El forjado con dado impresor o forjado con matriz de impresión la pieza a fabricar adquiere la forma de los huecos o cavidades al forjarse entre dos matrices con perfil.

Cuando se realiza esta operación algo de material fluye hacia fuera y forma una rebaba, ésta tiene un papel importante en el flujo del material en el estampado ya que es delgada, se enfría rápidamente y al ejercer una resistencia gracias a la fricción que existe entre la rebaba y la matriz, somete a grandes presiones al material en la cavidad de la matriz causando así el rellenado de la cavidad.

Las piezas a forjar pueden ser preparadas previamente con otras operaciones como:.

a) Corte o recorte de una barra estirada o extraída.

b) Operaciones de preconformado, como por ejemplo la metalurgia en polvos.

c) Fundido. Una pieza bruta preformada en un forjado anterior. La pieza en estado bruto se coloca en el dado inferior y al empezar a descender el dado superior la forma de la pieza cambia de forma progresiva.

Los procesos de preformado, como el forjado con dados convexos y cóncavos, se utilizan para distribuir el material en las diferentes zonas de la pieza bruta, parecido a cómo se conforma la masa para hacer bizcochos.

En el forjado con dado cóncavo, el material de la pieza se aleja de una región. En el forjado con dado convexo se junta en una región localizada. Seguidamente a la pieza se le da la forma aproximada de la forma final con un proceso llamado bloqueo utilizando dados bloqueadores. Finalmente es el acabado del proceso de forja en matrices de estampado en el que la pieza obtiene su geometría final. La rebaba se elimina normalmente mediante troquelado.

En el proceso verdadero de forjado con dado cerrado o sin rebabas, éstas no se forman y el material de la pieza en bruto llena completamente las cavidades del dado. Es imprescindible el control del volumen del material y el del diseño correcto de la matriz para poder conseguir un forjado con matriz cerrada que tenga las dimensiones y tolerancias deseadas. Un mal control del volumen del material puede ocasionar que coloquemos piezas brutas pequeñas y no llenen completamente las cavidades del dado o por el contrario las piezas demasiado grandes pueden producir presiones excesivas y pueden hacer que los dados fallen prematuramente o se aplasten.

Vantagens e desvantagens do forjamento em matriz fechada

Este processo de forjamento apresenta uma série de vantagens e desvantagens.

-Vantagens:.

-Desvantagens.

Força de forjamento com matriz fechada

A força de forjamento γ necessária em uma operação de estampagem pode ser calculada com a fórmula:.

Onde K é um fator multiplicativo. Para formatos simples sem rebarbas o valor de K pode variar de 3 a 5, e com rebarbas de 5 a 8, para formatos complexos com rebarbas o valor pode variar de 8 a 12.

Yf é a tensão de fluxo do material na temperatura de forjamento e A é a área projetada incluindo também a rebarba.

Nas operações de forjamento a quente, a pressão necessária para a maioria dos metais varia de 550 MPa a 1.000 MPa.

Forjado com precisão

Por razões económicas, existe actualmente uma tendência para a maior precisão possível nas operações de trabalho, reduzindo assim o número de operações de acabamento adicionais. As operações nas quais a peça é obtida com dimensões próximas às finais são chamadas de forjamento de forma quase líquida ou forjamento de forma líquida. Neste tipo de processo há pouco excesso de material no forjamento que deve ser removido por retificação ou puncionamento.

No forjamento de precisão, matrizes especiais garantem que as peças finais obtenham dimensões mais precisas do que aquelas obtidas no forjamento com matrizes de estampagem, além de exigirem menos usinagem. Neste processo são necessários equipamentos de maior capacidade, pois devem ser aplicadas forças maiores para obter os detalhes finos das peças. Como as temperaturas e forças necessárias são relativamente baixas, as ligas de alumínio e magnésio são altamente recomendáveis ​​para este tipo de forjamento de precisão. Além disso, as matrizes desgastam-se menos e obtém-se um bom acabamento superficial; aços e titânio também podem ser usados.

Os principais produtos produzidos com peças forjadas de precisão são: engrenagens, caixas, bielas e pás de turbinas.

Neste tipo de forjamento são necessárias matrizes especiais e mais complicadas, um controlo mais exaustivo do volume e forma do teixo, localização precisa do teixo na cavidade da matriz e, consequentemente, um maior investimento económico.

No entanto, menos material é desperdiçado e não é necessária tanta usinagem final porque a peça está mais perto de atingir sua forma final. Portanto, escolher entre forjamento normal e de precisão requer uma análise econômica, principalmente no que diz respeito ao volume de produção.

As vantagens de realizar forjamento de precisão são:

Como desvantagem podemos dizer que:

Dentre os processos de forjamento em matriz fechada podemos destacar:.

