O que é forjamento a frio – Processo de forjamento a frio, materiais, usos, vantagens e desvantagens

O rápido desenvolvimento das indústrias automotiva, de motocicletas e de máquinas-ferramenta forneceu a força motriz para o desenvolvimento do forjamento a frio como uma técnica tradicional. A demanda por peças forjadas somente na indústria automotiva ultrapassa 10 milhões de toneladas. O desenvolvimento da tecnologia de forjamento a frio visa principalmente desenvolver produtos de alto valor agregado e reduzir custos de produção e, ao mesmo tempo, também está se infiltrando ou substituindo processos de corte, metalurgia do pó, fundição, forjamento a quente e formação de chapas metálicas. Também pode formar processos compostos combinando-se com esses processos. Como o forjamento a frio é realizado próximo à temperatura ambiente, alguns materiais são mais adequados para forjamento a frio e outros que não podem ser processados. Este artigo apresentará materiais que possuem boa compatibilidade com forjamento a frio e estudos de caso resolvendo problemas relacionados a materiais.

O que é forjamento a frio T tecnologia ?

Forjamento a frio refere-se a um método de conformação que molda materiais metálicos (metais) aplicando pressão sem aplicar calor, mantendo-os em temperatura ambiente. Por utilizar a plasticidade dos metais, também é chamada de “conformação plástica”.

A tecnologia de forjamento a frio molda os materiais deformando-os, de modo que quase nenhuma sucata metálica (resíduos metálicos) é gerada durante a fabricação. Além disso, como os materiais são processados ​​à temperatura ambiente sem aquecimento, a precisão dimensional é boa e até mesmo formas complexas e difíceis podem ser processadas a uma alta velocidade de cerca de 100 peças por minuto.

A tecnologia de forjamento a frio possui alta eficiência de utilização de materiais e permite processamento de alta precisão e alta velocidade, por isso é considerada uma tecnologia de processamento “ambientalmente correta e racionalizada”.

Vantagens do forjamento a frio:

• Alta eficiência de utilização de materiais – Com a tecnologia de forjamento a frio, que molda os materiais deformando-os, o processamento geralmente é realizado com uma quantidade de material equivalente ao peso do produto acabado. Isto permite alta eficiência de utilização de material e uma grande redução nos custos de material.

• Possibilidade de produção em alta velocidade – A tecnologia de forjamento a frio permite a produção em alta velocidade de cerca de 100 peças por minuto. Como o processamento é feito à temperatura ambiente sem aquecimento do metal, as variações dimensionais são pequenas e até mesmo formas complexas e difíceis podem ser processadas.

• Propriedades mecânicas aprimoradas – O projeto do processo considerando linhas de fluxo de fibra permite a produção de peças com resistência e resistência ao desgaste superiores.

• Eficaz para reduzir custos de peças – Quando as condições de produção, como a precisão exigida e o tamanho do lote, correspondem, a tecnologia de forjamento a frio que tem alta eficiência de material e permite processamento em alta velocidade tem o potencial de reduzir significativamente os custos de peças na produção em massa.

Desvantagens do forjamento a frio:

• As matrizes são necessárias (os custos iniciais e os prazos de fabricação das matrizes são necessários)

• Uma certa quantidade de tempo (custos) é necessária para o trabalho de configuração no processo → Não é adequado para lotes pequenos

• É necessário conhecimento para o projeto de processos e matrizes, e o grau de dificuldade é alto

• Algumas limitações de processamento em acabamentos como raios de canto

Como funciona o forjamento a frio?

O forjamento a frio é um processo de conformação de metal conduzido à temperatura ambiente, significativamente abaixo da temperatura de recristalização do metal envolvido. Ao contrário do forjamento a quente, onde o metal é aquecido a altas temperaturas, o forjamento a frio envolve a deformação plástica de um metal em condições ambientais. Este método geralmente resulta em acabamento superficial superior, maior resistência devido ao endurecimento por trabalho e maior precisão dimensional.

Aqui está uma visão geral de como o forjamento a frio normalmente funciona:

1. Seleção de materiais

O primeiro passo é selecionar um material adequado que possa suportar as tensões do forjamento a frio, normalmente metais como aço, alumínio e cobre.

2. Lubrificação

Antes do forjamento, a peça é frequentemente lubrificada para reduzir o atrito e o desgaste da matriz e para facilitar o fluxo do material.

