19) 3288-0437 - ISSN 2178-0110 www.sfeditora.com.br www.aquecimentoindustrial.com.br Udo Fiorini - Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Gabrielly Guimel - Diagramação, gabrielly@sfeditora.com.br • (19) 3288-0437 André Júnior - Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 Igor Cerqueira - Marketing, igor@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

Coluna: Lubrificantes .......................................................................... 16 Coluna: Simulação ............................................................................... 19

Índice de Anunciantes Página

Empresa

ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA BNP Media • 2401 W. Big Beaver Road Suite 700, Troy, MI 48084 • www.bnpmedia.com Erik Klingerman, Group Publisher klingermane@bnpmedia.com • +1 440-292-7580 Reed Miller, Editor nos EUA reed@FORGEmag.com • +1 412-306-4360

Contato

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

15

Cor-Met

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18

Enomoto Technology

www.enomt.co.jp

Expomafe

www.expomafe.com.br

Grupo Aprenda

www.grupoaprenda.com.br

Bill Mayer, Editor Associado bill@forgemag.com • +1 412-306-4350

27

Schubert

www.schubert-group.info

Linda Becker, Editora Colaboradora beckerl@bnpmedia.com • +1 262-564-0074

07

Senafor

www.senafor.com

03

Thermprocess

www.thermprocess.de

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

22

Tubotech

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09

Weld Mold

www.weldmold.com

Wire South America

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3ª capa 31, 34, 4ª capa

2ª Capa

EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA Dean M. Peters, Editor dean@forgemag.com • +1 216-570-4537

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

Na Capa: Barras Gerdau SBQ em um leito de resfriamento, pág. 28

As opiniões expressadas em artigos, colunas ou pelos entrevistados são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente a opinião dos editores.

Abril 2019 -

5

EDITORIAL

Dean M. Peters, Editor nos EUA

Vida Longa ao Motor de Combustão Interna

N

ão faz muito tempo, os veículos elétricos híbridos

“A introdução de EVs terá

em média, 60-70% da demanda por componentes automotivos forjados

eram uma novidade nas

um impacto adverso na

estradas norte-americanas.

indústria indiana de forjaria,

empregos e paralisações de unidades”, diz

já que 60% das unidades de

Muralishankar.

Agora eles são comuns. Apenas alguns anos atrás, ver um Tesla na estrada era

irá diminuir, resultando em perdas de

Na Europa, o banco holandês ING

uma raridade. Este não é mais o caso, e

forjamento estão produzindo

previu que dentro de 20 anos todas as

há até mesmo um deles no espaço graças

componentes automotivos”.

vendas de novos veículos serão elétricas,

ao lançamento SpaceX de Elon Musk que enviou seu Tesla para o cosmos.

Parece que muitas das economias

citando economias de escala e custos internamente no mercado de PEV. Nas

de bateria em queda como fatores

duas últimas décadas, durante as quais

determinantes. O relatório diz ainda

avançadas do mundo estão promovendo

veículos elétricos comerciais produzidos

que a “ansiedade de intervalo” que os

o uso de veículos elétricos plugáveis (PEV

em massa foram introduzidos ao público

consumidores expressam em relação às

- Plug-in Electric Vehicles ). Nos EUA,

e ganharam força no mercado, os próprios

limitações do veículo elétrico se dissipará

por exemplo, a adoção de PEVs é apoiada

veículos evoluíram de veículos híbridos

nos anos 2020, porque os veículos

por políticas governamentais federais e

que integravam projetos de motor de

passarão a 400 milhas ou mais entre as

estaduais. Desde a introdução do Tesla

combustão interna (ICE - Internal

cargas. Um caso em apoio às previsões

Roadster em 2008, as vendas acumuladas

Combustion Engine) com projetos de

do ING é o anúncio da empresa sueca

de PEVs atingiram quase 765.000

veículos elétricos para projetos totalmente

Volvo de que só lançará modelos híbridos,

unidades em dezembro de 2017.

elétricos plugáveis.

híbridos plug-in ou totalmente elétricos a

Aqui nos EUA, os PEVs passaram de

Ambos os tipos de veículos são

uma participação de mercado de 0,14%

atualmente participantes ativos do

em 2011 para 1,13% em 2017, com a

mercado, mas aqui está a preocupação

que a indústria automotiva continua a

Califórnia emergindo como o maior

dos forjadores. À medida que os projetos

se afastar dos veículos ICE em direção

mercado regional de PEV do país. Nessa

de novos veículos se transformam do ICE

a vários projetos elétricos, as aplicações

taxa de crescimento, a participação de

em favor de projetos elétricos, o mercado

tradicionais de forjamento diminuirão

mercado nos Estados Unidos para PEVs

de forjamento automotivo sofrerá

e alguns mercados tradicionais de

atingirá 9,12% até 2023, ou cerca de um

consequentemente.

forjamento desaparecerão.

em cada 11 veículos vendidos.

Havia 41 veículos comerciais viáveis

Um relatório recente da Índia discute

partir deste ano de 2019.

O ponto aqui é óbvio: À medida

Na medida em que o seu negócio

a meta do governo de eliminar veículos

depende de componentes de motores

no mercado americano a partir de mais

movidos a gasolina e diesel até 2030.

automotivos, a diversificação deles é

de uma dúzia de fabricantes disponíveis

“A introdução de EVs terá um impacto

sua melhor estratégia de longo prazo.

em dezembro de 2017. Até aquela época

adverso na indústria indiana de forjaria,

Aproveite o negócio enquanto ele está lá,

(segundo a Wikipedia, pelo menos), o

já que 60% das unidades de forjamento

mas até mesmo uma estratégia de longo

híbrido plug-in Chevy Volt foi o melhor

estão produzindo componentes

prazo deve começar em algum momento

PEV em vendas de todos os tempos, com

automotivos”, disse S. Muralishankar,

... e esse tempo deve ser agora.

quase 134.000 unidades vendidas seguidas

presidente da Associação da Indústria

pelo carro todo-elétrico de Tesla Model S

Indiana de Forjaria (AIFI). Estima-

com quase 119.000 vendidos e o Nissan

se que os veículos ICE convencionais

Leaf com quase 115.000 vendidos.

tenham cerca de 2.000 peças móveis,

Esta é apenas uma sinopse aproximada do que está acontecendo 6

- Abril 2019

em comparação com apenas 20 em

Dean Peters

veículos elétricos. “Como resultado,

Editor da FORGE nos EUA

EDITORIAL

Udo Fiorini, Editor

Prontos para o Futuro?

P

or fazermos parte do time editorial das revistas

sugestivo traduzimos como “Vida longa ao motor a combustão”,

publicadas pela BNP Media dos EUA, temos por

faz uma chamada forte ao mercado americano de forjados. Que

hábito publicar também o editorial da edição

também está procurando não perder o chão embaixo dos seus pés.

americana. Normalmente são dirigidas a temas não

A indústria de forjados a nível global não espera de braços

necessariamente semelhantes. Até porque as realidades são bastante

cruzados. Na Alemanha, uma das unidades da ThyssenKrupp é

diferentes no mercado das forjarias nos EUA e Brasil. Nesta edição,

dedicada à produção de eixos de comando de válvulas. A empresa

no entanto, o tema é necessariamente igual: o numero de forjados

emprega cerca de 700 pessoas e é líder mundial de mercado

a ser utilizado nos carros elétricos, muito inferior ao empregado

na fabricação destes eixos produzidos ali a mais de 20 anos.

até agora nos veículos de motor a combustão. E o futuro com os

Anualmente são fabricados 11 milhões de eixos de comando,

carros elétricos já está aí. Já bateu na nossa porta.

indispensáveis no motor de combustão interna - mas supérfluas

Recentemente participei de uma reunião em São Paulo em

no motor elétrico puro. Agora a planta iniciou a produção de

que o representante de um grande fabricante chinês de ônibus

rotores para os motores dos carros elétricos. Para este ano está

e caminhões elétricos apresentava em palestra seus modelos,

prevista a produção de 500.000 destes eixos. Pode não ser muito,

capacidades e características. Na plateia, inúmeros forjadores.

mas já é um começo. Há grandes encomendas vindo de várias

Houve um momento em que se apresentou a figura, visto de

montadoras, disse um porta-voz da Thyssenkrupp. (https://www.

cima, do chassis de um caminhão elétrico sem cabina nem

mdr.de/sachsen-anhalt/magdeburg/harz/autozulieferer-im-harz-

carroceria, mas com todos seus componentes instalados. Ali se

elektroautos-zukunft-arbeitsplaetze-100.html).

podia reconhecer obviamente as longarinas, as rodas, e só. Alguns

Creio que após a palestra a que me referia no inicio deste

volumes que apareciam entre as longarinas e perto das rodas

editorial, muitos dos presentes foram embora se questionando

eram explicados pelo apresentador como sendo da parte elétrica e

como será o futuro de sua fábrica. O retrato do Brasil: muitos

motriz, além do conjunto de baterias.

deles, com certeza a maioria, são fornecedores para o mercado de

Os forjadores presentes na sala procuravam identificar inutilmente algumas partes e peças conhecidas de sua linha de

reposição. Isso neste momento até é um fator positivo.

Enquanto países desenvolvidos programam datas com

fabricação naquela figura. Mas aquelas tradicionais imagens do

restrições à fabricação de veículos movidos com motor a

motor e da caixa de transmissão não estavam lá. E não são mais

combustão, países emergentes como o Brasil ainda poderão ver

necessários. Veja uma amostra do que não encontraremos em um

seus modelos fora de série rodando por um bom tempo. Mas até

veículo elétrico: velas de ignição, pistões, comandos de válvulas,

quando? Mesmo na Índia, já se tem noticia de que a indústria de

bombas de combustível, injetores e conversores catalíticos.

forjados se mexe para alinhar-se com o futuro. A Bharat Forge,

Não possuem peças de motor e transmissão. Forjados? Apenas

forjaria de grande porte com mais de 10 mil funcionários e

componentes de direção, suspensão e eixos. Ok, parafusos e porcas

plantas nos EUA e Europa, recentemente anunciou a compra de

continuarão a ser empregados, mesmo em carros elétricos.

participação na Tevva Motors, Inglaterra, que fornece soluções de

Mundialmente os maiores mercados produtores de forjados

powertrain elétrico para veículos comerciais e ônibus. Conforme a

são China, EUA e Índia. Como os leitores podem ler no editorial

Bharat Forge, o investimento ajudará a Bharat Forge no crescente

americano publicado nesta edição, o presidente da AIFI -

mercado de EVs e a co-desenvolver soluções para mobilidade

Association of Indian Forging Industry (Associação da Indústria

elétrica. Nós estamos nos preparando para isso?

de Forja da Índia), Shri Murali Shankar chama a atenção para

Boa leitura!

o problema que se avizinha: “A introdução de Veículos Elétricos terá um impacto adverso na indústria de forjaria a longo prazo, já que 60% das partes forjadas estão voltadas para a utilização como

Udo Fiorini

componentes automotivos, especialmente motores e aplicações

Editor da FORGE no Brasil

relacionadas à transmissão”, diz. O editorial, cujo título bastante 8

- Abril 2019

Um aumento de 600% na Vida Útil da Matriz de Forjamento funcionaria para você?

