esforços forjamento

7/29/2019 esforos forjamento

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Matrizes para forjamento

As matrizes para forjamento esto sujeitas a grandes

solicitaes mecnicas, podendo chegar a tenses da ordemde 200 Kgf/mm2 bem como a solicitaes trmicas, uma vezque o material forjado se encontra a temperaturasapreciveis

Devido a essas solicitaes, as matrizes devem serconstrudas de materiais que apresentem as seguintescaractersticas:

alta dureza; elevada tenacidade; resistncia fadiga; alto limite de escoamento; alta resistncia mecnica a quente; tolerncia contra oscilaes trmicas.


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Materiais para Matrizes

Forjamento a frio:

Para forjamento a frio so considerados os chamadosaos indeformveis , que so materiais, que apresentampouca ou nenhuma alterao de forma e/ou dimenso durante

o tratamento trmico.

Nas classificaes AISI e SAE tais aos so designadospelas letras:

O - quando de baixa liga e temperveis em leo;D - quando de alta liga e temperveis em leo ou ar


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APLICAO AO COMPOSIO

Matrizes para conformao a

frio para pequenas sries

VND ( Villares)

AISI O1

C=0,95% Mn=1,25% Cr=0,50%

W=0,50% V=0,12%

Matrizes de forjamento paramartelo de queda com gravurasrasas

VETD (Villares)

AISI W2

C=1,00% V=0,25%

Matrizes para grandes sries VC130 (Villares) AISI D3

C=2,0% Cr=11,5% V=

0,2%


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Forjamento a quente:

Esses aos so designados pela AISI e SAE com as letras He dividem-se em quatro grupos:

ao Cr-Mo - tipos H11, H12, H13 e H15ao Cr-W - tipos H14 e H16

ao W - tipos H20, H21, H22, H24 e H26ao Mo - tipos H41, H42 e H 43


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APLICAO AO COMPOSIO

Matrizes para forjamento em prensa

de grande srie de peas de ao querequerem altas taxas de deformaoe elevado tempo de contatopea/matriz

VPCW (Villares)

AISI H12

C=0,35% Si=1,0%

Cr=5,0%Mo=1,5% W=1,35%V=0,25%

Matrizes para forjamento, em prensade ligas de cobre, ligas de alumnio e

de magnsio

VPC (Villares)

AISI H11

C=0,38% Si=1,0%

Cr=5,0% Mo= 1,35%

V= 0,4%


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Materiais para matrizes

O tratamento trmico para matrizes deve ser especificado combase nas solicitaes mecnicas.

Como valores orientativos temos que:

para forjamento a frio, durezas da ordem de 50 a 65 HRC para forjamento a quente, durezas da ordem de 30 a 45 HRC


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Projeto preliminar de uma matriz para forjamento

1. Escolha da linha de aparte;2. Desenho da pea para forjamento;3. Clculo da contrao;

4. Obteno das dimenses da rebarba;5. Escolha do bloco;6. Obteno da matria prima necessria;7. Estimativa da carga de forjamento


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1. Escolha da linha de aparte

Para seleo da linha de aparte alguns critrios podem ser utilizados:

a linha de aparte deve estar posicionada de tal maneira que permita afcil sada da pea de qualquer uma das duas metades da matriz;

preferencialmente a linha de aparte deve ser plana;

para peas simtricas a linha de aparte deve dividir a pea em duaspartes iguais;

Errado


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em peas que sero usinadas posteriormente deve-se localizar a linha deaparte de modo que no dificulte a posterior fixao da pea na mquina

idealmente a linha de aparte deve se localizar em um ponto quedeve ser o ltimo a ser preenchido ;


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2. Desenho da pea para forjamento

Definida a linha de aparte j possvel saber a posio da pea na matrizde forjamento.

Assim sendo, partindo-se do desenho da pea usinada deve-se

incorporar algumas alteraes para que seja possvel o seu forjamento.

Estas alteraes so:

previso de sobremetal para usinagem;

previso de ngulos de sada para as superfcies que forem paralela adireo de forjamento; previso de raios de concordncia para os cantos; Definir as tolerncias dimensionais do forjado de acordo com a NormaNBR 8999


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3. Clculo de contrao

Em peas forjadas a quente necessrio levar em conta acontrao que ir ocorrer quando do seu resfriamento. Destaforma a cavidade na matriz ser construda ligeiramente maiorque as dimenses da pea a ser forjada.

Para se obter as dimenses na cavidade multiplica-se asdimenses correspondentes da pea pelo fator de contrao, cujovalor dado por:

FC = 1+ t x

onde :

FC = fator de contraot = temperatura do forjado - temperatura da matriz [C]

= coeficiente de dilatao linear


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Como valores prticos pode-se adotar:

MATERIAL FATOR DE CONTRAOAO 1.01

BRONZE 1.008

LATO 1.009

COBRE 1.009

LIGAS LEVES 1.009

Tabela - Valores de contrao para algumas ligas


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Como j foi dito a rebarba responsvel pela elevao da carga deforjamento, de forma a aumentar a presso sobre o material no final

da operao, garantindo assim o completo preenchimento de todosos detalhes da matriz.

