Conformação mecânica

Prévia do material em texto

a
chapa apoiada em uma
matriz. No instante em que o
punção penetra na matriz, o
esforço de compressão
converte-se em esforço de
cisalhamento e ocorre o
desprendimento brusco de
um pedaço de chapa.
 O processo de corte por
cisalhamento é um processo
de separação, que
geralmente é tratado com os
processos de estampagem
por ter muito em comum com
eles. Os dois são efetuados
por ferramentas que são
acionadas por prensas.
Inclusive, existem muitas
dessas ferramentas que
combinam processos de
estampagem com processos
de corte. Para o corte por
cisalhamento geralmente são
usadas prensas mecânicas.
 O corte é
efetuado
por dois
cantos
afiados, que
passam um
em frente ao
outro com
determinada
folga entre
eles,
estabelecida
pelo
material e
pela
espessura
da chapa
cortada.
Força de corte
A força de corte, , necessária para provocar a separação da chapa é dada pela expressão:
Em que:
p é o perímetro da forma a ser cortada.
e é a espessura da chapa.
 é a tensão de cisalhamento (normalmente, duas vezes o limite de resistência, , do material).
Supondo-se que se deseje confeccionar um furo comum com uma punção em uma chapa como indicado a
seguir. Caso o furo tenha um diâmetro , o perímetro será . Portanto, a força necessária para aplicar na
punção é .
• 
• 
• 
Dobramento
Os dois fatores mais importantes
no dobramento são o raio de
curvatura e a elasticidade do
material. É sempre indicado evitar
cantos vivos, de modo que devem
ser fixados raios de curvatura com
valores entre uma a duas vezes a
espessura da chapa para materiais
dúcteis (macios) e de três a quatro
vezes a espessura para materiais
frágeis (duros).
 No caso de materiais mais duros,
devido às características de
elasticidade dos metais, é comum,
após realizado o esforço de
dobramento, que a chapa tenda a
voltar à sua forma primitiva, de
modo que é aconselhável construir
as matrizes com ângulos de
dobramento mais acentuados, além
de realizar a operação em várias
etapas, com uma única ou com
várias matrizes.
Linha neutra
No dobramento, a chapa
metálica a ser dobrada é
submetida a esforços
aplicados em duas
direções opostas que
provocam a flexão e a
deformação plástica,
mudando a forma que
inicialmente era uma
superfície plana, para
duas superfícies
concorrentes, em ângulo,
com raio de concordância
em sua junção.
 A tira
planificada
possui
comprimento
c e, quando
dobrada,
apresenta
duas regiões
lineares ( e
 ) e um raio
de
concordância,
.
 A linha neutra é uma região da
chapa em que não há tensões
trativas nem compressivas, tanto
na chapa planificada quanto na
chapa dobrada. Dessa forma, o
comprimento da chapa
planificada, c, é igual ao
comprimento da linha neutra na
chapa dobrada, representada
pela linha pontilhada na imagem
a seguir, que está posicionada a
uma distância y da face interna
da chapa de espessura e.
Para o exemplo mostrado na imagem, igualando o comprimento da linha neutra da chapa dobrada ao
comprimento da planificada, temos:
Colocando o posicionamento da linha neutra em evidência:
Observamos que a espessura da chapa não é levada em consideração na formulação para o cálculo do
posicionamento da linha neutra. Além disso, vemos, acima dessa linha na parte externa do raio de
dobramento, que as tensões na chapa são trativas. Já na parte interna do raio de dobramento, abaixo da linha
neutra, as tensões existentes na chapa são compressivas. Confira na imagem a seguir.
Verificando o aprendizado
Questão 1
Considerando que um material está sendo conformado a uma temperatura tal que os efeitos de encruamento
sejam efetivos e que o material possui temperatura de fusão de 890⁰C, determine a faixa de temperatura em
que o material está sendo conformado.
A 0 a 267⁰C
B 267⁰C a 445⁰C
C 445⁰C a 890⁰C
D 0 a 349 K
E 349K a 582K
A alternativa D está correta.
Para que os efeitos de encruamento sejam efetivos, o tipo de trabalho deve ser a frio, ou seja, entre 0 e 0,3
da escala homóloga. Como a temperatura de fusão é 890⁰C, deve-se calcular essa temperatura em Kelvin
(K):
Logo, o limite superior do trabalho a frio é 30% de 1163 K:
Portanto a faixa de temperatura é de 0 a 349K.
Questão 2
É preciso confeccionar um furo na chapa da figura a seguir, sabendo-se que o material é um aço SAE 1020
com tensão de ruptura de 460 MPa . Utilizando , determinar a força de corte necessária.
A 30 kgf
B 45 kgf
C 50 kgf
D 65 kgf
E 80 kgf
A alternativa D está correta.
2. Características dos processos de Conformação Mecânica por extrusão e trefilação
Extrusão e trefilação
Neste vídeo, conheça mais sobre as diferenças entre extrusão e trefilação.