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EVENTOS Seminário de Forjamento realizado na FEI O Grupo Aprenda, idealizador dos seminários temáticos sobre Forjamento, Tratamentos Térmicos, Estampagem, Engrenagens, entre outros, procura escolher como locais para realizá-los empresas ou instituições de ensino ou pesquisa que tenham ligação com o tema do evento. Assim, já foram realizados os seminários de forjamento na Prensas Schuler, no IPT, na forjaria da Eaton Valinhos, entre outros. No início de Dezembro de 2018 foi realizado nas instalações do Centro Universitário FEI, Fundação Educacional Inaciana, sediada na cidade de São Bernardo do Campo, o VI Seminário de Tecnologia do Forjamento. A instituição, sediada no

Fig. 1 Dr.-Ing. Mauro Moraes de Souza

10

- Abril 2019

berço da indústria automobilística brasileira, tem longa tradição no ensino da área mecânica e por tabela, na área metalúrgica.

Com a coordenação de Dr.-Ing. Mauro Moraes de Souza, o evento apresentou durante dois dias, 03 e 04 de Dezembro, 16 palestras técnicas de empresas, profissionais e pesquisadores profissionais da área. Também foi realizado com os participantes do seminário uma visita pelos laboratórios da instituição: 1) Oficinas de Fabricação, Laboratório de máquinas CNC, Dinamômetro, Lab. de Motores e boxes das equipes Baja e Fórmula; 2) Laboratórios de Mecânica dos Sólidos, LME e Ensaios Mecânicos de Metais; 3) Laboratório de Materiais Metálicos; 4) Laboratório de Manufatura Digital.

Iniciando o ciclo de palestras, Dr.-Ing. Marko Ackerman, Chefe do Departamento de Engenharia Mecânica da FEI, discursou sobre como a FEI remodelou a sua estrutura curricular, notadamente a do curso de Engenharia Mecânica, objetivando atender as intensas transformações tecnológicas, econômicas e sociais proporcionadas pela revolução digital e pela rápida disseminação de novas tecnologias. O Professor Mauro

Moraes apresentou em seguida a sugestiva palestra Rota 2030 - o que mudou e seus impactos para as forjarias brasileiras. A palestra teve como título “ROTA 2030: O que mudou. Seus impactos para as forjarias brasileiras¨.

A mobilidade é uma das megatêndências de futuro, sendo este o ambiente relevante para as forjarias brasileiras planejarem o seu futuro.

Neste sentido, o programa ROTA 2030 foi analisado sob o ponto de vista do seu total alinhamento com as megatêndências e a visão dos especialistas e empresários da indústria automobilística brasileira, assim como as oportunidades de parceria que este programa oferece entre: Aciarias; Universidades; Centros de Pesquisa e Consórcios para desenvolvimento tecnológico. As áreas de destaque para essas parcerias são: Pesquisa básica e aplicada; Novos materiais; Novos produtos; Novos processos; Modelos

Fig. 2. Auditório do Centro Universitário FEI

EVENTOS

Fig. 3. Professor Mauro e a presidente do SINDIFORJA, Silvia Ribeiro de Aquino

ágeis e automatizados de monitoramento e otimização em tempo real do processo de fabricação.

Na sequencia, foram apresentadas as seguintes palestras: • Soluções para o Forjamento Auxiliadas pela Simulação, Alisson Duarte, 6Pro - JmatPro; • Forjamento de Rodas de Alumínio, Maurício Lahuerta, Prensas Schuler ; • Our Innovations, your Advantage, Christian Becker, Hatebur (Suiça); • Redução de Custos no Forjamento com o Auxílio da Simulação, Alisson Duarte, 6Pro - JmatPro; • Análise de Fadiga Termo-Mecânica em Matrizes de Forjamento, Oswaldo Ravanini, Autolens; • Vibtech® Controle de vibração, ruido e choque, Ricardo Siqueira, Vibtech; • Avaliação de diferentes níveis de pré-tensionamento de ferramentas de forjamento a frio através de análise por elementos finitos, Fabricio Dreher, ZEN; • New Trends in the Forging Industry and LASCO‘s Solution, Sven Lorz,

Lasco (Alemanha); • Die Cost Reduction Through Technology, Fred Haupt, Corewire (UK); • Aspectos Importantes no Uso da Pirometria em Fornos de Aquecimento por Indução, José Carlos Zerbini, Synergética; • Propriedades e Características Fundamentais em Aços para Matrizes de Forjamento a Quente, Paulo Haddad, Villares Metals; • Visão de Operação e Gerações de Profissionais, Edinaldo Fancio, EATON Valinhos; • HATEBUR, your Forging Partner for High Quality Precision Parts, Christian Becker, Hatebur (Suiça).

Convidada a proferir palestra de honra no seminário, a presidente do SINDIFORJA, Sindicato Nacional da Indústria da Forjaria, Silvia Ribeiro de Aquino (Fig. 3), também diretora geral da Metalúrgica Onix, discurso no segundo dia do encontro sobre o tema: Aspectos Gerais do Negócio Forjaria no Brasil.

Com forte transito em eventos da área de forjaria a nível internacional

e com a experiencia adquirida ao longo de sua carreira empresarial e também no seu mandato como presidente do SINDIFORJA, Silvia traçou um panorama realista da área de forjamento no Brasil. Além dos aspectos setoriais da crise que há anos assola a indústria brasileira foram abordados também detalhes como por exemplo do peso em quilos de forjados embarcados em um caminhão movido a combustível liquido comparado com o que se consome em forjados em um veiculo com as mesmas características, porem movido com energia elétrica.

Depois de sua apresentação, já finalizando o encontro, o Prof. Mauro Moraes apresentou a palestra “O Potencial de uma Ideia Inovadora e Reflexões sobre o VI Seminário de Tecnologia de Forjamento”, encerrando o evento.

Fig. 4. Dr.-Ing. Marko Ackerman

Abril 2019 -

11

EVENTOS Maio

Pro Magno Centro de Eventos - São Paulo (SP)

14-15 NEMU 2019

www.abmbrasil.com.br

www.ifu-konferenz.de/

01-03 10ª Tubotech e 4ª Wire South America

Stuttgart, Alemanha

São Paulo Exhibition Center - São Paulo (SP)

21-23 Forge Fair 2019

www.tubotech.com.br / www.wire-south-america.com

www.forging.org/forge-fair-2019

02-04 39º SENAFOR

Cleveland, Ohio, U.S.A.

Hotel Continental - Porto Alegre (RS)

Junho

www.senafor.com

25-29 Thermprocess Düsseldorf - Alemanha

Novembro

www.thermprocess.de

04-05 VII Seminário de Tecnologia do Forjamento FEI - São Bernardo do Campo (SP)

05-06 VI Seminário de Manutenção e Segurança em

www.grupoaprenda.com.br

Combustol Fornos - Jundiaí (SP)

11-14 FABTECH 2019

Fornos Industriais

www.grupoaprenda.com.br

Chicago - EUA

www.fabtechexpo.com

Agosto 05-07 COBEF 2019 - 10º Congresso Brasileiro de

20-22 Asia Blech

Sâo Carlos (SP)

www.asiablech.com

Engenharia de Fabricação

Chongqing - China

www.eventos.abcm.org.br/cobef2019/

Setembro 16-21 EMO 2019

Hannover - Alemanha www.emo-hannover.de/home

27-28 I Seminário de Tecnologia da Estampagem UFMG - Belo Horizonte (MG) www.grupoaprenda.com.br

2020 Maio

17-20 FENAF - Feira Latino Americana de Fundição

5-9 FEIMEC 2020

www.abifa.org.br/feira

www.feimec.com.br

17-20 INTERMACH - Feira e Congresso Internacional

Setembro

Pavilhões da Expoville - Joinville (SC)

Expoville - Joinville (SC)

Pro Magno Centro de Eventos - São Paulo (SP)

São Paulo Exhibition Center - São Paulo (SP)

de Tecnologia, Máquinas, Equipamentos

15-18 Metalurgia 2020

www.intermach.com.br

www.metalurgia.com.br

18-19 III Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico

A S+F Editora não se responsabiliza por alterações em data, local e/ou

UniFACENS - Sorocaba (SP)

www.grupoandrenda.com.br

Outubro 01-03 V ABM Week 12

- Abril 2019

conteúdo dos eventos.

NOVIDADES Forjado na China o maior anel sem costura do mundo A Shandong Iraeta Heavy Industry

ele desempenhe a função de suporte

Co., da China, recentemente laminou

em um reator nuclear para suportar

um enorme anel forjado de aço

pressões de até 7.000 toneladas. A

inoxidável, que afirma ser o maior do

estrutura de aço gigante foi produzida

mundo. O anel, que pesa 150 toneladas

por soldagem de seções segmentadas

e mede 15 metros de diâmetro, foi

em um conjunto.

fabricado como parte fundamental de uma usina de energia nuclear.

No ano passado a empresa adquiriu do grupo AMA uma nova laminadora

O produto foi desenvolvido pelo

de grande porte para laminação de

Instituto de Pesquisa de Metal sob

anéis de forma contínua. A máquina

a Academia Chinesa de Ciências e

pode produzir anéis sem costura com

encomendado pela Corporação Nuclear

um diâmetro de até 16 metros e 3

Nacional da China. Espera-se que

metros de altura.

Schuler e Porsche criam joint venture inovativa A Porsche e a Schuler escolheram a cidade de Halle, na Alemanha,

Anel de aço inoxidável de 150 toneladas/ Fonte da imagem: www.news.cgtn.com

Dongfeng Forging compra prensa de forjamento de 5.000 toneladas

como o local de sua nova fábrica em conjunto. O local de 13 hectares

O grupo SMS recebeu um pedido

fica nas proximidades da fábrica da Porsche em Leipzig. O objetivo

da Dongfeng Forging Co., parte do

da joint venture entre a Schuler e a Porsche é a chamada Smart Press

fabricante de veículos comerciais

Shop, como parte da Industria 4.0. Com tecnologias voltadas para

Dongfeng Motor Group, para o

o futuro, a nova empresa de conformação é projetada para produzir

fornecimento de uma prensa de forja

partes de carrocerias altamente sofisticadas de uma maneira muito

Peça forjada pela nova prensa de matriz

flexível; o foco está nas partes do corpo

de 5.000 toneladas para sua fábrica em Shiyan, província de Hubei,

de alumínio e na produção de lotes

China. A Dongfeng Forging, que opera um total de 26 linhas de

pequenos. A joint venture, a Smart

forjamento neste local, pretende usar a nova prensa de forjaria para

Press Shop GmbH & Co. KG, investirá

fabricar virabrequins de caminhões leves com um peso máximo de

aproximadamente US$ 112 milhões

Joint venture inovativa

excêntrica com uma força de forjamento

peça acabada de 21,5 kg. A prensa de matriz fechada forjará peças

neste projeto, que deverá criar 100 empregos permanentes. Domenico

totalmente automaticamente com uma força nominal de forjamento

Iacovelli, CEO da Schuler AG, explica que “a construção conjunta e

de 50 MN. Além da prensa, o escopo de fornecimento inclui serviços

a operação da Smart Press Shop é um projeto para elevar a eficiência

de desenvolvimento de processos, transportadores de carga com carga

da produção e a digitalização de importantes etapas do processo

e descarga controlados por seqüência, um sistema de movimentação

na produção automotiva para um novo patamar de conformação

por vigas caminhantes automático acionado eletricamente para

metálica. Os outros clientes da Schuler e os concorrentes da Porsche

o manuseio de peças e um sistema integrado de pulverização de

acabarão por se beneficiar disso ". A construção deve começar no

matrizes. O grupo SMS também fornecerá um sistema de controle

segundo semestre de 2019, e a produção na nova empresa deve

de linha para conectar outras unidades de equipamentos. O

começar em 2021.

comissionamento está programado para o segundo trimestre de 2020.