Para projetar as matrizes é essencial conhecer a ductilidade e resistência do material da peça, sua sensibilidade à temperatura e velocidade de deformação, a forma e complexidade da peça e suas características de atrito. Um efeito importante a ter em conta é a distorção das matrizes sob as grandes cargas a que são submetidas durante o processo de forjamento, especialmente se forem necessárias tolerâncias dimensionais estreitas.

O aspecto mais importante a ter em conta ao estudar o desenho de matrizes é que a peça flui na direcção com menor resistência, consequentemente a peça deve ser moldada (formato intermédio) de tal forma que preencha bem as cavidades da matriz. A pré-formação da peça é de grande importância, pois em uma peça bem pré-formada ou pré-formada, o material não deve fluir facilmente em direção à rebarba, o padrão de fluxo dos grãos deve ser favorável e o deslizamento excessivo deve ser reduzido nas faces que estão em contato entre a matriz e a peça para minimizar o desgaste.

Para escolher as formas é necessária muita experiência e bons cálculos da seção transversal da superfície em cada local onde é realizado o forjamento.

Técnicas de engenharia da computação foram desenvolvidas para agilizar esses cálculos, bem como para deduzir o padrão de fluxo de material na cavidade da matriz e a formação de defeitos. Como resultado do material sofrer diferentes graus de deformação em diferentes velocidades e em diferentes áreas das cavidades da matriz, as propriedades mecânicas de cada local são específicas do forjamento.

Para a maioria das peças forjadas ou forjadas, a linha de partição geralmente está localizada na seção transversal máxima da peça. Para formas simétricas simples, normalmente é uma linha reta no centro da peça forjada e para peças com formas mais complexas esta linha pode não estar em um único plano, por isso as matrizes geralmente são projetadas de forma que travem durante o acoplamento para evitar impulsos naturais e assim equilibrar as forças, mantendo o alinhamento durante o forjamento.

Depois de limitar suficientemente o fluxo lateral para garantir o preenchimento ideal das cavidades da matriz, o material da rebarba pode fluir através de um conduíte chamado canal de rebarba, de modo que a rebarba adicional não aumente desnecessariamente a força de forjamento. Uma diretriz geral para folgas de rebarbas entre matrizes é de 3% da espessura máxima de forjamento. O comprimento da face é geralmente 2 a 5 vezes a espessura da rebarba. Ao longo dos anos, diferentes designs do canal de rebarbas foram estudados.

Os ângulos de inclinação são essenciais em quase todas as matrizes de forjamento, para ajudar a separar a peça da matriz assim que a operação de forjamento for concluída. Quando a peça esfria, ela se contrai simultaneamente nas direções longitudinal e radial, de modo que os ângulos de saída internos tornam-se maiores que os ângulos externos. Os ângulos internos variam de 7 a 10º e os ângulos externos de 3 a 5º.

É importante escolher os raios de transição adequados nos cantos e chanfros para garantir o fluxo uniforme do metal na cavidade da matriz e melhorar a vida útil da matriz. Em geral, raios pequenos devem ser desconsiderados devido ao seu efeito adverso no fluxo do metal e à sua propensão a se desgastar rapidamente (como resultado da ciclagem térmica e da concentração de tensões). Além disso, pequenos raios de chanfro podem ser a causa da quebra da matriz devido à fadiga. Assim, esses raios devem ser tão grandes quanto o projeto do forjamento permitir.

Os dados podem ser montados com insertos em vez de serem feitos em uma única peça, ainda mais se os formatos forem complicados. Este método de montagem reduz o custo de fabricação de vários dados semelhantes. As pastilhas podem ser feitas de materiais mais duros e resistentes e podem ser facilmente substituídas em caso de falha ou desgaste em uma área específica.

Tolerâncias devem ser previstas no projeto das matrizes, pois pode ser necessária a usinagem da peça forjada para obter as dimensões e o acabamento superficial final. Estas tolerâncias de usinagem devem ser fornecidas para furos, flanges e superfícies de contato.

A maioria das operações de forjamento, especialmente peças grandes, são realizadas em altas temperaturas. Os requisitos comuns para materiais de matriz são:.

a) grande tenacidade e resistência a altas temperaturas.

b) capacidade de endurecer uniformemente.

c) resistência a choques mecânicos e térmicos.

d) resistência ao desgaste, especialmente ao desgaste abrasivo, devido à existência de incrustações no forjamento a quente.

A escolha de materiais adequados para a fabricação de matrizes depende de fatores como a composição e propriedades da peça, a complexidade da forma, seu tamanho, a temperatura de forjamento, o tipo de operação de forjamento, o custo dos materiais da matriz e a quantidade de peças forjadas exigidas. Outro factor importante é a transferência de calor da peça quente para as matrizes com a sua consequente distorção.