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Extrusão
A extrusão é o processo de conformação mecânica em que a matéria-prima é forçada contra a matriz, sendo
obtida a redução e/ou a mudança na forma da seção transversal. A parte anterior à matriz fica contida em um
recipiente ou cilindro e a peça extrutada pode ser um perfil, barra ou tubo.
No processo de extrusão básico, denominado extrusão direta, um
tarugo cilíndrico é colocado em uma câmara e empurrado através de
uma abertura na matriz por meio de um pistão hidráulico. Essa abertura
da matriz pode ser desde geometrias simples, como circunferências,
até outros formatos mais complexos.
Classificações dos processos de extrusão
Além do processo de extrusão direta, existem também outros tipos de classificações, como extrusão indireta,
extrusão lateral, extrusão por impacto ou extrusão hidrostática:
Extrusão indireta
Também chamada de extrusão reversa ou extrusão invertida, a matriz desloca-se na direção do
tarugo.
Extrusão lateral
O material do tarugo é forçado através de abertura lateral da câmara. Nesse caso, os eixos do punção
e da peça formam um ângulo de 90º entre si.
Extrusão por impacto
A punção desloca-se rapidamente sobre o tarugo, que é extrudado para trás, de maneira semelhante
à extrusão indireta.
Extrusão hidrostática
Nesse caso, o diâmetro do tarugo é menor do que o da câmara e o espaço entre a câmara e o tarugo
é preenchido por um fluido. O esforço é transmitido ao fluido por um pistão e o fluido transmite a
força ao tarugo. Como não há contato direto entre o tarugo e a câmara, não há atrito nas paredes
dela.
Basicamente, qualquer forma de seção transversal cheia ou vazada pode ser fabricada por extrusão. Como a
geometria da matriz é constante, as peças extrudadas têm seção transversal também constante.
Defeito da extrusão
Existe um defeito específico do processo de conformação por extrusão que ocorre no centro do material, na
parte que está em contato com a superfície do pistão que empurra o material. Como a região do núcleo do
material extrudado desloca-se pela matriz mais rapidamente do que a região da periferia, no momento da
etapa final da extrusão, inicia-se a formação de uma cavidade na região central da superfície do material em
contato com o pistão.
O crescimento do diâmetro e da profundidade dessa cavidade é
gradual, transformando a barra em tubo, semelhante ao formato
existente no fundo das garrafas de vinho. Esse é um defeito
característico da extrusão e essa região deve ser descartada
(SCHAEFFER, 2005).
Trefilação
O processo de trefilação consiste na redução da seção transversal de um tubo, fio ou barra, forçando o
material a passar pela ferramenta por meio de uma força trativa. 
Fio 
A ferramenta possui um canal de forma convergente e é chamada de fieira ou trefila. Entenda melhor na
imagem a seguir.
Fieira ou trefila
As trefiladoras de tambor podem ser classificadas em três grupos:
Trefiladora simples
Com um tambor e utilizada para arames
grossos.
Trefiladora dupla
Utilizada para arames médios.
Trefiladora múltipla
Também chamada de trefiladora contínua
empregada para arames médios a finos.
Confira um exemplo na imagem a seguir.
Ângulo de abordagem
O ângulo de abordagem, , da fieira é um parâmetro bastante importante para a trefilação, pois, em função
desse ângulo, a energia necessária para a trefilação muda, bem como os limites de conformação sãodefinidos.
Compõem a energia total de trefilação, , as seguintes parcelas:
Energia de atrito, 
Resultante do atrito entre o material e a fieira, que diminui com o aumento do ângulo de abordagem.
Energia redundante, 
Parcela de energia que é traduzida como as deformações cisalhantes sofrida pelo material por conta
da mudança de direção nas proximidades da fieira, além da energia necessária para a deformação
homogênea, mas que não contribui para a mudança dimensional da peça trefilada. Essa parcela de
energia aumenta com o aumento do ângulo de abordagem.
Energia de deformação plástica, 
Referente ao trabalho interno de deformação do material, que é independente do ângulo de
abordagem.
Graficamente, podemos analisar todas as parcelas da energia de trefilação conforme a seguir:
Como observado na figura, a curva da energia total de trefilação, , possui um valor mínimo que
corresponde à energia mínima necessária para a trefilação. Associada a esse valor mínimo da energia total de
trefilação, temos um ângulo de abordagem ótimo, , em radianos. Esse ângulo pode ser estimado como:
Em que:
 é o coeficiente de atrito entre o material e a fieira.
 