Desta forma o clculo exato da rebarba deveria ser feito levandoem considerao este fato e portanto, deveria calcular o valor dapresso necessria e por conseguinte a as dimenses da rebarbaque possibilitasse atingir esta presso.

4. Dimenses da rebarba



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Peso do Forjamento a frio Forjamento a quente

forjado [Kg] e [mm] L [mm] e [mm] L [mm]

at 0,5 1,6 20 3 20

0,6 a 2,5 1,6 26 3 26

2,6 a 4,5 2,5 32 4 32

4,6 a 7,0 3,5 35 5 35

7,1 a 12,0 4,0 38 6 38

12,1 a 28 5,0 45 7 45

28,1 a 46,0 6,5 50 8 50

46,1 a 90,0 - - 10 64

C= 2 x e

W = 8 x e

Dimenses de rebarba


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As dimenses do bloco devem ser calculadas em funo dos esforos a quea matriz estar sujeita, mas como uma primeira aproximao utilizam-se comovalores mnimos os constantes na tabela k.

Os valores constantes da coluna 2 so para espessura mnima de parede emmatrizes com apenas uma impresso

No caso de matrizes com mais de uma impresso a espessura mnima deparede dada pela coluna 3 e o valor de h deve ser o menor, dentre as

impresses

Para altura mnima do bloco, a coluna 4 apresenta valores e neste caso se obloco possuir mltiplas impresses deve ser utilizado o h da maior

impresso.

5. Escolha das dimenses do bloco



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Para obteno da matria prima inicialmente calculamos o peso doforjado como se segue:

PF = PLF + POX +PR onde:

PF = Peso bruto do forjado [Kg]

PLF = Peso da pea forjada [Kg]

POX = Peso do xido que se forma durante o aquecimento no

forjamento a quente e que para o ao pode ser estimado como sendo;

6 % do PLF se o PLF < 4,6 Kg5 % do PLF se o 4,7Kg < PLF < 11,5 Kg4 % do PLF se o PLF > 11,5 Kg

PR = Peso da rebarba

6. Clculo do blank



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Obtido o peso do forjado passamos a procurar a matria prima emdimenses comerciais que melhor se adapte as condies de forjamento,tendo o cuidado de garantir que o comprimento do material jamais seja

maior que 3 vezes a menor dimenso da base, isto para evitar aflambagem, quando da aplicao da carga de forjamento.

Em funo da matria prima escolhida, analisa-se a possibilidade decolocao do material na cavidade inferior da matriz. Se a colocao possvel e o material tem estabilidade suficiente para resistir os esforos deforjamento, a escolha esta terminada, caso contrrio, por tentativas tenta-seencontrar um formato comercial que seja adequado as condies,

Se no for possvel encontrar uma soluo com as dimenses comerciais,isto implica que ser necessrio forjamentos intermedirios de tal forma queseja possvel colocar a matria prima com estabilidade dentro das matrizes.


6. Clculo do blank recomendaes


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O clculo exato da fora necessria para deformao no forjamento extremamente difcil, pois alem da complexidade prpria da deformaoplstica j discutida, existe ainda o problema dos atritos da pea com amatriz, os problemas de resfriamento da pea em contato com a matrizetc... .

Em funo disto realizasse uma simplificao at certo ponto grosseiraque permite a estimativa da ordem de grandeza das foras envolvidas.

Para forjamento em prensa:

onde :f = fora de forjamento em tonSp = rea projetada do forjado + rebarba na linha de aparte [mm

2]k = coeficiente de complexidade do forjado = tenso mdia de escoamento do material na temperatura de

forjamento [ton/mm2] ( valor obtido em ensaios ou tabelas)

kSp

7. Estimativa da fora de forjamento


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MODO DE DEFORMAO K

Compresso de um cilindro entre duas placas planas 1,2 - 2,5

Forjamento de peas simples sem a formao de rebarba 3- 5

Forjamento de peas simples com a formao de rebarba 5-8

Forjamento de peas complexas com a formao de rebarba 8-12

Valores de "k para clculo da fora em forjamento com prensa

7. Estimativa da fora de forjamento



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Para forjamento em martelo:

onde:

f = fora do martelo em [Kgf]S = Seo do forjado na linha de aparte (sem a rebarba) [mm2]

OBS: o valor de 8 [Kgf/mm2] deve ser usado para matrizes que possuemsees esboadoras, j o valor de 18 [Kgf/mm2] deve ser usado para matrizesque possuem uma nica impresso.

]/[18]/[8 22 mmkgfS

fmmkgf


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Fora no forjamento livre

DT= P.dh - Trabalho elementar

R = P/A Resistencia a deformao

Vc ~ cte na deformao

P

V Rh

h

h

. (ln )0

1

onde:P = Fora de forjamento em KgfV = Volume do corpo em mm3R = Resistncia real deformao em Kgf/mm2h0 = Altura inicial do corpo em mmh1 = Altura final do corpo em mm

h = h0 - h1


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CAE (Elementos finitos) no forjamento


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CAE (Elementos finitos) no forjamento

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