Hydro expande a produção para o mercado automotivo de forjados de alumínio A Hydro irá atualizar as operações de fundição em suas instalações

de materiais. Após a atualização, a Hydro Husnes também poderá

de Husnes (Noruega) com novas tecnologias para produzir produtos

oferecer materiais para forjamento. A tecnologia desenvolvida pela

mais avançados para o crescente mercado automotivo de forjamento

Hydro permite a mudança do estoque de forja extrusada tradicional

de alumínio. Recém desenvolvida tecnologia de fundição interna, a

para o estoque de forjamento, eliminando etapas dispendiosas no

fundição de baixa pressão (LPC - Low Pressure Casting), permitirá

processo de produção enquanto melhora a qualidade. A superfície

à Hydro fornecer materiais com propriedades aprimoradas para

moldada está pronta para forjamento e a homogeneização não é

vários mercados de extrusão nos quais já é um importante fornecedor

necessária. A instalação atualizada começará a operar em 2020.

Abril 2019 -

13

PRODUTOS E SERVIÇOS Hatebur HOTmatic AMP 30 S

VH 12041-02 EEKF4

Hatebur

Vibtech® Industrial Ltda

A Hotmatic AMP 30 S é uma conformadora a quente de três

O VH 12041-020EEKF4, da Vibtech® é um vibro amortecedor de

estações para forjados de tamanho médio com um diâmetro de até

baixa frequência composto de molas helicoidais e amortecimento

67 mm e uma produção de até

viscoso, dotado de placas de elastômero inferior e superior tipo

140 peças por minuto. É uma

BRD. Aplicado em máquinas de usinagem tipo brochadeiras,

máquina ideal para a produção

prensas de diferentes modelos, excêntrica, fricção, martelos de

totalmente automatizada

forjaria, dobradeiras hidráulicas, guilhotinas ou qualquer máquina

de peças forjadas para as

de deformação de material.

indústrias automotiva, de conexões e de rolamentos. O amplo

Objetivo das peças éreduzir a

escopo de aplicação significa que é uma excelente máquina para o

transmissibilidade dos esforços

forjamento de peças com grandes volumes anuais.

para o piso sem a perda da

www.hatebur.com

energia de deformação. www.vibtech.com.br

Lubrificantes LUBRODAL Fuchs Lubrificantes do Brasil

Simulação de Forjamento: FORGE NxT 3.0

A linha de produtos da marca LUBRODAL fornecida pela Fuchs

Autolens Engenharia e Consultoria Ltda

Lubrificantes do Brasil atende altas exigências em relação aos

O FORGE® , da Transvalor, é o software líder mundial de

processos bem estabelecidos de formação a quente. Incluem

conformação de metais. Na sua nova versão, o FORGE® NxT

o forjamento convencional, formação de metais não ferrosos,

3.0 oferece uma redução do tempo de CPU;

forjamento a alta velocidade, moldagem de precisão ou fundição

aprimoramento da malha adaptativa,

sob pressão.

tratamento térmico de ligas de aço e de

www.fuchs.com/br

alumínio, diagramas FLD para chapas finas, gerenciamento de interfaces multimateriais,

Simulação

eletrical upsetting, magnetic pulse forming e

SIXPRO Virtual&Practical Process

um novo gerenciador de simulações em batch.

Os serviços de simulação realizados pela

www.autolens.com.br

SIXPRO incluem processos a quente e a frio de estampagem e conformação

Software de Simulação

massiva, como forjamento, extrusão,

Synergetica

trefilação, laminação e outros. Considera-

O software ELTA (ELectroThermal Analysis), da Synergetica,

se a modelagem de ferramentas e matrizes,

permite otimização de processos de tratamento térmico e

a verificação da factibilidade do produto, a

revalidação de linhas de forja por indução além de permitir o

verificação completa do processo previamente

projeto e modernização de linhas existentes com segurança,

desenvolvido pelo cliente e o desenvolvimento

eficiência e com geometrias mais utilizadas através de uma

do processo completo do produto.

interface bastante intuitiva. Tem aplicação na indústria e também

www.sixpro.pro

para fins educativos, permitindo simulações que praticamente o equipara a um laboratório virtual para o ensino da disciplina de

Automação na Indústria de Fundição e de Forja

tratamento térmico.

KUKA

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Com base na experiência de muitos anos na área da fundição e na indústria automotiva, a KUKA hoje oferece uma ampla gama única de mais de 100 tipos de robôs de alto desempenho em todas a faixas de capacidade de carga para uma automação sustentável em todo o ramo. www.kuka.com/pt-br 14

- Abril 2019

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email: sales@cor-met.com Abril 2019 -

15

LUBRIFICANTES DE MATRIZES

Henri Strasser

Equipamentos de Pulverização de Prensas de Grande Porte

H

á 50 anos os primeiros

ticos, chegado na posição de trabalho lá

enorme efeito de erosão nos canais e nas

equipamentos automáticos

começavam a soltar lubrificante diluído e

saídas metálicas de pulverizado mudando

de pulverização de matrizes

pulverizado com ar comprimido em cima

as condições depois de pouco tempo de uso,

de prensas de grande porte

das gravuras quentes num enorme difusor

forçando a sua substituição para voltar a ter

apresentavam as seguintes características:

único para cerca de 100 bicos que cobriam

uma operação mais ou menos confiável;

• Equipamentos lineares de 1 eixo, ti-

todas as gravuras como se fosse um sistema

• O resultado disso tudo eram jatos de

nham sua posição de espera fora da prensa

estático. Cada bico era responsável por

spray extremamente úmidos, se não jatos

e no momento do funcionamento um

uma área determinada da gravura. Lá

sólidos de lubrificante diluído líquido.

cilindro pneumático (tipo Origa) de gran-

ficavam alguns segundos, o cabeçote era re-

Como o lubrificante se espalhava por todas

de calibre levava um cabeçote no formato

colhido para a posição de espera e a prensa

as ferramentas e suas imediações quentes,

das 2 ou 3 gravuras para dentro do espaço

era liberada para trabalhar;

o simples contato causava a evaporação da

entre as matrizes; • O enorme peso do cabeçote trouxe

• A distribuição do pulverizado gerado neste único difusor e levado aos 100 bicos

água e a sedimentação do grafite que aderia nas superfícies (é formulado para isso);

consigo a necessidade de prever sistemas

de pulverização era um problema extre-

complexos de fim de curso para evitar

mamente complexo no sentido de não se

grafite com os billets (tarugos) aquecidos

os trancos do sistema pneumático. Logo

agredir o padrão de pulverização e não

a 1250 °C causa a sua queima e liberação

depois foram introduzidos sistemas

perder pressão de aplicação. Para garantir a

de água e CO2. Onde não há esta queima

lineares elétricos que tornaram a trajetória

saída homogênea do pulverizado os canais

o grafite fica aderido e a cada aplicação vai

mais controlável com cursos de aceleração

internos do cabeçote eram de seção cônica!;

se sobrepondo, acumulando, formando

• Nas gravuras, o contato da camada de

• O sistema de pulverização de atomi-

uma camada dura, indissolúvel, o chamado

mais suave e preciso, o que já convidou à

zação interna tem uma forte tendência de

build up (resíduos acumulados). A presen-

lubrificação em movimento, o que por sua

entupimento por deposição do grafite nos

ça deste grafite nas gravuras e gravações em

vez possibilita cabeçotes menores;

dutos. A presença das partículas de grafite

baixo relevo causa defeitos dimensionais

dentro das gotas de lubrificante causa um

nas peças forjadas que não podem ser

e desaceleração tornando o movimento

• Mas, continuando com os pneumá-

corrigidos por retrabalho e são causa de sucata. A única maneira de remoção desta crosta é mecânica, com talhadeira, espátula e martelo, escova, ponta montada num trabalhão insano; • Para piorar o build up, consta que na Europa grande parte das águas industriais Desmoldante

Água

Ar de sopro

são as chamadas “águas duras” com alto teor de minerais. Usar estas águas para diluição de uma dispersão de grafite causa a imediata floculação do grafite e, portanto, sua sedimentação, o que reforça o efeito de build up; • Mais afetados pelo problema do build up eram a ferramentaria e a manutenção, que tinha um trabalho enorme para

Fig. 1. Sequência dos meios da ida

16

- Abril 2019

remover o build up das gravuras e matrizes

LUBRIFICANTES DE MATRIZES

Henri Strasser

e destravar mecanismos engripados pelo grafite seco, e o pessoal chegou a solicitar ao formulador dos lubrificantes uma característica de lavabilidade da crosta formada, o que vem exatamente em colisão com o objetivo primeiro que é exatamente o de uma camada de aderência garantida.

Ar de sopro

Água

Em 1993, Iwama e Morimoto, da forjaria da Toyota publicaram

Desmoldante

um paper que tratava da influência do tamanho das gotículas do pulverizado sobre a vida de punções de forjamento a morno, que ficou conhecido como Toyota Paper, sobre o qual já comentamos nesta coluna e que resultou na técnica de pulverização de atomização externa, que passou a ser integrada nos equipamentos a partir de então.

Além disso, no processo de forjamento, o controle de temperatura da superfície de trabalho das gravuras está unicamente nas mãos da pulverização. Isso é conseguido pela remoção de calor irradiado e

Fig. 2. Sequência dos meios da volta

conduzido por contato pelos billets quentes e pelo calor gerado na

cartesiano, comandar não só a abertura e fechamento dos circuitos

conformação da peça forjada, isto é, o atrito entre a superfície metálica

de pulverização de lubrificante e água, bem como controlar a pres-

do billet e a superfície metálica da matriz, através da evaporação do

são e a vazão dos diversos meios (lubrificante, água, ar).

veículo água na pulverização do lubrificante de matriz, a assim chamada “Sprühkühlung”. Não há outras maneiras de remoção de calor.

Na refrigeração das matrizes também o tamanho da gotícula

Portanto, um robô industrial de 6 eixos com o seu sistema de comando apto a interfacear-se com o sistema geral, bem como controlar todas as funções de pulverização e sopro, um cabeçote

de pulverizado é importante pois quanto menores forem mais rá-

de pulverização com bicos de atomização externa, passou a ser

pido se evaporam e maior será a retirada de calor. Dessa maneira,

oferecido aos forjadores. Dessa forma, uma aplicação de precisão e

o bico de pulverização que aplica o lubrificante também aplica a

refrigeração com água isenta de grafite exatamente onde é necessá-

água de refrigeração.

rio com a quantidade necessária, trouxe uma redução considerável

A outra ideia que surgiu foi aplicar o lubrificante apenas onde era necessário, dentro das gravuras. Os sistemas de aplicação até então eram de um eixo linear, quando a prensa estava aberta entra-

de consumo de lubrificante com uma operação limpa e sem o aparecimento do build up.

Até meados dos anos 2000 ainda prevaleceu a ordem: prensa

vam entre as matrizes com cabeçotes no shape das gravuras. Uma

aberta, matrizes desocupadas, é hora do trabalho da pulverização.

vez chegado em posição a pulverização era acionada e permanecia

No entanto, este tempo, o tempo de pulverização que vai desde a

até que se “supunha” cumprida a tarefa de refrigeração e formação

liberação do lubrificador pela prensa até a liberação da prensa pelo

de camada de grafite.

lubrificador acabou sendo um tempo crítico dentro do ciclo grama

Mais tarde, foram introduzidos cabeçotes em forma de rodo

do processo! E era exatamente este tempo que começou a limitar as

com bicos alinhados e quando chegava no limite externo da gra-

quantidades horárias que precisavam ser aumentadas para preser-

vura era aberta a pulverização. Porém, o compromisso era de que

var a competitividade da forjaria!

desta forma também áreas que não eram gravura eram pulveriza-

A observação do trabalho de lubrificador humano com uma

dos, formando uma crosta seca e aderida, à vezes até dificultando o

pistola manual desabrochou numa nova ideia: robô com um

fechamento da prensa.

cabeçote pequeno lubrifica apenas a matriz que está livre. Isso faria

Normalmente um jato de ar chamado de power blast tirava a carepa e a água remanescente. Claro, espalhando estes resíduos pelas vizinhanças onde grudavam e formavam o build up. Imaginou-

com que o tempo de pulverização fosse “escondido” pelo tempo de manipulação do laminado e do forjado.