3. Matrizes e Ferramentas

São criadas matrizes personalizadas que moldam a peça de trabalho. Essas matrizes devem ser feitas de materiais mais duros que a peça para suportar as pressões do forjamento a frio.

4. Processo de forjamento

A peça de metal é colocada entre as matrizes.

Uma prensa, geralmente mecânica ou hidráulica, aplica um golpe rápido e forte na peça de trabalho, fazendo com que ela se deforme e assuma o formato das cavidades da matriz.

Podem ser necessárias múltiplas operações de forjamento, dependendo da complexidade da peça. Isto pode envolver vários estágios de prensagem com diferentes conjuntos de matrizes.

5. Corte e Acabamento

Qualquer excesso de material, como rebarbas criadas durante o processo de forjamento, é aparado.

Processos de acabamento adicionais como jateamento, limpeza ou tratamento térmico (para alívio de tensões) podem ser aplicados.

Tipos de processos de forjamento a frio
Existem tipos de processos de forjamento a frio rotativos e alternativos, e o processo do tipo alternativo realizado por nossa empresa é apresentado aqui. As técnicas comuns de forjamento incluem forjamento livre, cunhagem, extrusão, etc. Aqui explicamos o conteúdo e as características de cada técnica de forjamento:

Forjamento de cunhagem:
Um método de processamento que dá ao material uma forma com diâmetro maior que o original, esmagando o material dentro de uma cavidade de matriz aberta no centro. No forjamento de cunhagem, é difícil produzir formas complexas porque a circunferência externa não é restrita, por isso é usado para casos simples, como arredondar uma haste em formato de disco. Se a taxa de cunhagem for muito grande, podem ocorrer problemas como a projeção da peça, exigindo várias etapas. Geralmente, uma taxa de cunhagem de 85% ou menos é a diretriz, e os processos precisam ser divididos se excedidos, exigindo matrizes adicionais.

Extrusão para trás:
Um método de processamento que move o material na direção oposta à direção de puncionamento. O material é extrudado (processado) na direção inversa (para trás) em relação à direção de modelagem do punção.

Extrusão direta:
Um método de processamento que reduz o diâmetro do material empurrando-o para uma matriz menor, resultando em uma redução na área da seção transversal. Moldar materiais de alta dureza, como aço inoxidável, pode ser difícil.

Morrer forjamento:
A forma desejada é processada nas matrizes. A conformação é feita colocando a peça de trabalho e forjando-a para assumir o formato da matriz. O volume do material é aumentado um pouco para preencher toda a cavidade da matriz, e o excesso de material chamado flash resulta na parte externa da forma acabada, que é removida em processos subsequentes. Formas de forjamento em matriz fechada sem rebarbas.

Forjamento de fechamento:
A peça é colocada na cavidade da matriz, que é então fechada para assumir o formato da matriz. Os punções superior e inferior deslocam ainda mais o material para formar completamente a forma acabada.

Quais materiais são mais adequados para forjamento a frio?

Como o forjamento a frio utiliza plasticidade à temperatura ambiente ou próximo à temperatura ambiente, o material precisa ter uma característica de baixo endurecimento por trabalho e algum grau de deformabilidade. Portanto, materiais não plásticos, como o vidro, não são usados ​​para forjamento a frio.

Considerando o acima exposto, os materiais adequados para forjamento a frio incluem:

Ferro: Pode ser processado por forjamento, trefilação, laminação em altas temperaturas e temperatura ambiente, e ainda diversificado por tratamentos térmicos como endurecimento e revenido. Também utilizado em ligas como aço inoxidável e oferece alta versatilidade. O ferro é processado em várias partes. As razões pelas quais o ferro é processado por dobra não são apenas porque sua dureza e elasticidade têm valores ideais para processamento de dobra, mas também por causa de seu baixo preço, é adequado para pedidos em grande escala. Os tratamentos de superfície após o processamento também podem ser feitos de várias maneiras, podendo ser utilizados em uma ampla variedade de campos, e o ferro também é adotado como material processado no forjamento a frio.

Aço inoxidável: Liga de aço contendo mais de 10,5% de cromo e menos de 1,2% de carbono. O cromo forma uma película passiva que protege a superfície do corpo. Portanto, os produtos feitos de aço inoxidável têm vida útil longa, pois a corrosão é evitada.