Os materiais mais comuns utilizados na fabricação de soquetes são os aços para ferramentas e para os soquetes que trabalham em altas temperaturas, materiais contendo cromo, níquel, molibdênio e vanádio.

As matrizes são obtidas a partir de blocos, que por sua vez são forjados a partir da fundição, posteriormente usinados e acabados no formato e acabamento superficial desejados.

Podem ocorrer falhas na fabricação dos dados por motivos que serão descritos na seção: falha dos dados, onde também são descritos os métodos de fabricação dos dados.

Os lubrificantes são essenciais e influenciam o atrito e o desgaste como resultado das forças exigidas (equação 1) e do fluxo de metal nas cavidades da matriz. Outro aspecto importante do lubrificante é que ele pode atuar como barreira térmica entre a peça quente e as matrizes relativamente frias, diminuindo a taxa de resfriamento da peça e melhorando o fluxo do metal. Também serve como desmoldante, pois evita que a peça forjada grude nas matrizes.

Uma grande variedade de lubrificantes pode ser usada no forjamento. Para forjamento a quente, geralmente são usados ​​​​grafite, dissulfeto de molibdênio e, às vezes, vidro. Para forjamento a frio os lubrificantes geralmente utilizados são óleos minerais e sabões, aplicados após o revestimento de conversão dos blanks. No forjamento a quente o lubrificante geralmente é aplicado diretamente nas matrizes, enquanto no forjamento a frio é aplicado na peça. O método de aplicação e a uniformidade da espessura do lubrificante são muito importantes para a qualidade do produto forjado.

Diferentes métodos de fabricação podem ser usados ​​para fabricar dados, individualmente ou em combinação. Entre eles estão: métodos de forjamento, fundição, retificação, usinagem, estampagem eletroquímica e elétrica. O processo de obtenção das cavidades da matriz geralmente é por puncionamento, a frio ou a quente. Também pode ser usado para fazer pequenos encaixes com cavidades rasas. Geralmente os dados são tratados termicamente para obter maior resistência ao desgaste e dureza. Se necessário, o contorno e o acabamento superficial são melhorados com lixamento e polimento, com robôs industriais programáveis ​​ou manualmente.

A escolha do método de fabricação depende da operação em que a matriz será utilizada, bem como de seu formato e tamanho. Geralmente os custos determinam o processo a ser selecionado, uma vez que são importantes nas operações de fabricação. Embora os dados sejam pequenos e relativamente simples, podem custar centenas de euros. No entanto, como um grande número de peças é fabricado utilizando a mesma matriz, em geral o custo por unidade é normalmente apenas uma pequena parte do custo de fabricação da peça.

Os dados são geralmente classificados como masculinos e femininos ou por tamanho. Geralmente, os dados pequenos são aqueles que possuem superfície entre 2 cm² a 1 m², enquanto os grandes possuem superfície superior a 1 m².

As matrizes podem ser fundidas em aços, ferros fundidos e ligas não ferrosas. Os processos utilizados variam desde a moldagem em casca (para dados pequenos) até a fundição em areia (para dados grandes pesando várias toneladas).

Em geral, os aços fundidos são preferidos para matrizes de peças grandes devido à sua resistência e tenacidade e à facilidade de controle de sua composição, propriedades e tamanho de grão. Dependendo de como são solidificados, os dados fundidos, ao contrário dos dados de metal forjado ou laminado, podem não ter propriedades direcionais; Podem ter as mesmas propriedades em todas as suas superfícies de trabalho; entretanto, devido ao encolhimento, o controle das tolerâncias dimensionais pode ser difícil em comparação com matrizes usinadas.

As matrizes geralmente são usinadas a partir de um bloco forjado, com processos como retificação, torneamento, fresamento, usinagem eletroquímica e elétrica. A usinagem pode ser complicada quando os materiais são de alta resistência, duros, resistentes ao desgaste ou tratados termicamente.

As operações podem ser demoradas, razão pela qual muitos processos de usinagem não tradicionais são utilizados, especialmente em matrizes de pequeno ou médio porte, pois são mais rápidos e econômicos e as matrizes geralmente não requerem acabamento adicional. As matrizes de diamante, para fios finos, são feitas fazendo furos com uma agulha rotativa fina revestida com pó de diamante e óleo como lubrificante.

Os aços de encaixe são tratados termicamente para melhorar a dureza, a resistência ao desgaste e a resistência geral. O mau tratamento térmico é uma das causas mais comuns de falhas nas matrizes, uma vez que pode distorcê-las devido a alterações microestruturais e ciclos térmicos não uniformes.

A seleção adequada de temperaturas e atmosferas de tratamento térmico, meios, têmpera, práticas de revenido e manuseio são importantes. Os soquetes podem ser submetidos a diferentes tratamentos de superfície para melhorar suas características de desgaste e atrito. A condição e a composição das superfícies da matriz são de particular importância.