Claro, à 1ª vista isso não parece tão simples, principalmente no

-se então fazer uma aplicação de precisão que seria resumida à área

que se refere ao robô lubrificador: qual matriz está livre que devo

da gravura com poucos bicos, mas para isso eram necessários mais

lubrificar? Mas, num sistema totalmente automático onde todos

eixos de movimentação do que o monoaxial do início.

os componentes sabem exatamente o que o outro está fazendo,

Numa ideia arrojada resolveu-se lançar mão de robôs indus-

por exemplo, robô manipulador está retirando o forjado da matriz

triais de 6 eixos, já largamente difundidos, com sistemas completos

final significa que a matriz do bloqueador está livre e que o robô

de comando que poderiam, além de conduzir os bicos no espaço

lubrificador pode entrar ali. Da mesma forma, manipulou no Abril 2019 -

17

LUBRIFICANTES DE MATRIZES

Henri Strasser

“A observação do trabalho de lubrificador humano com uma pistola manual desabrochou numa nova ideia: robô com um cabeçote pequeno lubrifica apenas a matriz que está livre.” bloqueador a matriz final pode ser lubrificada.

fileira de bicos aplica água de refrigeração (a 2ª da ida que aplicava lubrificante) e a 2ª lubrificante. É claro que num arranjo desses o lubrificante precisa ser um rápido formador de camada a temperaturas elevadas com velocidades de passagem da ordem de 200mm/s.

Há uma outra possibilidade, com o robô entrando transversalmente ao eixo maior do forjado, com um cabeçote em forma de T ou mesmo duploT ou H que é o que poderíamos chamar de quase estática, uma vez em posição o cabeçote fica parado ou percorre

Assim até parece simples e se poderia até imaginar um traba-

um pequeno curso oval. Nesse caso praticamente cada bico é res-

lho semi-automático, mas suponha que haja uma terceira matriz a

ponsável por uma área da gravura, como antigamente, o que não

coisa já complica e só o “full automatic” consegue resolver. Há mais

chega a ser um problema, pelo contrário, com zonas de regulagem

uma questão a ser respondida: Quando o projeto prevê a entrada

de pressão de ar e lubrificante distribuídas estrategicamente se

do robô lubrificador no sentido longitudinal ao eixo maior do

pode resolver problemas de regiões muito quentes e outras muito

forjada, teremos um cabeçote relativamente pequeno com poucos

frias, por exemplo, melhor do que no processo dinâmico.

bicos que percorre a gravura como um rodo. A fixação de zonas

A utilização de 2 robôs com cabeçotes T permite a opção de

de velocidade permite a passagem em velocidade reguláveis de

lubrificar a matriz desocupada como no caso anterior. Ou 1 robô

tal modo que haja mais ou menos aplicação dos meios, além da

só com cabeçote longitudinal com bicos dedicados a áreas.

regulagem de pressão de ar e meio nestas zonas.

Enfim, são enormes as possibilidades que estão disponíveis

O estado da arte de um cabeçote de lubrificação dinâmica é o que mostram as Figs. 1 e 2, na ida por uma matriz é aplicado o ar de

através destes equipamentos para o aumento de produção e qualidade de forjados.

sopro de carepa, a 1ª fila de bicos pulveriza água de refrigeração e a 2ª fila aplica o lubrificante. Na volta, há uma inversão e o ar de sopro

Henri Strasser é engenheiro e sócio-diretor na Strasser Consultoria de

de carepa é expelido por tubos direcionados para trás, a agora 1ª

Projetos LTDA. Ele pode ser contatado em: henristrasser@uol.com.br.

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18

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SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Leandro Octaviano & Pedro Malaquias

Payback Positivo

A

utilização de simulações

temente da representatividade do comporta-

computacionais baseadas no mé-

mento do material inserido no software. Nas

todo dos elementos finitos nos

simulações de forjamento é necessário inserir

processos de forjamento se torna

as propriedades termofísicas e o comporta-

vantajosa devido aos seus elevados custos e

mento mecânico do material e, se necessário,

dificuldades técnicas inerentes ao processo.

das matrizes, sendo tudo em função da

Os processos de forjamento deman-

temperatura e da taxa de deformação. A

dam mão de obra qualificada, grandes

obtenção experimental dessas propriedades

Fig. 2. Peça metálica otimizada

quantidades de energia tanto para o aque-

tem valor elevado e é escassa na literatura,

ainda que a massa da rebarba simulada

cimento da peça, no caso de forjamento a

além de dependerem da composição química

tenha sido a mesma da rebarba real.

quente, quanto para funcionamento dos

da matéria prima e do seu processamento

martelos e prensas, consumo de matéria

anterior. É possível obter essas propriedades

simulações de maneira a se modificar a

prima e grande quantidade de horas de

através do software de cálculo de proprieda-

pré-forma utilizada para o processo de

trabalho que incluem tempo de pessoal

des de materiais JMatPro, inserindo então

forjamento, reduzindo-se a rebarba obtida.

e de maquinário. Esses custos são, ainda,

no software DEFORM para simulações do

Após algumas tentativas foi possível

maximizados nas atividades de implemen-

processo de forjamento.

reduzir em 50% a massa da rebarba obtida,

tação de um novo processo ou na solução de um problema crônico de produção.

Para exemplificar as capacidades dos

Posteriormente, foram realizadas

como pode ser observado na Fig. 2. Além

softwares de simulação computacional

da redução na rebarba, outros ganhos no

no forjamento utilizando o DEFORM e

processo também puderam ser investiga-

na redução dos custos na implementação de

o JMatPro, apresenta-se simulações do

dos a partir das simulações realizadas.

novos processos ou na resolução de problemas

forjamento a quente de um componente.

no sentido de reduzir a quantidade necessária

A rebarba formada no componente real

via simulação, ou a aquisição de um

de “tryouts”, reduzir a quantidade de matéria

como forjado antes da operação de corte

software como o Deform e o JMatPro,

prima, reduzir a quantidade de operações e

da rebarba bem como o resultado da simu-

dever ser compreendido como um

reduzir a quantidade de mão de obra. Vale

lação podem ser observados na Fig. 1.

investimento e não como um custo. No

As simulações computacionais atuam

lembrar, também, que as simulações ajudam

A rebarba real apresenta variações

Assim, o investimento em consultoria

caso da empresa de consultoria e represen-

de maneira efetiva nas tomadas de decisão,

na sua forma de uma peça para outra em

tação Sixpro, todos os seus trabalhos

sem substituir a necessidade de um “tryout”.

razão da prática operacional. Já a rebarba

partem de uma análise econômica, tendo

A capacidade de prever a realidade ou a

simulada considerou uma condição total-

como premissa um payback positivo e de

qualidade dos resultados obtidos por meio

mente controlada. Isso explica a diferença

curto período de tempo.

das simulações computacionais depende for-

visual entre as rebarbas real e simulada, Pedro Stemler é Assistente Técnico da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Mestrando em Metalurgia Física e graduado em Engenharia Metalúrgica pela UFMG. Leandro Octaviano Colaborador da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Graduando em Engenharia Mecânica pela Universida-

Fig. 1. Aspecto da rebarba a) forjada e b) simulada

de Federal de Minas Gerais (UFMG).

Abril 2019 -

19

>>> Matriz

Emprego da Teoria Elementar da Plasticidade para o Forjamento em Matriz Aberta de um Componente Cilíndrico Vazado - Parte II Fábio Junkes Corrêa - Laboratório de Transformação Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre (RS) Lirio Schaeffer - Laboratório de Transformação Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Porto Alegre (RS) O Forjamento em Matriz Aberta é o método mais apropriado para componentes de grande porte com geometria de revolução e quando há o propósito de provocar o seu alongamento. Para estimar o valor da força de forjamento, existem algumas formas como aplicação de modelos matemáticos, utilização de simulação numérica pelo método dos elementos finitos ou realização de experimentos físicos.

D

ando continuidade ao artigo Emprego da Teoria

to (l) do tarugo é de 110 mm. Para aplicação do segundo recalque,

Elementar da Plasticidade para o Forjamento em

conforme está representado na Fig. 6, o tarugo é rotacionado 90° em

Matriz Aberta de um Componete Cilíndrico Vaza-

torno do seu eixo axial (eixo y) e, com isso, estabelecido o mesmo

do, apresentamos aqui a segunda parte.A anterior

procedimento, porém é preciso calcular as dimensões resultantes da

pode ser encontrada na Banca Digital do Portal Aquecimento Industrial, no endereço www.aquecimentoindustrial.com.br/banca-digital/revista-forge.

aplicação do primeiro recalque.

Com as novas dimensões estabelecidas é possível aplicar a TEP. Para o emprego da TEP, foi utilizado um par de matrizes planas, induzindo um achatamento na região deformada como mostram

Material e Métodos

as Fig.s 5 e 6, utilizando-se o Método das Tiras. Para a inicialização

Para o Forjamento em Matriz Aberta, foi selecionado um tarugo

do procedimento matemático da TEP são necessários os dados de

cilíndrico vazado com o material AISI 4140. Conforme está repre-

entrada, como as constantes do material m1 = 0,0023, m2 = 0,116,

sentado na Fig. 5, a compressão foi efetuada a partir do contato entre

m3 = 0,131 e os dados do processo de forjamento (Tabela 1) para

o tarugo e as matrizes durante o forjamento, aplicando-se uma redução em altura (εh) de 10% em relação ao diâmetro inicial, ou seja,

Tabela 1. Dados de entrada do processo

considerando-se o diâmetro inicial (h0) de 183 mm, foi programado

Temperatura matrizes (ϑm)

um deslocamento (Δh) de 18,3 mm na direção z. A partir do contato

Temperatura das peças (ϑp)

1.100ºC

entre o tarugo cilíndrico e as matrizes, previu-se uma altura final

Dimensões do tarugo (Fig 3.)

Ø183x110 mm

Velocidade da ferramenta (vf)

5,0 mm/s

Têmpera e revenimento (μ)

0,4

(h1) de 164,7 mm. O avanço (contato ferramenta/peça) na direção y foi de 40% em relação ao comprimento do tarugo cilíndrico, equivalente a uma distância de 44 mm, considerando-se que o comprimen20

- Abril 2019

30°C

>>> Matriz

Tabela 2. Resultados da aplicação da TEP para o primeiro recalque

Tira

0

serem utilizados na equação 4.

Por se tratar de forjamento a quente, considera-se uma temperatura acima da temperatura de recristalização (BULLOCH, 2006).

O atrito interfacial entre as matrizes e a peça foi determinado um valor significativamente elevado, devido à possível formação de carepas durante o forjamento e por não possuir lubrificação adequada (BÖRDER, 2005).

αi

αi

[mm]

φ (hi) φ (hi) ln h/h0 vf/h [-] [s-1] [mm]

ρ

h0m

[mm] [mm] [°] [rad] [rad]

i

Fig. 5. Distância da aplicação do primeiro recalque

Δxi

x

him

0,0

0,0

0,0

0,0

0,38

183,0

164,7

0,105

0,030

1

9,4

9,4

0,0

0,0

0,38

182,6

164,7

0,103

0,030

2

18,7

9,4

0,0

0,0

0,38

180,7

164,7

0,093

0,030

3

28,1

9,4

0,0

0,0

0,38

177,0

164,7

0,072

0,030

4

37,5

9,4

0,0

0,0

0,38

171,2

164,7

0,038

0,030

5

46,9

9,4

0,0

0,0

0,38

163,1

161,3

0,011

0,031

6

56,2

9,4

0,0

0,0

0,38

152,5

152,0

0,003

0,033

7

65,6

9,4

0,0

0,0

0,38

138,6

138,3

0,002

0,036

8

75,0

9,4

0,0

0,0

0,38

120,3

120,2

0,001

0,042

9

84,3

9,4

0,0

0,0

0,38

94,9

94,8

0,001

0,053

10 93,7

9,4

0,0

0,0

0,38

40,0

39,9

0,001

0,125

Δσxi σxi kfi f(xi) σxi-1 = σxi Δxi.[g(xi) - f(xi).