 é o diâmetro inicial da barra.
 
 é o diâmetro final da barra.
Uma vez que o ângulo de abordagem aumenta, além da energia de trefilação (que também aumenta),
observamos que, a partir de determinado ângulo crítico, , ocorre a formação de uma zona morta na
matriz. Essa zona morta caracteriza-se por uma região do material que permanece estagnado na parede da
fieira formando uma falsa matriz. Podemos estimar o ângulo crítico, , como:
Aumentando ainda mais o ângulo de abordagem, acima do ângulo crítico responsável pela ocorrência da falsa
matriz, observamos um novo ângulo crítico a partir do qual ocorre um descascamento do material e o núcleo
do material é separado da parte externa.
 
Nesse caso o diâmetro final, Df, não sofre qualquer deformação e o processo não é de conformação
mecânica. Esse ângulo crítico a partir do qual observamos o descascamento, αcr2, pode ser estimado por:
Verificando o aprendizado
Questão 1
A extrusão é o processo de conformação mecânica em que a matéria-prima é forçada contra a matriz e é
obtida a redução e/ou a mudança na forma da seção transversal. Além da extrusão direta, são consideradas
tipos de extrusão, exceto:
A Extrusão indireta
B Extrusão oblíqua
• 
• 
• 
C Extrusão lateral.
D Extrusão por impacto
E Extrusão hidrostática
A alternativa B está correta.
Além do processo de extrusão direta, existem também outros tipos de classificações, como extrusão
indireta, extrusão lateral, extrusão por impacto ou extrusão hidrostática:
a) Extrusão indireta, também chamada de extrusão reversa ou extrusão invertida: a matriz desloca-se na
direção do tarugo.
b) Extrusão lateral: o material do tarugo é forçado através de abertura lateral da câmara. Nesse caso, os
eixos da punção e da peça formam um ângulo de 90º entre si.
c) Extrusão por impacto: a punção desloca-se rapidamente sobre o tarugo, que é extrudado para trás, de
maneira semelhante à extrusão indireta.
d) Extrusão hidrostática: nesse caso, o diâmetro do tarugo é menor do que o diâmetro da câmara e o
espaço entre a câmara e o tarugo é preenchido por um fluido. O esforço é transmitido ao fluido por um
pistão e o fluido transmite a força ao tarugo. Como não há contato direto entre o tarugo e a câmara, não há
atrito nas paredes dela.
Questão 2
Para uma trefilação de uma barra com diâmetro inicial de 60 mm, diâmetro final de 25 mm e coeficiente de
atrito entre o material e a fieira de 0,05, calcule o ângulo de abordagem ótimo da operação.
A 14,68º
B 0,256º
C 1,468º
D 2,56º
E 25,60º
A alternativa A está correta.
Temos:
3. Características dos processos de Conformação Mecânica por laminação
Laminação
Assista ao vídeo e conheça mais sobre o processo de laminação.
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O processo de laminação consiste na passagem de uma peça entre
dois cilindros que giram, de forma a reduzir a área de uma seção
transversal.
É semelhante à fabricação de massas, mas em vez de passar uma massa entre os rolos, são os aços que têm
sua espessura reduzida.
Fabricação de massas
Durante a laminação, raramente passa-se o material somente uma vez entre os cilindros de laminação, pois a
redução da área almejada normalmente não pode ser alcançada em um só passe. Assim, o equipamento de
laminação deve ser capaz de submeter o material a uma sequência de passes.
Quando esse equipamento consiste em somente um conjunto cilindros,
isso pode ser atingido de duas formas: variando a distância entre os
cilindros de trabalho (laminadores reguláveis durante a operação) ou
mantendo essa distância fixa (laminadores fixos durante a operação) e
modificando o diâmetro do cilindro ao longo de seu comprimento, o que
equivale a variar a abertura entre esses cilindros (CHIAVERINI, 1986).
O grau de redução da espessura obtida por laminação a frio geralmente varia de 50 a 90%. Quando se define
o quanto deseja-se reduzir em cada passe ou em cada trem de laminação, busca-se uma distribuição tão
uniforme quanto possível em cada um dos passes, sem que haja uma redução acentuada em relação à
redução máxima de cada passe.
 
Normalmente, o último passe possui a menor porcentagem de redução para permitir melhor controle
dimensional e melhor acabamento superficial. A seguir confira como ocorre cada etapa da laminação.
Primeira etapa
Nesta etapa, se inicia com uma barra.
Segunda etapa
Nesta etapa, a barra é aquecida.
Terceira etapa
Nesta etapa, ocorrem as primeiras reduções de espessura a quente para que
o grau de deformação seja maior, já que a ductilidade do material a quente é
maior e, nessa etapa inicial, não há necessidade de tolerâncias dimensionais
apertadas.
Quarta etapa
Nesta etapa, ocorrem a frio, com um grau de redução menor. Dessa forma, é
possível obter um grau de precisão maior no produto final, cuja laminação são
bobinas que servem de matéria prima para diversos ramos da indústria.
Relações geométricas na laminação
Comprimento do arco de contato
Considere uma chapa que possui a altura inicial e tem sua espessura reduzida até por dois cilindros
cujo raio é . A imagem a seguir ilustra o processo.
A redução de altura é dada por:
O arco de contato, , definido pelo ângulo , gera a região de contato entre a barra e os cilindros e pode
ser calculado pela relação de triângulos:
Considerando desprezível, o arco de contato, , pode ser calculado por:
Ângulo de contato
O ângulo de contato, , é o ângulo delimitado pela região do cilindro que está em contato com o material
laminado. Geometricamente, podemos observar na imagem anterior, que:
Ou seja,
Para ângulos pequenos, podemos admitir . Logo:
Condições de mordida e arrastamento da chapa pelos cilindros
No momento que a chapa entra em contato com os cilindros, duas forças de reação atuam sobre ela: a força
normal, , que é normal à superfície do cilindro e a força de atrito, , que é tangencial ao cilindro, conforme
imagem:
Notamos que, a força resultante da força normal e da força de atrito é a força . A condição necessária para
que a chapa seja arrastada para os cilindros, que é chamado processo de mordida, é que a componente da
força resultante, , na direção , seja maior do que zero ( ), ou seja:
Admite-se que o processo de atrito que ocorre é a partir da formulação de Coulomb, ou seja, , em
que é o coeficiente de atrito entre o cilindro e a chapa. Dessa modo, a equação anterior pode ser escrita
como Coulomb.
Coulomb
Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) foi um físico francês que publicou sete tratados sobre
eletricidade e magnetismo, e outros sobre torção e atrito entre sólidos. Em sua homenagem, deu-se seu
nome à unidade de carga elétrica, o coulomb.
Como há o contato entre a chapa e o cilindro, N é sempre positivo, logo:
Portanto, chega-se à condição para que a mordida ocorra:
 
À medida que os graus de reduções da chapa aumentam, é necessárioaumentar o atrito (ou recorrer a forças
auxiliares) para permitir a entrada da chapa nos cilindros.
 