Após o tratamento térmico, as matrizes são submetidas a operações de acabamento, como retificação, polimento... para obter o acabamento e a precisão dimensional desejados.

O processo de retificação pode causar danos à superfície se não for bem controlado, devido ao excesso de calor que pode ser produzido, podendo incluir tensões residuais na superfície que reduzem sua vida em fadiga. Arranhões nas superfícies podem atuar como fonte de concentração de tensão. Da mesma forma, os processos de fabricação de matrizes podem causar danos superficiais e rachaduras, a menos que os parâmetros do processo sejam totalmente controlados.

Essas falhas geralmente são devidas nas operações de fabricação a uma ou mais causas listadas abaixo:

a) projeto inadequado.

b) defeito material.

c) superaquecimento e fissuração térmica.

d) operações inadequadas de tratamento térmico e acabamento.

e) excesso de peso.

f) desgaste excessivo.

g) uso indevido e manuseio inadequado.

O design adequado é muito importante. Para resistir às forças nos processos de fabricação, uma matriz deve ter seções transversais, folgas e cantos vivos adequados. Chanfros e raios, bem como mudanças abruptas na seção transversal, atuam como concentradores de tensão. As matrizes podem ser segmentadas e protendidas durante a montagem para melhorar sua resistência.

O manuseio, montagem, instalação e alinhamento dos soquetes é de grande importância. Sobrecarregar ferramentas e soquetes pode causar falhas prematuras. Por exemplo, uma causa comum em matrizes de extrusão a frio é o operador do robô não remover a peça acabada antes que a outra peça bruta seja carregada.

Os materiais utilizados para encaixes como carbonetos e diamantes, apesar de sua dureza e resistência à abrasão, são suscetíveis a rebarbas e alongamentos devido a forças de impacto ou efeitos térmicos causados ​​por variações de temperatura interna.

Até mesmo os fluidos de trabalho podem afetar negativamente os materiais das matrizes e das ferramentas, por exemplo, o cloro nos lubrificantes, os aditivos de enxofre e os refrigerantes podem danificar o aglutinante de cobalto no carboneto de tungstênio, diminuindo sua resistência e tenacidade.

Mesmo se fabricados corretamente, os dados são submetidos a altas temperaturas e grandes tensões durante o processo, o que pode causar desgaste e (conseqüentemente) alterações de forma. O desgaste das matrizes deve ser levado em consideração, pois ao mudarem de formato, as peças produzidas, por sua vez, terão dimensões incorretas.

Durante o uso, as matrizes podem sofrer trincas térmicas, devido à ciclagem térmica, especialmente na fundição sob pressão. Para evitar esse defeito e eventual quebra em operações a quente, as matrizes geralmente são pré-aquecidas a temperaturas entre 1.500 e 2.500 °C. Soquetes desgastados ou rachados podem ser reparados com soldagem e deposição de metal, que incluem lasers.

Os soquetes podem ser projetados e fabricados com insertos substituíveis quando desgastados ou rachados. O desenho e a colocação dos insertos devem ser cuidadosamente estudados, pois qualquer falha nestes aspectos pode causar sua quebra. Falhas e fraturas nas matrizes podem ser perigosas para os funcionários das fábricas.

É possível que os dados que aguardam numa gaveta se desintegrem subitamente, devido ao estado de grandes tensões internas dos seus componentes (tensões residuais). As peças que se quebram são jogadas fora em alta velocidade e podem causar ferimentos graves. As matrizes devem ser cercadas por defesas metálicas que devem ser bem projetadas e ter resistência para conter as peças fraturadas em caso de falha.

Contenido

Este forjado es un proceso muy sencillo, la mayor parte de piezas forjadas con este método pesan de 15 a 500 kg, se han forjado piezas hasta de 300 toneladas, como por ejemplo hélices de barco o hélices de helicópteros.

Este proceso se puede describir como una pieza sólida colocada entre dos matrices planas o dados, cuya altura se reduce por compresión. Este proceso también recibe el nombre de recalcado o forjado con dado plano. Las superficies del dado pueden tener cavidades sencillas para producir forjados sencillos. En este proceso se mantiene el volumen constante, toda la reducción de la altura provoca el aumento del diámetro de la pieza forjada.

En las operación reales de forjado con dado plano la pieza no se deforma exactamente de forma uniforme sino que desarrolla una forma abarrilada llamada “pancaking” debida principalmente a las fuerzas de rozamiento en la interfases entre pieza y dado que se oponen al flujo de los materiales hacia fuera, este fenómeno puede reducirse con el uso de un lubricante eficaz.