Tira kf0.e-m. ϑ. φi g(xi) 2/h [tan(α i m2. φi m2 σxi +Δσxi 2/hi . kfi . + ρ) i tan (α + ρ) tan(α)] [MPa] [MPa] [MPa] 0

62,2

0,30

0,005

22,07

0,00

1

62,1

0,30

0,005

20,16

1,91

2

61,3

0,30

0,005

18,20

1,96

3

59,5

0,29

0,005

16,23

1,97

4

55,4

0,27

0,005

14,37

1,87

primeiros recalques, durante o forjamento de um tarugo cilíndrico

5

47,8

0,24

0,005

12,74

1,63

objetivando o seu alongamento. O procedimento matemático é

6

40,7

0,21

0,005

11,29

1,45

executado de forma sequencial, onde cada estágio subsequente

7

38,0

0,22

0,006

9,76

1,53

A partir da equação ordinária diferencial (equação 01) para o Método das Tiras foram iniciados os cálculos, aplicando as equações subsequentes (equações 05 a 13), objetivando calcular a força em cada tira. O modelo matemático foi aplicado para os dois

depende dos dados do estágio anterior para prosseguir os cálculos.

8

35,7

0,24

0,007

8,03

1,73

Após a aplicação do primeiro recalque na direção z, obtém-se uma

9

33,9

0,29

0,008

5,81

2,22

simetria plana em função do par de matrizes planas utilizadas no

10

30,9

0,62

0,020

0,00

5,81

Tira

σzi σzi = σxi + kfi

σzim σzi + σzi-1/2

ΔAi Δxi.li

Fzi/2 σzim.ΔAi

Fzi 2 x Fzi

[MPa]

[mm2]

[kN]

[kN]

processo, evidenciando que a tensão em z é distribuída na direção x, provocando o alargamento do tarugo. A partir das dimensões iniciais e finais da peça forjada (Fig.s 5 e 6) é aplicada a TEP.

i

[MPa]

Resultados

0

84,3

84,3

0,0

0,0

0,0

Como ponto de partida, o tarugo cilíndrico foi discretizado (Fig.

1

82,2

83,3

447,3

37,2

74,5

7 e 8), dividindo-as em 10 tiras, mostrando uma vista da seção

2

79,5

80,9

447,3

36,2

72,4

transversal do tarugo cilíndrico antes e depois de submetido ao

3

75,8

77,6

447,3

34,7

69,5

4

69,7

72,7

447,3

32,5

65,1

5

60,5

65,1

447,3

29,1

58,3

6

52,0

56,3

447,3

25,2

50,3

7

47,7

49,8

447,3

22,3

44,6

8

43,7

45,7

447,3

20,5

40,9

9

39,7

41,7

447,3

18,7

37,3

10

30,9

35,3

447,3

15,8

31,6

primeiro recalque e ao segundo recalque. Enquanto a Fig. 7 mostra a discretização da peça para o primeiro recalque, a Fig. 8 mostra a discretização para o segundo recalque. As tiras são cotadas usando a expressão ∆xi (xi - xi-1) para, posteriormente, calcular as tensões na direção x.

As Fig.s 7 e 8 mostram a altura menor e maior de cada tira e, para a realização dos cálculos, considerou-se a altura média, tanto para as tiras antes de serem comprimidas (h0m) como para as tiras

Força Total:

Abril 2019 -

544,4 kN

21

>>> Matriz

Tabela 3. Resultados da aplicação TEP para o segundo recalque

Tira

Δxi

x

αi

αi

[mm]

him

h0m

[mm] [mm] [°] [rad] [rad]

i

φ (hi) φ (hi) ln h/h0 vf/h [-] [s-1] [mm]

ρ

0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,38

187,4

164,7

0,129

0,030

1

8,5

8,5

0,0

0,0

0,38

187,0

164,7

0,127

0,030

2 17,0

8,5

0,0

0,0

0,38

185,5

164,7

0,119

0,030

3 25,5

8,5

0,0

0,0

0,38

182,5

164,7

0,102

0,030

4 34,0

8,5

0,0

0,0

0,38

177,7

164,7

0,076

0,030

5 42,5

8,5

0,0

0,0

0,38

171,2

164,7

0,038

0,030

6 51,0

8,5

0,0

0,0

0,38

162,6

160,4

0,014

0,031

7 59,5

8,5

0,0

0,0

0,38

151,7

149,8

0,013

0,033

8 68,0

8,5

0,0

0,0

0,38

137,8

135,5

0,017

0,037

9 76,5

8,5

0,0

0,0

0,38

119,7

117,0

0,023

0,043

10 85,0

8,5

0,0

0,0

0,38

94,6

93,1

0,017

0,054

Fig. 6. Distância da aplicação do segundo recalque

Δσxi σxi kfi g(xi) f(xi) σxi-1 = σxi Δxi.[g(xi) - f(xi).

Tira kf0.e-m. ϑ. φi 2/hi . kfi . m2. φi m2 tan (α + ρ) 2/hi [tan(α σxi +Δσxi + ρ) i tan(α)] [MPa] [MPa] [MPa] 0

63,7

0,310

0,005

31,3

0,0

1

63,6

0,309

0,005

27,5

3,8

2

63,1

0,307

0,005

23,9

3,6

3

62,0

0,301

0,005

20,5

3,4

4

59,9

0,291

0,005

17,3

3,2

5

55,4

0,269

0,005

14,5

2,9

6

48,9

0,244

0,005

11,9

2,6

7

48,0

0,257

0,005

9,3

2,6

depois de serem comprimidas (him). A primeira tira, por exemplo,

Fig. 7. Aplicação do Método das Tiras em um tarugo cilíndrico vazado. a) Antes do primeiro recalque. b) Depois do primeiro recalque

8

49,0

0,290

0,006

6,5

2,8

tem um altura máxima de 183 mm e uma altura mínima de 181,2

9

49,9

0,342

0,007

3,4

3,1

mm. Com isso, o valor médio da primeira tira é de 182,1 mm

10

46,6

0,400

0,009

0,0

3,4

como apresentado na cotagem da Fig. 7.

σzi σzi = σxi + kfi

σzim σzi + σzi-1/2

ΔAi Δxi.li

Fzi/2 σzim.ΔAi

Fzi 2 x Fzi

MPa]

[mm2]

[kN]

[kN]

Tira i

[MPa]

Para calcular a tensão de escoamento (kƒ), a partir da equação 04, em cada tira é usada a deformação (ϕh) na direção da altura (equação 02), a velocidade de deformação φh na direção da altura (equação 03) e a temperatura (ϑ) de 1.100ºC. Calcula-se a tensão (σx) na direção x a partir da equação 07 que

0

95,0

95,0

0,0

0,0

0,0

1

91,1

93,1

447,3

41,6

83,2

leva em consideração o resultado da aplicação das equações 05 e 06

2

87,1

89,1

447,3

39,8

79,7

para calcular g(xi) e f(xi) as quais fazem parte da equação diferencial

3

82,6

84,8

447,3

37,9

75,8

ordinária. Para calcular g(xi) e f(xi) é preciso identificar “α” quando

4

77,3

79,9

447,3

35,7

71,5

5

69,8

73,5

447,3

32,9

65,8

houver ângulo entre as tiras e calcular “ρ” aplicando arctg(μ). Com a

6

60,8

65,3

447,3

29,2

58,4

7

57,3

59,1

447,3

26,4

52,8

8

55,5

56,4

447,3

25,2

50,5

9

53,3

54,4

447,3

24,3

48,7

10

46,6

50,0

447,3

22,3

44,7

tensão de escoamento (kƒ) e com a tensão (σx) na direção x é possível calcular a tensão (σz) na direção z através a aplicação do Critério de Escoamento de Tresca (equação 10), encontrando a tensão na direção z em cada tira. Após encontrar a tensão em z em cada tira e, calculando a área superficial de contato ferramenta/peça (equação 12), é calculada a força em cada tira (equação 13), possibilitando

Força Total:

22

- Abril 2019

631,0 kN

encontrar a força final para aplicação do recalque.

>>> Matriz

Agradecimentos Os autores agradecem o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e as instituições de apoio financeiro como CNPq e CAPES. Referências [1] BÖRDER, C.: Análise do coeficiente de atrito no ensaio do anel para o forjamento a quente. Trabalho de curso do Mestrado Profissionalizante em Engenharia Automotiva da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo 2005; [2] BULLOCH, J. H.; YOUNES, C. M.; BERNARD, P. J.; HEARD, P. A detailed fitness-for-purpose assessment of turbine valve spindles. Engineering Failure Analysis, v. 13, Issue 5, p. 747-766, 2006.

Fig. 8. Aplicação do Método das Tiras em um tarugo cilíndrico vazado. a) Antes do segundo recalque. b) Depois do segundo recalque

O modelo matemático é empregado para a metade da peça como representado nas Fig.s 7 e 8. Assim, a força (F) calculada

[3] CLEARY, P. W.; PRAKASH, M.; DAS, R.; HA, J.: Modelling of metal forging using SPH. Applied Mathematical Modelling, v. 36, Issue 8, p.

3836-3855, 2012; [4] COLOMBO, T. C.: A. Análise numérica do Forjamento em Matriz

para cada tira é multiplicada por dois para encontrar a força neces-

Aberta para a produção de eixos vazados. Dissertação de Mestrado

sária considerando as duas metades, ou seja, a peça inteira.

em Engenharia Metalúrgica – Programa de Pós-Graduação em Enge-

Nas tiras 6, 7, 8, 9 e 10 das Fig.s 7 e 8 é observado que, apesar de não haver o contado com a ferramenta, ocorre uma redução da al-

nharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais – PPGEM, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre - RS, 2012.

tura, em função da compressão causada pelo par de matrizes planas.

[5] EDELMAN, F.; DRUCKER,: D. C. Some extensions of elementary plasti-

Entretanto, a redução provocada nas primeiras linhas (1, 2, 3, 4 e 5) é

city theory.Journal of the Franklin Institute, v. 251, Issue 6, p. 581-605,

dissipada para as demais linhas reduzindo as alturas das tiras.

June 1951;

A Tabela 2 mostra o resultado dos cálculos, baseado na TEP, utilizando o Método das Tiras, para o primeiro recalque do tarugo

[6] FERESHTEH-SANIEE, F.; JAAFARI, M.: Analytical, numerical and experimental analyses of the closed-die forging.Journal of Materials

cilíndrico (Fig. 7). O somatório das forças localizadas em cada tira

Processing Technology. v. 125-126, p. 334 – 340, September 2002;

permite a determinação do valor da força total (Ftotal) para execu-

[7] KCHAOU, M.; ELLEUCH, R.; DESPLANQUES, Y.; BOIDIN, X.; DEGALLAIX,

ção do primeiro recalque que foi de 544,4 kN. O segundo recalque é efetuado da mesma forma que o primeiro, onde a peça é discretizada como mostra a Fig. 8. Neste caso, divide-se também em 10 tiras a partir da linha de centro até a periferia do tarugo. A Tabela 3 mostra os resultados obtidos no segundo recalque (Fig. 08). O somatório das forças localizadas em cada tira permite a determinação da força total que é de 631,0 kN.