O caso limite para que ocorra a mordida ( ) permite calcular a redução máxima possível de ser
obtida. Podemos considerar para pequenos ângulos que:
Aplicando a condição limite, obtém-se:
Finalmente, a redução máxima é:
Vale ressaltar que, uma vez que a chapa é arrastada para o cilindro, o processo de laminação pode continuar
com ângulos de contato tal que . Logo que a chapa se encontre entre os cilindros, a força resultante
aplicada pelo cilindro sobre a chapa não está mais no ponto de entrada e sim em algum ponto entre a entrada
e a saída.
Anisotropia na Laminação
Na laminação a frio, devido à orientação dos grãos serem preferenciais em uma direção, o material apresenta
propriedades diferentes em cada direção. A essa característica dá-se o nome de anisotropia.
Grãos
Em metalurgia, cristal é um sólido no qual os constituintes básicos (átomos, moléculas ou íons) estão
organizados em um padrão tridimensional bem definido, que se repete no espaço, formando uma
estrutura com uma geometria específica. Quando esse cristal é isolado tem-se o grão.
Quando o material é laminado a quente, como qualquer conformação a quente, ocorre a formação de novos
grãos equiaxiais. Portanto, o material não apresenta características diferentes ao longo das direções e
denomina-se de isotrópico.
Outra maneira de reduzir os efeitos da anisotropia do material é aplicar um tratamento térmico, como 
recozimento.
Recozimento
O recozimento é um tratamento térmico que tem por objetivo reduzir a dureza de uma peça que sofreu
um tratamento térmico de têmpera ou normalizar materiais com tensões internas resultantes dos
processos de conformação mecânica.
Tipos de laminadores
Os laminadores podem ser classificados em diversos tipos, dependendo da disposição dos cilindros de
trabalho. Os mais conhecidos são laminadores duos, trios, quádruos, universal e Sendzimir (CHIAVERINI,
1986).
Laminador duo
Esse equipamento é chamado de laminador duo e pode ser reversível ou não. Nos duos não
reversíveis, o sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido e o material só pode ser laminado
em um sentido.
Laminador trio
Três cilindros são dispostos um sobre o outro e a peça é introduzida no laminador, passando entre o
cilindro inferior e o médio e retornando entre o cilindro superior e o médio. Os modernos laminadores
trio são dotados de mesas elevatórias ou basculantes para passar as peças de um conjunto de
cilindros a outro.
Laminador quádruo
Compreende quatro cilindros, montados uns sobre os outros. Dois desses cilindros são denominados
trabalho (os de menor diâmetro) e dois cilindros são denominados suporte ou apoio (os de maior
diâmetro).
Laminador universal
Esse laminador é composto por uma combinação de cilindros horizontais e verticais. Os cilindros
verticais estão dispostos no mesmo plano vertical que os cilindros horizontais, entretanto não são
acionados. Servem apenas para garantir a uniformidade da seção do perfil laminado.
Laminador sendzimir
Nesse laminador, os cilindros de trabalhoso são suportados, cada um deles, por dois cilindros de
apoio. Este sistema permite grandes reduções de espessura em cada passagem a partir dos cilindros
de trabalho.
Existem outros tipos de laminadores mais especializados, como o planetário, “passo peregrino”, Mannesmann
etc.
Tadeusz Sendzimir (1894-1989) foi um engenheiro polonês e inventor
de renome internacional com 120 patentes em mineração e metalurgia.
Laminação de perfis
Diversos perfis estruturais como vigas em “I”, “T” e “U” são laminados.
O processo é semelhante à laminação de chapas, entretanto os
cilindros possuem ranhuras que permitem a confecção desses perfis.
A laminação de perfis é realizada sempre a quente por conta do alto
grau de deformação do material. Para esse tipo de laminação utilizam-
se tanto cilindros ranhurados quanto laminadores universais.
Cálculo da carga na laminação de chapas a frio
A partir da hipótese de uma deformação homogênea (HELMAN; CETLIN, 2005) pode ser feita uma estimativa
para a carga de laminação de chapas a frio, considerando o processo de laminação como um processo de
compressão homogênea entre placas bem lubrificadas.
 