También puede darse el caso de abarrilamiento al aplanar en dados fríos piezas caliente ya que el material se enfría con rapidez en las interfases y cerca de ellas mientras que el resto de la pieza se mantiene caliente, así el material en los extremos de la pieza es más resistente que el centro, lo que produce una dilatación más en dirección lateral en el centro que en los extremos. Este abarrilamiento producido por los efectos térmicos se puede reducir calentando los dados previamente o utilizando una tela de fibra de vidrio como barrera térmica colocándola entre la pieza y el dado.

El desbaste, "doping out", es una operación de forjado principalmente en dado abierto en la que a través de pasos sucesivos de forjado en intervalos específicos se puede disminuir el espesor de una barra larga (como el área de contacto entre pieza y herramienta es pequeña en el golpe se puede reducir el espesor sin la aportación de grandes fuerzas ni maquinaria), estas operaciones son realizadas por herreros en las que utilizan martillo y yunque, con piezas calientes de metal, así pueden fabricar: contornos, rejas de hierro….

Vantagens e desvantagens do forjamento em matriz aberta

Este processo de forjamento apresenta uma série de vantagens e desvantagens.

-Vantagens:.

-Desvantagens:

Força de forjamento com matriz aberta

A força de forjamento γ em uma operação de forjamento em matriz aberta em uma peça sólida cilíndrica pode ser calculada com a fórmula:.

Onde Yf é a tensão de escoamento do material, μ é o coeficiente de atrito, r é o raio da peça e h é a altura da peça.

El forjado con dado impresor o forjado con matriz de impresión la pieza a fabricar adquiere la forma de los huecos o cavidades al forjarse entre dos matrices con perfil.

Cuando se realiza esta operación algo de material fluye hacia fuera y forma una rebaba, ésta tiene un papel importante en el flujo del material en el estampado ya que es delgada, se enfría rápidamente y al ejercer una resistencia gracias a la fricción que existe entre la rebaba y la matriz, somete a grandes presiones al material en la cavidad de la matriz causando así el rellenado de la cavidad.

Las piezas a forjar pueden ser preparadas previamente con otras operaciones como:.

a) Corte o recorte de una barra estirada o extraída.

b) Operaciones de preconformado, como por ejemplo la metalurgia en polvos.

c) Fundido. Una pieza bruta preformada en un forjado anterior. La pieza en estado bruto se coloca en el dado inferior y al empezar a descender el dado superior la forma de la pieza cambia de forma progresiva.

Los procesos de preformado, como el forjado con dados convexos y cóncavos, se utilizan para distribuir el material en las diferentes zonas de la pieza bruta, parecido a cómo se conforma la masa para hacer bizcochos.

En el forjado con dado cóncavo, el material de la pieza se aleja de una región. En el forjado con dado convexo se junta en una región localizada. Seguidamente a la pieza se le da la forma aproximada de la forma final con un proceso llamado bloqueo utilizando dados bloqueadores. Finalmente es el acabado del proceso de forja en matrices de estampado en el que la pieza obtiene su geometría final. La rebaba se elimina normalmente mediante troquelado.

En el proceso verdadero de forjado con dado cerrado o sin rebabas, éstas no se forman y el material de la pieza en bruto llena completamente las cavidades del dado. Es imprescindible el control del volumen del material y el del diseño correcto de la matriz para poder conseguir un forjado con matriz cerrada que tenga las dimensiones y tolerancias deseadas. Un mal control del volumen del material puede ocasionar que coloquemos piezas brutas pequeñas y no llenen completamente las cavidades del dado o por el contrario las piezas demasiado grandes pueden producir presiones excesivas y pueden hacer que los dados fallen prematuramente o se aplasten.

Vantagens e desvantagens do forjamento em matriz fechada

Este processo de forjamento apresenta uma série de vantagens e desvantagens.

-Vantagens:.

-Desvantagens.

Força de forjamento com matriz fechada

A força de forjamento γ necessária em uma operação de estampagem pode ser calculada com a fórmula:.

Onde K é um fator multiplicativo. Para formatos simples sem rebarbas o valor de K pode variar de 3 a 5, e com rebarbas de 5 a 8, para formatos complexos com rebarbas o valor pode variar de 8 a 12.

Yf é a tensão de fluxo do material na temperatura de forjamento e A é a área projetada incluindo também a rebarba.

Nas operações de forjamento a quente, a pressão necessária para a maioria dos metais varia de 550 MPa a 1.000 MPa.

Forjado com precisão

Por razões económicas, existe actualmente uma tendência para a maior precisão possível nas operações de trabalho, reduzindo assim o número de operações de acabamento adicionais. As operações nas quais a peça é obtida com dimensões próximas às finais são chamadas de forjamento de forma quase líquida ou forjamento de forma líquida. Neste tipo de processo há pouco excesso de material no forjamento que deve ser removido por retificação ou puncionamento.