G.: Failure mechanisms of H13 die on relation to the forging process – A case study of brass gas valves. Engineering Failure Analysis, v. 17, Issue 2, p. 403-415, 2010; [8] MARTINS, P., RODRIGUES, J. Tecnologia Mecânica. Vol 1. Capítulo 7: Método da Fatia Elementar, p. 389-411, Lisboa: Escolar Editora, 2005; [9] SCHAEFFER, L.: Forjamento: Introdução ao Processo. 2ª Edição. Porto Alegre – RS: Editora Imprensa Livre, 2006; [10] SCHAEFFER, L.; ROCHA, A. S.: Conformação Mecânica: Cálculos

Conclusão

Aplicados em Processos de Fabricação. 1ª Edição. Porto Alegre – RS:

Com base nas informações inicias como as propriedades mecâni-

Editora Imprensa Livre, 2007.

cas do material e as dimensões do componente com geometria de revolução foi possível aplicar a Teoria Elementar da Plasticidade e,

O autor Fábio Junkes Corrêa é engenheiro mecânico no Laboratório de

com isso, estimar o valor da força total exigida para forjar o com-

Transformação Mecânica (LdTM), Departamento de Metalurgia, UFRGS,

ponente analisado em cada estágio. Contudo, quando há a neces-

Porto Alegre (RS), fabio.correa@ufrgs.br. O coautor Lirio Schaeffer é

sidade de mensurar a força requerida de forjamento de um com-

Prof. Dr. -Ing. Coordenador do Laboratório de Transformação Mecânica

ponente, pode-se aplicar a TEP para prever a força de forjamento

(LdTM), Departamento de Metalurgia, PPGEM, UFRGS, Porto Alegre

sem precisar recorrer a softwares de simulação computacional,

(RS), schaefer@ufrgs.br.

reduzindo custos do processo de forjamento.

Abril 2019 -

23

>>> Micro Forjamento a Frio

Micro Forjamento a Frio Ajuda a Estender a Vida Útil de Matrizes Brian Guild e Karan Billing - Accurapuls Canada Inc.; Edmonton, Alberta - Canadá O desgaste e a falha final das matrizes de forjamento são inerentes ao processo de forjamento de metal.

A Accurapuls Canada Inc. oferece um micro processo de forjamento a frio (ou “hammer-peening”) que trabalha a frio toda a superfície de uma matriz para endurecer, acabar e/ou manter a integridade da superfície da matriz.

M

atrizes de forjamento são propensas a vários

forjamento são a dureza e a rugosidade da superfície.

mecanismos de falha, e a substituição ou reparo

Neste artigo, discutiremos essas falhas com mais detalhes e

pode ser dispendioso e demorado. Por esta razão,

como o micro forjamento a frio pode oferecer uma solução eficaz e

é importante dar todos os passos possíveis para

econômica para esses desafios.

maximizar a vida útil da ferramenta.

Matrizes de forjamento experimentam dois tipos de fadiga. O

Micro Forjamento a Frio

primeiro é em forjamento a frio, onde o contato repetido com uma

O micro-forjamento a frio (MCF - Micro Cold Forging), também

peça de trabalho leva à fadiga mecânica. A segunda é em forjamen-

conhecido como machine hammer peening, é um processo auto-

to a quente, onde a matriz de forjamento sofre fadiga térmica além

matizado de tratamento de superfície que emprega um martelo de

da fadiga mecânica. Essas tensões térmicas levam a rachaduras na

peening controlado eletronicamente fixado a uma máquina-ferra-

superfície da matriz. Esse fenômeno é comumente chamado de

menta CNC, robô ou máquina para fins especiais. A fresadora CNC

"verificação de calor".

que executa os cortes finais de fresamento é a mais usada, portanto,

Outra causa comum de falha na matriz é o desgaste. Isto é especialmente verdadeiro em aplicações de forjamento de matriz aberta. No forjamento de matriz aberta, um tarugo aquecido é co-

outra máquina ou configuração não é necessária. A Fig. 2 mostra o martelo MCF preso a um robô.

A máquina-ferramenta manipula o martelo em direção à su-

locado na metade inferior de um conjunto de matrizes correspon-

perfície da matriz da peça da mesma forma que faria com uma

dente. À medida que a metade superior do conjunto de matrizes

ferramenta de corte, e o dispositivo pontiagudo com ponta esférica

é forçada para baixo sobre o tarugo aquecido, a peça de trabalho é

entra em contato e percorre a superfície, conferindo uma força de

deformada no formato da matriz como material e a rebarba é con-

impacto rápida e recíproca. Tanto a frequência de impactos (até 500

vertida para além da superfície da matriz. Dois fatores principais

marteladas por segundo) quanto a força de impacto (até 400 libras

que afetam o desempenho de desgaste das superfícies de matriz de

por acerto) são variáveis para otimizar os resultados. A Fig. 3 mostra

Tarugo aquecido

Deformação plástica Matriz superior

Fig. 1. Forjamento por impressão da matriz

24

- Abril 2018

o martelo operando em uma matriz de forjamento.

Um de nossos clientes usa esse processo para dar acabamento e

Rebarba

manter suas matrizes de forjamento. No passado, quando rachaduras

Matriz inferior

ou desgaste ocorriam na superfície das matrizes, eles teriam que refazer a matriz removendo até 30 mm de material. No entanto, eles agora

>>> Micro Forjamento a Frio

mente forçado além de seu limite de resistência durante as operações de forjamento, o material eventualmente falhará. Esta falha é geralmente na forma de rachaduras na superfície, fazendo com que a matriz produza peças fora da tolerância com um acabamento superficial ruim até que seja reparada.

a)

No forjamento a quente, não apenas as matrizes experimentam a fadiga mecânica associada ao martelamento repetido de uma peça de trabalho, eles também sofrem fadiga térmica. Quando a superfície da

Fig. 2. Dispositivo de forjamento a frio montado no robô Kuka

Fig. 3. Operação de martelamento em uma matriz de forjamento

matriz é repetidamente aquecida e resfria-

implementaram uma nova abordagem.

da peça de trabalho original. Em outras

a tensões internas no material. A formação

palavras, uma matriz de forjamento feita de

de fissuras como um produto da fadiga

ladas (peened) antes de serem usadas na

aço de ferramenta muito duro não terá o

térmica é comumente referida como "veri-

produção. Em intervalos periódicos, quando

mesmo aumento de dureza que uma matriz

ficação de calor" (heat checking).

uma matriz sofre desgaste em áreas de alta

de aço com baixo teor de carbono.

Matrizes recém-fabricadas são marte-

tensão, ela é polida manualmente para re-

Mesmo em aços duros, nosso processo

da, os ciclos de expansão e contração levam

Os engenheiros costumam estimar o limite de resistência das ligas de aço como

mover o material danificado. Depois disso, as

pode fornecer aumentos significativos de

sendo metade da resistência à tração final do

áreas danificadas são re-peened e nitretadas.

dureza. Por exemplo, em aço AISI 1045 tem-

material. O endurecimento por tensão é uma

Usando este método, nosso cliente eliminou

perado, observamos que a dureza Vickers

maneira conhecida de aumentar a resistência

efetivamente a formação de rachaduras em

aumenta até 9,9%, de 527 HV para 579 HV

à tração final de um material. O processo de

HRC)[4]. O

aço ferramenta AISI

suas matrizes de forjamento usando o MCF.

(51-54,1

Eles relataram que suas matrizes estão duran-

H13, um aço típico usado em matrizes de

superfície da peça de trabalho. Por esta razão,

do 95% a mais entre intervalos de reparo. Em

forjamento a quente, é temperado de sua

é uma excelente maneira de aumentar a vida

outro exemplo, um cliente aumentou em até

dureza Vickers original de 177 HV para uma

útil das matrizes de forjamento.

dez vezes a vida útil de suas matrizes.

dureza que varia de 370 HV a 560 HV (37.753 HRC), dependendo da aplicação.

Melhorias na Natureza

MCF efetivamente endurece por tensão toda a

Ótima Rugosidade da Superfície

Como o MCF é um processo de tra-

A rugosidade da superfície das matrizes de

O desgaste é um tema complexo, especial-

balho a frio, os aumentos de dureza de-

forjamento é um assunto delicado. Se a su-

mente difícil de quantificar e analisar pelo

pendem da força de rendimento. Os aços

perfície da matriz for muito áspera, a matriz

fato de existirem vários mecanismos e tipos

H13 e 1045 que são resfriados a alta dureza

sofrerá um desgaste abrasivo maior, levando

de desgaste. O mecanismo de desgaste de

têm uma força de escoamento semelhante

a uma falha mais rápida e a um acabamento

forjamento mais prevalente é a abrasão. O

e respondem de maneira semelhante ao

superficial ruim da peça forjada. Uma super-

desgaste abrasivo é governado pela relação

nosso processo de acabamento superficial.

fície de matriz excessivamente lisa diminui

de dureza entre o material abrasivo (neste

Com base nessas informações, o MCF é

a retenção de lubrificante entre a matriz e

caso, a peça de trabalho) e o material gasto

uma opção viável para aumentar a dureza e

a peça de trabalho. O intervalo ideal para a

(neste caso, o molde). Se a matriz for mais

o desempenho de desgaste de suas matrizes

rugosidade média aritmética de matriz de

dura que a peça de trabalho, a taxa de des-

de forjamento a quente.

forjamento (Ra)está fora da especificação. O

gaste da matriz será bastante reduzida[2].

Nosso processo mostrou aumentar a dureza da superfície em profundidades de até 1,4

mm[3]. Os

aumentos de dureza estão

inversamente correlacionados com a dureza 26

- Abril 2018

processo de polimento manual é, portanto, Melhorando o Desempenho de Fadiga

inconsistente. O polimento manual de uma

Em última análise, as falhas de fadiga redu-

matriz de forjamento requer um conjunto

zem-se ao limite de resistência do material.

de habilidades muito específico, e pode

Quando o material da matriz é repetida-

ser difícil conseguir pessoal capacitado. As

>>> Micro Forjamento a Frio

Annals, vol. 65, no. 2, pp. 809-832, 2016;

ramentas de corte de consumíveis especiais que realmente “cortam” o aço em vez de

[4] B. Adjassoho, E. Kozeschnik, C. Lechner, F.

simplesmente deslizar, raspar ou arrastar

Bleicher, S. Goessinger and C. Bauer, “In-

a superfície, o que pode levar a defeitos

duction of Residual Stresses and Increase

superficiais. Em terceiro lugar, as operações

of Surface Hardness by Machine Hammer

de corte simplesmente não conseguem

Peening Technology,” Annals of DAAAM for

uma suavidade perfeita. Portanto, apesar

2012 & Proceedings of the 23rd Internatio-

das melhores práticas de fresamento final,

nal DAAAM Symposium, vol. 23, no. 1, pp.

697-702, 2012;

o polimento secundário continua sendo um processo necessário para obter a rugo-

[5] D. Nowak, “Investigation of Surface Roughness and Lay on Metal Flow in Hot

sidade superficial desejada.

Forging,” Master’s, Marquette University,

A automação deste processo de poliFig. 4. Peça de amostra usinada (observe a transição entre a superfície fresada e a superfície acabada)

2014;

mento através do MCF é uma excelente alternativa ao polimento manual ou ao fre-

[6] Lechner, C., Bleicher, F., Haberson, C., Bauer,

partículas cerâmicas transportadas pelo

samento de superfície avançado para obter

C. and Goessinger, S., “The use of Machine

ar do equipamento de polimento também

as especificações de suavidade da superfície

Hammer Peening technology for smoothe-

representam um risco para a saúde do pes-

necessárias. Os potenciais benefícios e eco-

ning and structuring of surfaces,” Annals of

soal. O polimento manual também é um

nomias de introduzir este processo em aca-

DAAAM for 2012 & Proceedings of the 23rd

processo muito demorado.

bamento e reparo de matriz de forjamento

International DAAAM Symposium, 23(1), pp.

só começaram a ser descobertos.