As placas possuem um comprimento L igual ao comprimento do arco de contato projetado na direção de
laminação. Na direção transversal, o comprimento de contato será a largura w da chapa. Assim, a área de
contato é:
Admite-se que não há deformação lateral (hi ≪ w). Então, a carga de laminação é:
Em que é a tensão média de escoamento para o estado plano de deformação ). Logo, a
forma por unidade de largura é dada por:
Com essa equação é obtido o limite inferior para a carga de laminação, uma vez que não é considerado o
atrito na formulação. Orowan (1943) sugere 20% de acréscimo na carga para incluir o efeito do atrito. Sendo
assim, chega-se finalmente a:
Essa não é uma equação precisa, porém é uma rápida estimativa da carga de laminação.
Verificando o aprendizado
Questão 1
O processo de laminação consiste na passagem de uma peça entre dois cilindros que giram, de forma a
reduzir a área de uma seção transversal. Existem diversos tipos de laminadores para as mais variadas
aplicações. Dentre os listados abaixo, não é um tipo de laminador:
A Duo
B Universal
C Sendzimir
D Mannesmann
E Diferencial
A alternativa E está correta.
Os tipos de laminadores existentes são: duo, trio, quádruo, universal, Sendzimir, planetário, passo peregrino
e Mannesmann. “Diferencial” não é um tipo de laminador.
Questão 2
Deseja-se laminar uma chapa de aço com espessura inicial de 87,5 mm até uma espessura final de 61 mm.
Para a operação, dispõem-se de um laminador duo cujo diâmetro do cilindro é de 440 mm. Determine o
coeficiente de atrito mínimo para que haja condição de mordida da chapa aplicação de esforço externo.
A 0,295
B 0,158
C 0,347
D 0,245
E 0,474
A alternativa C está correta.
Temos:
4. Características dos processos de Conformação Mecânica por forjamento
Forjamento
Assista ao vídeo e conheça mais sobre a diferença do forjamento de matriz aberta e forjamento de matriz
fechada.
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Forjamento é o nome dado às operações de conformação mecânica em que os esforços sobre um material
dúctil são compressivos, então o material tende a assumir o contorno da ferramenta de trabalho.
O forjamento é um dos
processos de conformação
mais antigos, tendo sua
origem no trabalho dos
ferreiros muitos séculos
antes de Cristo. A
substituição do esforço
aplicado pelo ferreiro
ocorreu nas primeiras
etapas da Revolução
Industrial.
 Atualmente, existem diversos tipos de
maquinários utilizados no forjamento que
são capazes de produzir peças das mais
variadas formas e tamanhos, desde
alfinetes, parafusos, porcas e pregos até
asas e rotores de turbinas de avião. O
ferramental empregado na maioria das
operações de forjamento é constituído por
um par de ferramentas de superfície plana
ou côncava.
Classificação das operações de forjamento
O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operações: forjamento em matriz aberta ou
forjamento livre e forjamento em matriz fechada.
Forjamento em matriz aberta ou forjamento livre
No forjamento em matriz aberta, também chamado de forjamento livre, a matéria-prima é conformada entre
matrizes planas ou de forma simples, que geralmente não se tocam.
Esse tipo de forjamento é usado para fabricar peças grandes e com
formas relativamente simples, como alavancas, eixos de turbinas e de
navios, correntes, âncoras etc; ou então para realizar operações de
pré-conformação em peças que serão submetidas posteriormente a
operações de forjamento mais complexas.
No forjamento de matriz aberta, normalmente o processo ocorre a
quente por conta da dimensão da peça e do grau de deformação
aplicado, exigindo ductilidade do material. Caso fosse realizado
forjamento a frio, o material não resistiria e apresentaria não
conformidades,como trincas.
Forjamento em matriz fechada
No forjamento em matriz fechada, a matéria-prima é conformada entre duas metades de matriz em que cada
uma possui impressões com o formato que se deseja fornecer à peça gravada em baixo-relevo na superfície
que entra em contato com o material. Como a deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada
(ou semifechada), é possível obter peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.
 
Diversos tipos de peças são fabricadas por forjamento em matriz fechada, confira.
Moedas (são confeccionadas por
cunhagem)
Ganchos
Chaves Alicates
Martelos Bielas
Pás de turbinas
Nos casos em que a deformação do material ocorre dentro de uma cavidade sem zona de escape, é
fundamental a precisão na quantidade de material, pois sendo insuficiente resulta na falta de preenchimento
da cavidade e consequente falha no volume da peça. Já o excesso de material causa sobrecarga e possível
dano ao maquinário e ao ferramental.
Como existe dificuldade de dimensionar a quantidade precisa de material, normalmente emprega-se
um pequeno excesso. Por conta disso, as matrizes possuem uma zona oca especialmente destinada
para recolher o material excedente após a cavidade principal ser totalmente preenchida.
Esse material excedente forma uma faixa estreita em torno da peça forjada, na região de interseção entre as
duas matrizes. A esse material excedente denomina-se rebarba e, por conta dessa formação, é necessária
uma operação posterior de corte para remoção, chamada rebarbação.
 
Portanto, as funções da rebarba são:
Funcionar como uma válvula de segurança para escoar o excesso de material da cavidade das
matrizes.
 