No forjamento de precisão, matrizes especiais garantem que as peças finais obtenham dimensões mais precisas do que aquelas obtidas no forjamento com matrizes de estampagem, além de exigirem menos usinagem. Neste processo são necessários equipamentos de maior capacidade, pois devem ser aplicadas forças maiores para obter os detalhes finos das peças. Como as temperaturas e forças necessárias são relativamente baixas, as ligas de alumínio e magnésio são altamente recomendáveis ​​para este tipo de forjamento de precisão. Além disso, as matrizes desgastam-se menos e obtém-se um bom acabamento superficial; aços e titânio também podem ser usados.

Os principais produtos produzidos com peças forjadas de precisão são: engrenagens, caixas, bielas e pás de turbinas.

Neste tipo de forjamento são necessárias matrizes especiais e mais complicadas, um controlo mais exaustivo do volume e forma do teixo, localização precisa do teixo na cavidade da matriz e, consequentemente, um maior investimento económico.

No entanto, menos material é desperdiçado e não é necessária tanta usinagem final porque a peça está mais perto de atingir sua forma final. Portanto, escolher entre forjamento normal e de precisão requer uma análise econômica, principalmente no que diz respeito ao volume de produção.

As vantagens de realizar forjamento de precisão são:

Como desvantagem podemos dizer que:

Dentre os processos de forjamento em matriz fechada podemos destacar:.

Para projetar as matrizes é essencial conhecer a ductilidade e resistência do material da peça, sua sensibilidade à temperatura e velocidade de deformação, a forma e complexidade da peça e suas características de atrito. Um efeito importante a ter em conta é a distorção das matrizes sob as grandes cargas a que são submetidas durante o processo de forjamento, especialmente se forem necessárias tolerâncias dimensionais estreitas.

O aspecto mais importante a ter em conta ao estudar o desenho de matrizes é que a peça flui na direcção com menor resistência, consequentemente a peça deve ser moldada (formato intermédio) de tal forma que preencha bem as cavidades da matriz. A pré-formação da peça é de grande importância, pois em uma peça bem pré-formada ou pré-formada, o material não deve fluir facilmente em direção à rebarba, o padrão de fluxo dos grãos deve ser favorável e o deslizamento excessivo deve ser reduzido nas faces que estão em contato entre a matriz e a peça para minimizar o desgaste.

Para escolher as formas é necessária muita experiência e bons cálculos da seção transversal da superfície em cada local onde é realizado o forjamento.

Técnicas de engenharia da computação foram desenvolvidas para agilizar esses cálculos, bem como para deduzir o padrão de fluxo de material na cavidade da matriz e a formação de defeitos. Como resultado do material sofrer diferentes graus de deformação em diferentes velocidades e em diferentes áreas das cavidades da matriz, as propriedades mecânicas de cada local são específicas do forjamento.

Para a maioria das peças forjadas ou forjadas, a linha de partição geralmente está localizada na seção transversal máxima da peça. Para formas simétricas simples, normalmente é uma linha reta no centro da peça forjada e para peças com formas mais complexas esta linha pode não estar em um único plano, por isso as matrizes geralmente são projetadas de forma que travem durante o acoplamento para evitar impulsos naturais e assim equilibrar as forças, mantendo o alinhamento durante o forjamento.

Depois de limitar suficientemente o fluxo lateral para garantir o preenchimento ideal das cavidades da matriz, o material da rebarba pode fluir através de um conduíte chamado canal de rebarba, de modo que a rebarba adicional não aumente desnecessariamente a força de forjamento. Uma diretriz geral para folgas de rebarbas entre matrizes é de 3% da espessura máxima de forjamento. O comprimento da face é geralmente 2 a 5 vezes a espessura da rebarba. Ao longo dos anos, diferentes designs do canal de rebarbas foram estudados.

Os ângulos de inclinação são essenciais em quase todas as matrizes de forjamento, para ajudar a separar a peça da matriz assim que a operação de forjamento for concluída. Quando a peça esfria, ela se contrai simultaneamente nas direções longitudinal e radial, de modo que os ângulos de saída internos tornam-se maiores que os ângulos externos. Os ângulos internos variam de 7 a 10º e os ângulos externos de 3 a 5º.

É importante escolher os raios de transição adequados nos cantos e chanfros para garantir o fluxo uniforme do metal na cavidade da matriz e melhorar a vida útil da matriz. Em geral, raios pequenos devem ser desconsiderados devido ao seu efeito adverso no fluxo do metal e à sua propensão a se desgastar rapidamente (como resultado da ciclagem térmica e da concentração de tensões). Além disso, pequenos raios de chanfro podem ser a causa da quebra da matriz devido à fadiga. Assim, esses raios devem ser tão grandes quanto o projeto do forjamento permitir.

Os dados podem ser montados com insertos em vez de serem feitos em uma única peça, ainda mais se os formatos forem complicados. Este método de montagem reduz o custo de fabricação de vários dados semelhantes. As pastilhas podem ser feitas de materiais mais duros e resistentes e podem ser facilmente substituídas em caso de falha ou desgaste em uma área específica.