Cobre e latão: O cobre tem excelente condutividade térmica e é usado em panelas, tubos de calor e como condutor em dispositivos eletrônicos. Também forma uma película protetora na superfície quando exposto ao ar. No entanto, seu maior ponto forte é a excelente processabilidade. O cobre é macio e dúctil. É amplamente utilizado em fios de cobre, tubos e potes porque o processamento é fácil. Esta é uma das razões pelas quais é adequado para processos de dobra e trefilação através de prensas de forjamento a frio.

Alumínio: Embora o alumínio tenha menor resistência à tração em sua forma pura, sua resistência pode ser aumentada pela adição de ligas como magnésio, manganês, cobre, silício, zinco, etc. ou por meio de processos como laminação ou tratamento térmico. É considerado adequado para forjamento a frio devido à sua plasticidade e capacidade de ser facilmente moldado em vários formatos.

As peças forjadas a frio também possuem a característica de maior precisão dimensional durante a conformação em comparação com outras peças forjadas. Além disso, a condição da superfície é melhor do que a do forjamento a quente ou morno, portanto, o trabalho de acabamento pode não ser necessário em alguns casos. Produtos grandes ou materiais de alta resistência podem ser forjados a frio com precisão por meio de recozimento intermediário ou tratamentos de lubrificação.

Para quais produtos o forjamento a frio é usado?

O forjamento a frio é usado para produzir uma ampla gama de produtos em vários setores. O processo é particularmente adequado para a produção de grandes volumes de peças que exigem alta precisão e resistência. Aqui estão alguns produtos comuns feitos por forjamento a frio:

Componentes Automotivos

Fixadores e Parafusos: São amplamente utilizados na indústria automotiva e podem ser fabricados com precisão por meio de forjamento a frio.

Engrenagens: Engrenagens de alta precisão para transmissões e trens de força se beneficiam da maior resistência devido ao endurecimento por trabalho.

Eixos: O forjamento a frio pode criar eixos fortes e precisos para uso em diversas aplicações automotivas.

Cubos de roda: Os cubos de roda forjados a frio possuem a resistência e a precisão necessárias para a indústria automotiva.

Pistas de rolamento: Alta precisão e acabamento superficial liso são essenciais para pistas de rolamento, o que pode ser alcançado por meio de forjamento a frio.

Elétrica e Eletrônica

Conectores: Os conectores elétricos se beneficiam da boa condutividade e das dimensões precisas que o forjamento a frio pode fornecer.

Terminais: Os terminais exigem formas precisas e boas propriedades de material, que o forjamento a frio pode alcançar sem usinagem adicional.

Construção e ferragens de construção

Pregos e Rebites: São peças simples que muitas vezes são produzidas em grandes quantidades por meio de forjamento a frio.

Parafusos e porcas: As roscas podem ser formadas a frio para criar um perfil de rosca mais forte com melhor resistência à fadiga.

Ferramentas e Hardware

Chaves e Chaves: Ferramentas que exigem formato específico e alta durabilidade são comumente feitas por forjamento a frio.

Componentes de ferramentas manuais: Vários componentes de ferramentas manuais, como soquetes, podem ser feitos com forjamento a frio.

Componentes Aeroespaciais

Fixadores e pinos: Os fixadores de nível aeroespacial que devem suportar cargas elevadas geralmente são feitos com forjamento a frio para garantir resistência e precisão.

Componentes do trem de pouso: Algumas peças do sistema do trem de pouso podem ser forjadas a frio para atingir a resistência e tolerâncias necessárias.

Bens de consumo

Componentes de relógios: Componentes pequenos e precisos em relógios podem ser feitos por forjamento a frio.

Utensílios de cozinha: Itens como facas ou cabos de utensílios que exigem certa resistência e acabamento podem ser produzidos por forjamento a frio.

Dispositivos médicos

Implantes: Alguns implantes médicos podem ser forjados a frio para se beneficiarem das propriedades do material e da precisão que o processo oferece.

Ferramentas Cirúrgicas: Ferramentas utilizadas em cirurgia que exigem precisão e resistência podem ser feitas por forjamento a frio.

A escolha do forjamento a frio como processo de fabricação depende das propriedades do material necessário, da geometria da peça e da economia de produção. Devido à alta resistência, bom acabamento superficial e precisão dimensional que proporciona, o forjamento a frio é um processo atraente para a fabricação de uma variedade de componentes duráveis ​​e críticos em muitos setores.