Controlar o escape de metal, aumentando a resistência ao escoamento do material para que a pressão
aplicada no material aumente e, portanto, seja assegurado que o metal preencherá todos os espaços
da cavidade da matriz.
Uma geometria complexa geralmente não pode ser obtida em uma única etapa de conformação de
forjamento, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. Essas etapas anteriores ao forjamento principal
podem ser realizadas por meio de superfícies especificamente usinadas no próprio bloco das matrizes, em
dispositivos separados ou mesmo por meio de outros processos de conformação mecânica.
O objetivo do pré-forjamento é fazer a distribuição do metal para regiões mais adequadas ao
forjamento subsequente. A pré-forma a ser obtida é conformada para uma configuração mais
próxima da forma final em uma matriz chamada de matriz de esboço, que garante uma distribuição
adequada de metal, mas ainda não a forma final, reduzindo o esforço de forjamento de cada etapa.
Essa distribuição é fundamental para que as máquinas (prensas) sejam capazes de conformar peças muito
complexas, visto que, se fossem forjadas em uma única etapa, duas dificuldades seriam observadas:
A máquina precisaria de um dimensionamento que talvez fosse inviável.
 
O material poderia não resistir a uma deformação tão severa e apresentaria trincas e falhas.
• 
• 
• 
• 
Veja um exemplo na imagem a seguir.
Esforço no forjamento
Para se estimar o esforço durante o forjamento, é preciso levar em consideração dois tipos de aplicação da
força: por ação de prensa e por ação de martelo.
Esforço por ação de prensa
Na aplicação do esforço por ação de prensa, é considerado um esforço
lento e progressivo da força sobre o bloco a ser deformado. Confira na
imagem um exemplo de prensa hidráulica para metal.
Considere um bloco em formato de paralelepípedo e uma força
constante, , sendo aplicada sobre o bloco, representando a matriz
superior que se desloca comprimindo o material.
A altura inicial do bloco é e a altura final do bloco é . Em um instante qualquer entre as alturas inicial e
final, considera-se uma altura h. O referencial está situado no solo e o sentido para cima é positivo.
O objetivo para desenvolver essa modelagem é igualar o trabalho realizado pela força externa, , pelo
trabalho de deformação realizado pelo bloco. Supondo que a força P cause uma deformação infinitesimal ,
o trabalho de deformação infinitesimal é dado por:
O sinal negativo é devido à força P estar no sentido contrário ao definido como sentido positivo. Aplicando o
operador integral em ambos os lados, temos:
Os limites de integração são de 0 a e de a . Logo:
Invertendo-se os limites de integração do lado direito da equação, multiplica-se este lado por (-1):
Define-se o parâmetro Resistência à Deformação, , que é uma pressão característica do material, dada
por:
Em que S é a área sobre a qual a força P é aplicada. Como o volume, V, do material é constante, temos para
um instante qualquer:
Portanto, a força P é escrita como:
Substituindo a equação da força na equação do trabalho, chega-se a:
Para um dado grau de deformação, a Resistência à Deformação, , é constante, bem como o volume. Dessa
forma, ambos os parâmetros podem ser retirados da integral:
Resolvendo a integral:
O trabalho realizado pela força ao percorrer a distância de a é:
Igualando os dois trabalhos, finalmente, chega-se à força necessária para deformar o bloco de volume da
altura de para a altura é:
Esforço por ação de martelo
No forjamento por ação de martelo considera-se um bloco de peso sendo solto a partir do repouso de uma
altura , conforme a imagem:
Da mesma forma que foi feito o desenvolvimento do esforço por ação de prensa, para o cálculo do esforço por
ação de martelo também é realizado um balanço de energia. A energia potencial, , do bloco que está a
uma altura é convertida em energia cinética, .
Em que é a massa do bloco, é a velocidade e é a aceleração da gravidade.
 
Ao impactar o bloco, parte da energia cinética é perdida por calor, atrito etc., sendo computada por uma
eficiência, , do processo. Essa energia é então convertida na energia de deformação plástica do bloco.
Como a energia potência é igual à energia cinética:
O peso do bloco é dado por:
Logo:
A energia de deformação é semelhante ao que foi feito durante o desenvolvimento do esforço por ação de
prensa:
Igualando as duas energias, temos:
 
De onde extrai-se a altura necessária para soltar o peso e deformar o bloco de volume de uma
altura até uma altura :
Nesse caso, a resistência à deformação, , tem o mesmo significado, tanto para o esforço por ação de
prensa quanto por ação de martelo. Entretanto, os valores para cada aplicação são diferentes e podem ser
obtidos a partir da tabela a seguir:
Rd (kgf/mm2)
Deformação (%) Por ação do martelo Por ação da prensa
0 a 10 10 – 15 4 – 6
10 a 20 10 – 20 6 – 12
20 a 40 20 – 30 12 – 22
40 a 60 30 – 36 22 – 28
Acima de 60 36 – 50 28 – 38
Tabela: Valores para cada aplicação.
Gustavo Simão Rodrigues
Verificando o aprendizado
Questão 1
No forjamento em matriz fechada, a matéria-prima é conformada entre duas metades de matriz, onde cada
uma possui impressões com o formato que se deseja fornecer à peça gravadas em baixo-relevo na superfície
que entra em contato com o material. Sobre o forjamento em matriz fechada não é uma assertiva verdadeira:
A O processo de deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada.
B As tolerâncias dimensionais são menores do que no forjamento livre.
C Para que o esforço no equipamento seja reduzido, utiliza-se menos material do que o necessário para
preencher a cavidade da matriz.
D
Devido ao alto grau de deformação do material, o forjamento em matriz fechada é realizado
principalmente a quente.
E Uma das funções da rebarba é funcionar como uma válvula de segurança para escoar o excesso de
material da cavidade das matrizes.
A alternativa C está correta.
Como existe uma dificuldade de dimensionar a quantidade precisa de material, normalmente emprega-se
um pequeno excesso para garantir o total preenchimento da cavidade da matriz. À medida que esse
excesso aumenta, também é aumentado o esforço no equipamento.
Questão 2
Calcule a força necessária para forjar um bloco com área inicial de 200 cm² em umaprensa, reduzindo a altura
de 50 cm para 45 cm.
A 95842,8 kgf
B 126432,5 kgf
C 256984,3 kgf
D 195480,5 kgf
E 204334,8 kgf
A alternativa B está correta.
Temos:
Deformação: pela tabela, 
5. Conclusão
Considerações finais
Neste conteúdo, exploramos inicialmente os conceitos fundamentais dos processos de fabricação por
conformação mecânica, abordando as principais operações envolvidas, como estampagem, corte de chapas,
dobramento, extrusão, trefilação, laminação e forjamento. Apresentamos as características de cada uma
dessas operações, destacando suas aplicações na produção de peças metálicas e sua relevância na indústria.
 