Tolerâncias devem ser previstas no projeto das matrizes, pois pode ser necessária a usinagem da peça forjada para obter as dimensões e o acabamento superficial final. Estas tolerâncias de usinagem devem ser fornecidas para furos, flanges e superfícies de contato.

A maioria das operações de forjamento, especialmente peças grandes, são realizadas em altas temperaturas. Os requisitos comuns para materiais de matriz são:.

a) grande tenacidade e resistência a altas temperaturas.

b) capacidade de endurecer uniformemente.

c) resistência a choques mecânicos e térmicos.

d) resistência ao desgaste, especialmente ao desgaste abrasivo, devido à existência de incrustações no forjamento a quente.

A escolha de materiais adequados para a fabricação de matrizes depende de fatores como a composição e propriedades da peça, a complexidade da forma, seu tamanho, a temperatura de forjamento, o tipo de operação de forjamento, o custo dos materiais da matriz e a quantidade de peças forjadas exigidas. Outro factor importante é a transferência de calor da peça quente para as matrizes com a sua consequente distorção.

Os materiais mais comuns utilizados na fabricação de soquetes são os aços para ferramentas e para os soquetes que trabalham em altas temperaturas, materiais contendo cromo, níquel, molibdênio e vanádio.

As matrizes são obtidas a partir de blocos, que por sua vez são forjados a partir da fundição, posteriormente usinados e acabados no formato e acabamento superficial desejados.

Podem ocorrer falhas na fabricação dos dados por motivos que serão descritos na seção: falha dos dados, onde também são descritos os métodos de fabricação dos dados.

Os lubrificantes são essenciais e influenciam o atrito e o desgaste como resultado das forças exigidas (equação 1) e do fluxo de metal nas cavidades da matriz. Outro aspecto importante do lubrificante é que ele pode atuar como barreira térmica entre a peça quente e as matrizes relativamente frias, diminuindo a taxa de resfriamento da peça e melhorando o fluxo do metal. Também serve como desmoldante, pois evita que a peça forjada grude nas matrizes.

Uma grande variedade de lubrificantes pode ser usada no forjamento. Para forjamento a quente, geralmente são usados ​​​​grafite, dissulfeto de molibdênio e, às vezes, vidro. Para forjamento a frio os lubrificantes geralmente utilizados são óleos minerais e sabões, aplicados após o revestimento de conversão dos blanks. No forjamento a quente o lubrificante geralmente é aplicado diretamente nas matrizes, enquanto no forjamento a frio é aplicado na peça. O método de aplicação e a uniformidade da espessura do lubrificante são muito importantes para a qualidade do produto forjado.

Diferentes métodos de fabricação podem ser usados ​​para fabricar dados, individualmente ou em combinação. Entre eles estão: métodos de forjamento, fundição, retificação, usinagem, estampagem eletroquímica e elétrica. O processo de obtenção das cavidades da matriz geralmente é por puncionamento, a frio ou a quente. Também pode ser usado para fazer pequenos encaixes com cavidades rasas. Geralmente os dados são tratados termicamente para obter maior resistência ao desgaste e dureza. Se necessário, o contorno e o acabamento superficial são melhorados com lixamento e polimento, com robôs industriais programáveis ​​ou manualmente.

A escolha do método de fabricação depende da operação em que a matriz será utilizada, bem como de seu formato e tamanho. Geralmente os custos determinam o processo a ser selecionado, uma vez que são importantes nas operações de fabricação. Embora os dados sejam pequenos e relativamente simples, podem custar centenas de euros. No entanto, como um grande número de peças é fabricado utilizando a mesma matriz, em geral o custo por unidade é normalmente apenas uma pequena parte do custo de fabricação da peça.

Os dados são geralmente classificados como masculinos e femininos ou por tamanho. Geralmente, os dados pequenos são aqueles que possuem superfície entre 2 cm² a 1 m², enquanto os grandes possuem superfície superior a 1 m².

As matrizes podem ser fundidas em aços, ferros fundidos e ligas não ferrosas. Os processos utilizados variam desde a moldagem em casca (para dados pequenos) até a fundição em areia (para dados grandes pesando várias toneladas).

Em geral, os aços fundidos são preferidos para matrizes de peças grandes devido à sua resistência e tenacidade e à facilidade de controle de sua composição, propriedades e tamanho de grão. Dependendo de como são solidificados, os dados fundidos, ao contrário dos dados de metal forjado ou laminado, podem não ter propriedades direcionais; Podem ter as mesmas propriedades em todas as suas superfícies de trabalho; entretanto, devido ao encolhimento, o controle das tolerâncias dimensionais pode ser difícil em comparação com matrizes usinadas.