331-336, (2018).

Uma maneira de abordar a necessidade de um acabamento de superfície altamente refinado é usinar a superfície da matriz da

Referências

O autor principal Brian Guild é VP, Diretor de

forma mais suave possível antes do poli-

[1] M. Groover, Fundamentals of Modern

Comunicações da Accurapuls Canada, Inc. Ele

mento. No entanto, esse método também possui limitações inerentes. Em primeiro lugar, essas operações de corte exigem

Manufacturing, 5th ed. Hoboken, NJ: John

pode ser contatado em +1 780-445-0920 ou

Wiley & Sons, Inc., 2013, p. 446;

brian@accurapuls-canada.com. O co-autor

[2] Pintaude, Giuseppe & Sinatora, Amilton

Karan Billing é analista técnico na Accurapuls

muito tempo de usinagem, utilizando as

& Albertin, E. (2005). A review on abrasive

Canada, Inc. Ele pode ser alcançado em +1 780-

melhores e mais caras máquinas-ferramen-

wear mechanisms of metallic materials;

802-0125 ou karanbillingeit@gmail.com. Para

ta, com altas velocidades, avanços, precisão,

[3] V. Schulze, F. Bleicher, P. Groche, Y. Guo and

rigidez e capacidade de processamento de

Y. Pyun, “Surface modification by machine

programas. Em segundo lugar, requer fer-

hammer peening and burnishing,” CIRP

adicional informações visite https://accurapuls-canada.com.

Prensas de uma coluna

Tesouras p/ corte barras de aço, frio e quente

Prensas de duas colunas

Máquinas de forjamento

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Abril 2018 -

27

>>> Aços Limpos

A Evolução dos Aços Limpos Fig. 1. Barras Gerdau SBQ em um leito de resfriamento

Eduardo Scheid e Denise Correa de Oliveira – Gerdau Special Steel North America; Monroe, Michigan - EUA Melhorias nos processos de fabricação de aço resultaram em avanços na sua limpeza que, por sua vez, geram produtos de uso final de alta qualidade. O aço limpo é produzido controlando-se criteriosamente os parâmetros nas operações de fusão, refino, desgaseificação e lingotamento. A demanda por aços limpos continuará a aumentar devido à pressão global por eficiência energética e regulamentações mais rígidas de emissão de CO2.

O

aço é um material incrível quando se considera sua

em dois grupos: exógeno e endógeno. As inclusões exógenas são

versatilidade. O aço pode alcançar as características

formadas a partir de interações químicas ou mecânicas não inten-

necessárias para uma vasta gama de produtos finais;

cionais e da reoxidação do aço líquido com seus arredores, como

é relativamente de baixo custo comparado a muitos

escórias, pó de molde e refratários. Elas são maiores que as inclu-

outros materiais; é infinitamente reciclável sem perda de proprie-

sões endógenas, que são normalmente formadas devido às reações

dade; e pode ser produzido em massa, com produção global anual

durante o processo de refino. Inclusões endógenas são geralmente

de mais de 1,5 bilhão de toneladas.

classificadas como sulfetos, aluminas, silicatos e outros óxidos. Elas podem ser de tamanhos muito pequenos, tornando-as mais difíceis

O Que é Aço Limpo?

de flotar no aço líquido.

Em comparação com apenas algumas décadas atrás, melhorias nos

A composição, o tamanho, a quantidade e a distribuição de in-

processos de fabricação de aço e avanços nos métodos de avaliação

clusões têm um grande efeito nas propriedades de uma peça. O pa-

melhoraram substancialmente a qualidade do aço. Esses avanços

pel dos produtores de aço limpo é minimizar as inclusões e, conse-

resultaram em extremo controle de composição química, bem

quentemente, reduzir seu efeito prejudicial sobre os produtos finais.

como de novas técnicas de refino para aumentar a limpeza do aço.

Peças de aço, particularmente peças móveis para aplicações

Este alto nível de limpeza é o que a indústria chama de aço limpo.

em equipamentos de transporte, são especialmente suscetíveis aos

Simplificando, os aços limpos possuem elevado controle de inclu-

efeitos de inclusões não metálicas. Essas inclusões podem contri-

sões não-metálicas, com limites restritos em termos de tamanho,

buir para reduzir a vida útil em fadiga em peças expostas a rotação

forma, composição, distribuição e frequência. Como resultado, os

contínua, como cubos de roda, engrenagens de transmissão e eixos,

aços limpos são capazes de superar outros materiais e se destacam

virabrequins e eixos de comando de válvulas. Falhas prematuras

em condições de altas cargas aplicadas, como usados em equipa-

nesses componentes altamente solicitados impulsionaram para o

mentos de transporte e outras aplicações.

desenvolvimento de aços mais limpos.

Inclusões não metálicas são partículas formadas no proces-

Muitos estudos sobre a composição e forma das inclusões fo-

so de fabricação de aço. Essas partículas podem ser classificadas

ram conduzidos para entender a relação entre o tipo de inclusão,

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- Abril 2019

Índice de contagem relativa de inclusões

>>> Aços Limpos

4.0

Teste de ultrassom por imersão de alta frequência

3.0

2.0

1.0

0.0

Processo padrão

Processo de aço limpo

Fig. 2. O teste de ultrassom por imersão fornece uma análise sofisticada de potenciais defeitos em uma amostra representativa do material

Fig. 3. Um exemplo de um resultado de teste de ultrassom por imersão

interface entre aço e inclusão, e iniciação de trincas. Por exemplo,

um aspecto importante na produção de aço limpo. Recentes desen-

o efeito na interface inclusão-aço tem sido de particular interesse.

volvimentos na tecnologia de lingotamento, tais como simulação

Sulfetos, aluminas e outros óxidos têm diferentes comportamentos

de fluidodinâmica (CFD - Computer Fluid-Dynamics) e modelos

de ligação e terão efeitos diferentes no aço. Pesquisas mostram que

utilizando água, têm sido usados para estudar o comportamento

inclusões que facilmente se desconectam da matriz de aço , como a

de fluxo. O objetivo é estudar os melhores modelos de distribuidor e

alumina, são as que geram microfissura inicial rápida, consequen-

modificadores de fluxo para aumentar a flotação de inclusão e evitar a

temente reduzindo a vida em fadiga.

re-oxidação do aço, além de diminuir a turbulência.

Além disso, refratários usados em revestimentos do distri-

Como é Produzido Aço Limpo

buidor, dispositivos de proteção e válvula submersa tem sido

O processo de produção de aço limpo começa no pátio de sucata.

melhorados tanto em materiais quanto em projeto. Esforços sig-

Sucatas com quantidades limitadas de certos elementos, como cobre,

nificativos tem sido feitos para evitar a re-oxidação resultante do

estanho, enxofre e fósforo, resultarão em aços mais limpos. As ligas

contato entre o ar e o aço durante o lingotamento. Os aços limpos

usadas na produção de aço limpo também precisam de controles de

são lingotados sob uma atmosfera protetora usando gases inertes

qualidade rigorosos em relação à sua composição química e elemen-

como o argônio e, às vezes, nitrogênio para protegê-los do contato

tos residuais.

com o ar. As tecnologias de inertização com argônio no distribui-

Diversos parâmetros-chave do processo de fusão, refino,

dor, alem de pós de moldes e pós de cobertura de distribuidor,

desgaseificação e vazamento são então controlados apropriadamente

assim como novos dispositivos de controle de adição de fluxo estão

para produzir o aço líquido com os atributos certos. Estes incluem

em constante evolução.

o controle do nível de oxigênio no aço (desde o vazamento até o produto final), engenharia de escória e controle de composição

Como Aço Limpo é Medido

química. Também é importante que ocorra mínima passagem de

Testes não destrutivos das barras de aço, como inspeção automática

escória quando o aço líquido é transferido do forno para a panela,

de ultrassom e campo magnético, são o primeiro filtro para entender

onde começa o refino secundário.

a limpeza do aço e oferecer feedback para melhoria do processo.

O refino secundário é composto de dois estágios: refino e de gaseificação. Durante o refino, a composição química do aço e da

Mesmo os aços mais limpos terão algum pequeno nível de impureza, o que é inerente ao processo.

escória e a temperatura do aço são ajustadas até que os resultados

Portanto, é importante entender a limpeza do aço e sua capa-

desejados sejam alcançados. O aço é então enviado para a estação

cidade de atender a função do produto final. Tamanho e localiza-

de desgaseificação a vácuo, onde é agitado sob vácuo para remover

ção das inclusões podem influênciar o desempenho final. O nível

gases indesejados, como hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Nesta

aceitável de limpeza do aço para um determinado produto pode

fase, é importante monitorar a pressão, vazão e tempo, a fim de se

não ser aceitável para outros. Por exemplo, rolamentos, engrena-

obter uma interação adequada entre escória e aço.

gens e eixos têm processos de produção únicos, com suas próprias

Uma vez que o processo de desgaseificação a vácuo esteja com-

necessidades específicas de teste de produtos. O teste de fadiga é

pleto, o foco é evitar a re-oxidação e promover a flotação das in-

um bom exemplo. Além dos testes tradicionais de flexão, torção e

clusões antes da solidificação. Essa "metalurgia terciária" tornou-se

fadiga tração-compressão, podem ser necessários testes mais espeAbril 2019 -

29

>>> Aços Limpos

Sobre a Gerdau A divisão norte-americana de aços especiais da Gerdau é especializada na produção de aços para os mercados de veiculos leves e pesados, agricola, equipamentos de construcao e industrial em geral. A divisão está sediada em Jackson, Michigan, e tem plantas de produção de aço em Jackson e Monroe, Michigan, e Fort Smith, Arkansas. A empresa também tem uma instalação de tratamento térmico de aço em Huntington, Indiana.

A Gerdau está focada em tecnologias de aço limpo e continua a dar passos significativos na produção sustentável de aços limpos. Com os recentes processos de Aciaria desenvolvidos, além dos controles rígidos, a Gerdau está produzindo aços com qualidade de rolamento em seus lingotamentos contínuos. Em 2019 a usina de Monroe passa a produzir blooms de 240 mm, o que resultará em maior grau de redução, melhor qualidade superficial e aços mais limpos com menos inclusões. A Gerdau também está investindo mais de US $ 70,3 milhões nos próximos três anos para atualizar as tecnologias de forno a arco elétrico e refino secundário na planta de Monroe. cíficos, como teste de fadiga de contato para rolamentos e teste de

ternários. Esta técnica está sendo usada como uma ferramenta para

fadiga por flexão de dentes para engrenagens.

feedback do processo e Pesquisa e Desenvolvimento.

Historicamente, métodos indiretos foram usados para corre-

Outro bom exemplo é o teste ultrassônico de imersão. Frequ-

lação com a limpeza, como o teor de oxigênio e aumento de nitro-

ências de 10 a 100 MHz são usadas para investigar a quantidade

gênio. O conceito é que quanto menos exposição o aço tem para à

de inclusões em um determinado volume de aço. Este é um desen-

atmosfera, menor é a captação de oxigênio e nitrogênio, tornando o

volvimento significativo, considerando que essas inclusões eram

aço mais limpo. Hoje, esse conceito evoluiu para incluir diferentes ti-

microscópicas previamente determinadas em seções transversais

pos de caracterizações e criou mais discussões sobre essa correlação.

polidas e microscópios óticos. Agora, um volume muito mais re-

Métodos tradicionais de avaliação de limpeza do aço, como

presentativo de um lote de pode ser avaliado com segurança.