Analisamos que a principal característica da conformação mecânica é a deformação plástica do material,
processo no qual a forma da matéria-prima é alterada para definir a geometria final da peça. Esse princípio é
essencial para compreender como diferentes operações moldam materiais metálicos de maneira precisa e
eficiente, sem a remoção significativa de matéria.
 
Discutimos também a influência da temperatura durante o processo de deformação, observando que ela afeta
diretamente as propriedades e a qualidade do produto final. Destacamos que, em determinadas condições, a
deformação pode aumentar a resistência mecânica da peça, fenômeno conhecido como endurecimento por
encruamento, que pode ser explorado de forma estratégica na fabricação.
 
Por fim, abordamos a importância de compreender a relação entre processo, temperatura e propriedades do
material para garantir peças com desempenho adequado e custo otimizado. Esse conhecimento capacita o
profissional a selecionar a operação mais adequada para cada aplicação, planejar processos produtivos mais
eficientes e atender às exigências técnicas e de qualidade do setor metalmecânico.
Podcast
Para encerrar, ouça e entenda mais sobre conformação mecânica.
Conteúdo interativo
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Explore +
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema, pesquise:
 
Os rumos da Estampagem de Aços Automotivos. Industrial Heating.
Referências
ALTAN, T. Conformação de Metais - Fundamentos e Aplicações. São Carlos: EESC-USP, 1999.
 
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Processos de Fabricação e Tratamento. Vol. II. São Paulo: McGraw-Hill,
1986.
 
• 
HELMAN, H; CETLIN, P.R. Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais. São Paulo: Artliber, 2005.
 
OROWAN, E. The calculation of roll pressure in hot and cold flat rolling. Proceedings of the Institution of
Mechanical Engineers. Sage Journals. June 1, 1943.
 
SCHAEFFER, Lírio - Conformação Mecânica dos Metais. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2005.
	Conformação mecânica
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Preparação
	Objetivos
	Introdução
	Conteúdo interativo
	1. Principais características dos processos de conformação mecânica
	Introdução
	Conteúdo interativo
	Efeitos da temperatura na conformação mecânica
	Trabalho a frio
	Trabalho a morno
	Trabalho a quente
	Estampagem
	Primeiros copos
	Primeiros martelos
	Primeiras chapas finas de aço
	Primeiras prensas
	Aperfeiçoamento das máquinas
	Estampagem rasa x Estampagem profunda
	Corte de chapas
	Força de corte
	Dobramento
	Linha neutra
	Verificando o aprendizado
	Questão 2
	2. Características dos processos de Conformação Mecânica por extrusão e trefilação
	Extrusão e trefilação
	Conteúdo interativo
	Extrusão
	Classificações dos processos de extrusão
	Extrusão indireta
	Extrusão lateral
	Extrusão por impacto
	Extrusão hidrostática
	Defeito da extrusão
	Trefilação
	Trefiladora simples
	Trefiladora dupla
	Trefiladora múltipla
	Ângulo de abordagem
	Energia de atrito,
	Energia redundante,
	Energia de deformação plástica,
	Verificando o aprendizado
	3. Características dos processos de Conformação Mecânica por laminação
	Laminação
	Conteúdo interativo
	Primeira etapa
	Segunda etapa
	Terceira etapa
	Quarta etapa
	Relações geométricas na laminação
	Comprimento do arco de contato
	Ângulo de contato
	Condições de mordida e arrastamento da chapa pelos cilindros
	Anisotropia na Laminação
	Tipos de laminadores
	Laminador duo
	Laminador trio
	Laminador quádruo
	Laminador universal
	Laminador sendzimir
	Laminação de perfis
	Cálculo da carga na laminação de chapas a frio
	Verificando o aprendizado
	4. Características dos processos de Conformação Mecânica por forjamento
	Forjamento
	Conteúdo interativo
	Classificação das operações de forjamento
	Forjamento em matriz aberta ou forjamento livre
	Forjamento em matriz fechada
	Moedas (são confeccionadas por cunhagem)
	Ganchos
	Chaves
	Alicates
	Martelos
	Bielas
	Pás de turbinas
	Esforço no forjamento
	Esforço por ação de prensa
	Esforço por ação de martelo
	Verificando o aprendizado
	5. Conclusão
	Considerações finais
	Podcast
	Conteúdo interativo
	Explore +
	Referênciasprensa, reduzindo a altura
de 50 cm para 45 cm.
A 95842,8 kgf
B 126432,5 kgf
C 256984,3 kgf
D 195480,5 kgf
E 204334,8 kgf
A alternativa B está correta.
Temos:
Deformação: pela tabela, 
5. Conclusão
Considerações finais
Neste conteúdo, exploramos inicialmente os conceitos fundamentais dos processos de fabricação por
conformação mecânica, abordando as principais operações envolvidas, como estampagem, corte de chapas,
dobramento, extrusão, trefilação, laminação e forjamento. Apresentamos as características de cada uma
dessas operações, destacando suas aplicações na produção de peças metálicas e sua relevância na indústria.
 