As matrizes geralmente são usinadas a partir de um bloco forjado, com processos como retificação, torneamento, fresamento, usinagem eletroquímica e elétrica. A usinagem pode ser complicada quando os materiais são de alta resistência, duros, resistentes ao desgaste ou tratados termicamente.

As operações podem ser demoradas, razão pela qual muitos processos de usinagem não tradicionais são utilizados, especialmente em matrizes de pequeno ou médio porte, pois são mais rápidos e econômicos e as matrizes geralmente não requerem acabamento adicional. As matrizes de diamante, para fios finos, são feitas fazendo furos com uma agulha rotativa fina revestida com pó de diamante e óleo como lubrificante.

Os aços de encaixe são tratados termicamente para melhorar a dureza, a resistência ao desgaste e a resistência geral. O mau tratamento térmico é uma das causas mais comuns de falhas nas matrizes, uma vez que pode distorcê-las devido a alterações microestruturais e ciclos térmicos não uniformes.

A seleção adequada de temperaturas e atmosferas de tratamento térmico, meios, têmpera, práticas de revenido e manuseio são importantes. Os soquetes podem ser submetidos a diferentes tratamentos de superfície para melhorar suas características de desgaste e atrito. A condição e a composição das superfícies da matriz são de particular importância.

Após o tratamento térmico, as matrizes são submetidas a operações de acabamento, como retificação, polimento... para obter o acabamento e a precisão dimensional desejados.

O processo de retificação pode causar danos à superfície se não for bem controlado, devido ao excesso de calor que pode ser produzido, podendo incluir tensões residuais na superfície que reduzem sua vida em fadiga. Arranhões nas superfícies podem atuar como fonte de concentração de tensão. Da mesma forma, os processos de fabricação de matrizes podem causar danos superficiais e rachaduras, a menos que os parâmetros do processo sejam totalmente controlados.

Essas falhas geralmente são devidas nas operações de fabricação a uma ou mais causas listadas abaixo:

a) projeto inadequado.

b) defeito material.

c) superaquecimento e fissuração térmica.

d) operações inadequadas de tratamento térmico e acabamento.

e) excesso de peso.

f) desgaste excessivo.

g) uso indevido e manuseio inadequado.

O design adequado é muito importante. Para resistir às forças nos processos de fabricação, uma matriz deve ter seções transversais, folgas e cantos vivos adequados. Chanfros e raios, bem como mudanças abruptas na seção transversal, atuam como concentradores de tensão. As matrizes podem ser segmentadas e protendidas durante a montagem para melhorar sua resistência.

O manuseio, montagem, instalação e alinhamento dos soquetes é de grande importância. Sobrecarregar ferramentas e soquetes pode causar falhas prematuras. Por exemplo, uma causa comum em matrizes de extrusão a frio é o operador do robô não remover a peça acabada antes que a outra peça bruta seja carregada.

Os materiais utilizados para encaixes como carbonetos e diamantes, apesar de sua dureza e resistência à abrasão, são suscetíveis a rebarbas e alongamentos devido a forças de impacto ou efeitos térmicos causados ​​por variações de temperatura interna.

Até mesmo os fluidos de trabalho podem afetar negativamente os materiais das matrizes e das ferramentas, por exemplo, o cloro nos lubrificantes, os aditivos de enxofre e os refrigerantes podem danificar o aglutinante de cobalto no carboneto de tungstênio, diminuindo sua resistência e tenacidade.

Mesmo se fabricados corretamente, os dados são submetidos a altas temperaturas e grandes tensões durante o processo, o que pode causar desgaste e (conseqüentemente) alterações de forma. O desgaste das matrizes deve ser levado em consideração, pois ao mudarem de formato, as peças produzidas, por sua vez, terão dimensões incorretas.

Durante o uso, as matrizes podem sofrer trincas térmicas, devido à ciclagem térmica, especialmente na fundição sob pressão. Para evitar esse defeito e eventual quebra em operações a quente, as matrizes geralmente são pré-aquecidas a temperaturas entre 1.500 e 2.500 °C. Soquetes desgastados ou rachados podem ser reparados com soldagem e deposição de metal, que incluem lasers.

Os soquetes podem ser projetados e fabricados com insertos substituíveis quando desgastados ou rachados. O desenho e a colocação dos insertos devem ser cuidadosamente estudados, pois qualquer falha nestes aspectos pode causar sua quebra. Falhas e fraturas nas matrizes podem ser perigosas para os funcionários das fábricas.

É possível que os dados que aguardam numa gaveta se desintegrem subitamente, devido ao estado de grandes tensões internas dos seus componentes (tensões residuais). As peças que se quebram são jogadas fora em alta velocidade e podem causar ferimentos graves. As matrizes devem ser cercadas por defesas metálicas que devem ser bem projetadas e ter resistência para conter as peças fraturadas em caso de falha.