ASTM E45, ISO 4967 e JIS G 0555, foram complementados por testes de dissolução ácida, teste em espectrômetro de emissão ótica

O Futuro do Aço Limpo

(OES-PDA), análise de microscopia eletrônica de varredura, análi-

A demanda por aços limpos continuará a aumentar devido a pressão

se estatística de valor extremo e testes de ultrassom por imersão.

global por eficiência energética e regulamentações mais rígidas de

Técnicas recentes de investigação estão considerando inclusões

emissão de CO2. Os fabricantes de autopeças e veículos (principalmente

tão pequenas quanto 1 micrômetro. Além disso, a composição

automotivos) continuarão desenvolvendo projetos objetivando redução

química da inclusão pode ser determinada por recursos automati-

de peso, para melhor eficiência de combustível e expectativas de desem-

zados de microscopia eletrônica de varredura, que plotam as com-

penho mais altas, levando a um aumento na demanda de qualidade em

posições químicas e tamanhos das inclusões em diagramas de fase

toda a cadeia de fornecimento, incluindo os produtores de aço.

Tecnologias futuras para produzir aço limpo incluirão ter mais visibilidade de testes de produtos em tempo real. O surgimento de testes de ultrassom de imersão de alta frequência elevou a capacidade de detectar inclusões não metálicas muito pequenas que não eram possíveis de serem detectadas no passado. Ser capaz de controlar essas pequenas inclusões através da combinação de diferentes técnicas, poderá ser a chave para avanços reais.

O co-autor Eduardo Scheid, BSc., é engenheiro metalúrgico. Ele pode ser encontrado em eduardo.scheid@gerdau.com. Co-autora Denise Correa de Oliveira, MSc, PhD, é engenheira de materiais. Ela pode ser encontrada em

Fig. 4. Um microscópio eletrônico de varredura é usado para observar superfícies de amostras com ampliações extremamente altas para caracterizar a estrutura geral e a química de uma amostra

30

- Abril 2019

denise.oliveira@gerdau.com. Ambos os autores são especialistas em P&D da Gerdau Special Steel North America em Monroe, Michigan, EUA.

04 E 05

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>>> Aços Limpos

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Forjamento 7 th Forging Technology Seminar Nov 04 and 05 Abril 2019 -

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>>> Processos

Gerenciamento de Recursos Via Integração de Sistemas MES/ERP Ron Beltz - Throughput Consulting, Inc.; Delafield, Wisconsin - EUA Neste primeiro de dois artigos, as definições e diferenças entre sistemas de planejamento de recursos empresariais (ERP) e sistemas de execução de manufatura (MES) são consideradas. A Parte II considerará as vantagens de integrar ambos os sistemas no interesse da eficiência operacional e de produção, bem como um serviço superior ao cliente.

A

tualmente, a maioria das empresas de forja continua dis-

tem um forno a gás existente e planeja expandir seus negócios, au-

cutindo a necessidade de estabelecer uma integração de

mentar sua taxa de produção e/ou processar diferentes tamanhos

informações que seja coordenada e resumida entre seus

de peças e ligas que poderiam exigir temperaturas alvo mais altas.

vários departamentos. Apenas para sobreviver no com-

Existem dois designs híbridos típicos:

petitivo mundo dos negócios, a gerência sênior precisa ter as ferramentas adequadas de relatórios resumindo uma infinidade de operações de

• Aquecimento por indução seguido por aquecimento em um forno a gás;

cada departamento no formato certo e dentro de um prazo específico.

• Preaquecimento de aço em um forno a gás a temperaturas

Mais importante, eles devem poder contar com essas informações para

elevadas (por exemplo, 800-900 °C) seguido por aquecimento por

tomar decisões estratégicas. Portanto, ter a informação correta integrada

indução até a temperatura final.

entre os vários departamentos internos da empresa é fundamental.

Ambas as abordagens têm suas próprias vantagens e podem fornecer uma combinação atraente de custo-benefício, economia

ERP, MES ou Ambos?

de espaço e processamento tecnicamente vantajoso.

Em alguns casos, projetos híbridos que consistem em uma combinação de um forno de indução e um forno a gás podem oferecer

O Que é o MES?

vantagens. Este seria o caso quando, por exemplo, um cliente já

Em sua forma mais básica, os sistemas de execução de manufatura

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- Abril 2019

>>> Processos

são sistemas computadorizados usados na manufatura tradicional para rastrear, controlar e documentar as etapas envolvidas desde a criação da ordem de serviço até o envio dos produtos acabados.

(Observe que ele também pode incluir o processo real de cotação do cliente antes da ordem de serviço, já que algumas etapas de processamento têm cobranças associadas a elas, enquanto outras não.)

“...a gerência sênior precisa ter as ferramentas adequadas de relatórios resumindo uma infinidade de operações de cada departamento no formato certo e dentro de um prazo específico.”

O MES fornece informações que ajudam os tomadores de decisão a entender como as condições atuais no chão-de-fábrica podem

mas ouvimos de muitas empresas ao longo dos anos que muitas não

ser otimizadas para melhorar o rendimento e reduzir os gargalos.

têm todas as funcionalidades de que precisam. Além disso, foram

Eles trabalham em tempo real para melhor permitir a orquestração

desenvolvidos sistemas de planejamento de necessidades de material

coerente de múltiplos recursos e centros de trabalho envolvidos no

(MRP - Material Requirements Planning), mas ainda faltava algo.

processo geral de produção, como material, recebimento, pessoal,

É por isso que muitas empresas, desde então, adicionaram o

equipamentos / máquinas, processos embarcados de fornecedores

MES para dar suporte total à operação de fabricação, ao mesmo

externos, embalagem / remessa e outros serviços de suporte.

tempo em que permitem uma melhor tomada de decisões no seu

O MES geralmente opera em várias áreas funcionais que

escritório e uma resposta imediata às solicitações dos clientes. Não

trabalham juntas para concluir os processos de negócios gerais,

é mais necessário colocar os clientes em espera para rastrear o sta-

enquanto coleta métricas relacionadas à qualidade que podem ser

tus de um pedido ou remessa. Alguns MES também fornecem um

anexadas permanentemente a cada ordem de serviço individual,

Portal do Cliente para melhor atendimento ao cliente.

incluindo fotografias, vídeos e outras mídias em tempo real. Isso

A maioria dos sistemas ERP corporativos não está integrada ao

pode ser especialmente importante quando for necessário seguir

chão de fábrica, causando discrepâncias entre produção planejada

as especificações e diretrizes rigorosas de processamento das re-

versus produção real, capacidade subutilizada e custos de fabrica-

gulamentações “em vigor”, em que a documentação e a prova de

ção mais altos. Felizmente, a maioria das divisões corporativas tem

processos, eventos e ações podem ser necessárias.

a liberdade e a capacidade de selecionar uma solução MES para

Às vezes, esses dados são incluídos em uma declaração de cer-

fornecer a visibilidade de fábrica que seu sistema ERP não possui.

tificação (cert). Isso pode ser enviado ao cliente certificando que os

Além de substituir as planilhas e as notas de papel que há mui-

processos, procedimentos e instruções operacionais corretos foram

to tempo são usadas na manufatura para acompanhar a produção,

seguidos ao concluir seu pedido. Muitas empresas me contataram

o MES se tornou o principal elemento de conexão entre o chão-

discutindo as “deficiências” de seu sistema de ERP, e uma das áreas

-de-fábrica e os sistemas corporativos. Ao substituir os métodos

que faltam é a capacidade de criar um certificado, que um bom

tradicionais baseados em papel pelo MES, as empresas podem

MES pode fornecer com muita facilidade.

lidar com exceções em tempo real, de modo que os registros em

Alguns sistemas ERP incluem uma parte da funcionalidade necessária para melhor controle e visibilidade do chão de fábrica,

lote e os registros do histórico de dispositivos possam ser revisados enquanto a fabricação estiver em andamento, e não apenas a pós-produção. Eles também podem iniciar uma ação corretiva e preventiva (CAPA - Corrective And Preventive Action) para aliviar um problema contínuo em um processo de produção.

Em setores altamente automatizados, o MES fornece uma ponte intermediária de coleta e gerenciamento de dados para sistemas de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition) ou sistemas de controle de processo que efetuam a automação de máquinas. Esses dados em tempo real podem, então, fazer parte do histórico de ordem de trabalho armazenado de um trabalho. O MES fornece uma ponte que integra o gerenciamento de produção às configurações de engenharia, gráficos, diagramas e especificações documentadas.

Ao longo dos anos, os padrões industriais e os modelos de processamento refinaram o escopo da funcionalidade MES. Este escopo inclui: Abril 2019 -

33

>>> Processos

• Criação e personalização de processos (ou seja, receitas) durante o processo;

• Gerenciamento de segurança e conformidade e manutenção de registros;

• Gestão de recursos (equipamentos, pessoal, matérias-primas); • Agendamento para centros de trabalho, equipamentos, pessoal; • Qualificação de equipamentos, pessoal, fornecedores para um trabalho específico;

• Controle estatístico de processos (SPC); regras estatísticas para ajudar a detectar tendências; • Captura de mão de obra direta e indireta em cada trabalho de produção;

• Permitir características de plano de controle do tipo variável, unidades convertidas e algoritmos de arredondamento;

• Acompanhamento em tempo real de produção, coleta de dados e análise de desempenho;

• Documentação / trilha de auditoria mostrando conformidade com requisitos de especificação;

A chave é encontrar uma solução que se “encaixe” bem com seus processos / procedimentos operacionais. Quais são algumas das

• Notificação automática em tempo real de “eventos desencadeantes” no chão de fábrica;

economias que as forjarias podem obter quando utilizam o MES? Para citar apenas alguns: redução nas rejeições, aumento no número

• Gerenciar, planejar e controlar a manutenção do equipamento de produção (e restringir o uso quando necessário);

de ordens de serviço concluídas, redução nos custos de manutenção, economia média de tempo de inatividade da máquina e quantidade

• Inventário e Gerenciamento de Pedidos de Compras (incluindo notificação automática de níveis de pedidos);

de tempo economizado por semana no agendamento.

Na Parte II deste artigo, discutiremos a integração dos sistemas

• Fornecimento de instruções operacionais em tempo real, ví-

MES e ERP em sua empresa.

deos, diagramas, palavreado especificação; • Especificar requisitos de inspeção/teste, juntamente com a

Autor Ron Beltz é Diretor - Contas Estratégicas da Throughput / Bluestreak, Delafield, Wisconsin. Ele pode ser contatado pelo número +1

coleta de dados de qualidade exigida; • Análise de risco (identificação, avaliação e priorização de ris-

888-785-0509 x 710 ou pelo e-mail ron.beltz@go-throughput.com. Para informações adicionais, visite www.go-bluestreak.com.

cos através de modelos de risco);

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I SEMINÁRIO DE TECNOLOGIA DE ESTAMPAGEM 27 e 28 de Novembro - UFMG - Belo Horizonte (MG) 1st Stamping Technology Seminar, Nov 27 and 28

2020 VII SEMINÁRIO DE PROCESSOS DE TRATAMENTOS TÉRMICOS 01 e 02 de Abril 7th Heat Tratament Processes Seminar, Apr 01 and 02

VII SEMINÁRIO MANUTENÇÃO E SEGURANÇA DE FORNOS INDUSTRIAIS 13 e 14 de Maio 7th Furnace Maintenance and Safety Seminar, May 13 and 14

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