Analisamos que a principal característica da conformação mecânica é a deformação plástica do material,
processo no qual a forma da matéria-prima é alterada para definir a geometria final da peça. Esse princípio é
essencial para compreender como diferentes operações moldam materiais metálicos de maneira precisa e
eficiente, sem a remoção significativa de matéria.
 
Discutimos também a influência da temperatura durante o processo de deformação, observando que ela afeta
diretamente as propriedades e a qualidade do produto final. Destacamos que, em determinadas condições, a
deformação pode aumentar a resistência mecânica da peça, fenômeno conhecido como endurecimento por
encruamento, que pode ser explorado de forma estratégica na fabricação.
 
Por fim, abordamos a importância de compreender a relação entre processo, temperatura e propriedades do
material para garantir peças com desempenho adequado e custo otimizado. Esse conhecimento capacita o
profissional a selecionar a operação mais adequada para cada aplicação, planejar processos produtivos mais
eficientes e atender às exigências técnicas e de qualidade do setor metalmecânico.
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Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema, pesquise:
 
Os rumos da Estampagem de Aços Automotivos. Industrial Heating.
Referências
ALTAN, T. Conformação de Metais - Fundamentos e Aplicações. São Carlos: EESC-USP, 1999.
 
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Processos de Fabricação e Tratamento. Vol. II. São Paulo: McGraw-Hill,
1986.
 
• 
HELMAN, H; CETLIN, P.R. Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais. São Paulo: Artliber, 2005.
 
OROWAN, E. The calculation of roll pressure in hot and cold flat rolling. Proceedings of the Institution of
Mechanical Engineers. Sage Journals. June 1, 1943.
 
SCHAEFFER, Lírio - Conformação Mecânica dos Metais. Porto Alegre: Imprensa Livre, 2005.
	Conformação mecânica
	1. Itens iniciais
	Propósito
	Preparação
	Objetivos
	Introdução
	Conteúdo interativo
	1. Principais características dos processos de conformação mecânica
	Introdução
	Conteúdo interativo
	Efeitos da temperatura na conformação mecânica
	Trabalho a frio
	Trabalho a morno
	Trabalho a quente
	Estampagem
	Primeiros copos
	Primeiros martelos
	Primeiras chapas finas de aço
	Primeiras prensas
	Aperfeiçoamento das máquinas
	Estampagem rasa x Estampagem profunda
	Corte de chapas
	Força de corte
	Dobramento
	Linha neutra
	Verificando o aprendizado
	Questão 2
	2. Características dos processos de Conformação Mecânica por extrusão e trefilação
	Extrusão e trefilação
	Conteúdo interativo
	Extrusão
	Classificações dos processos de extrusão
	Extrusão indireta
	Extrusão lateral
	Extrusão por impacto
	Extrusão hidrostática
	Defeito da extrusão
	Trefilação
	Trefiladora simples
	Trefiladora dupla
	Trefiladora múltipla
	Ângulo de abordagem
	Energia de atrito,
	Energia redundante,
	Energia de deformação plástica,
	Verificando o aprendizado
	3. Características dos processos de Conformação Mecânica por laminação
	Laminação
	Conteúdo interativo
	Primeira etapa
	Segunda etapa
	Terceira etapa
	Quarta etapa
	Relações geométricas na laminação
	Comprimento do arco de contato
	Ângulo de contato
	Condições de mordida e arrastamento da chapa pelos cilindros
	Anisotropia na Laminação
	Tipos de laminadores
	Laminador duo
	Laminador trio
	Laminador quádruo
	Laminador universal
	Laminador sendzimir
	Laminação de perfis
	Cálculo da carga na laminação de chapas a frio
	Verificando o aprendizado
	4. Características dos processos de Conformação Mecânica por forjamento
	Forjamento
	Conteúdo interativo
	Classificação das operações de forjamento
	Forjamento em matriz aberta ou forjamento livre
	Forjamento em matriz fechada
	Moedas (são confeccionadas por cunhagem)
	Ganchos
	Chaves
	Alicates
	Martelos
	Bielas
	Pás de turbinas
	Esforço no forjamento
	Esforço por ação de prensa
	Esforço por ação de martelo
	Verificando o aprendizado
	5. Conclusão
	Considerações finais
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	Referências