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

Outubro 2019 Número 25 www.sfeditora.com.br

O Uso da Manufatura Aditiva em Matrizes de Forjamento Especial:

Entrevista Prensas Schuler Simulação do Tamanho de Grão no Forjamento Aumente a Vida da Matriz com Solda por Inundação Selecionando o Equipamento Para Lidar com Forjados Pesados Desenvolvimento do Processo Forjamento em Matriz Fechada Resolvendo Falha de Matrizes com Aços Ferramenta Especiais


join the best: worldwide 1-3 Outubro 2019 São Paulo Expo - SP - Brasil | 11h às 19h wire South America, versão Sul Americana da maior feira de cabos e fios do mundo, a Wire Düsseldorf, chega a sua 4a edição e mostra uma visão única sobre as mais recentes tecnologias, produtos e serviços na fabricação e processamento de fios e cabos, além de oferecer uma plataforma completa para contatos e alavancar negócios. www.wiresa.com.br

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FEIRA INTERNACIONAL DE TUBOS, VÁLVULAS, BOMBAS, CONEXÕES E COMPONENTES

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CONTEÚDO ARTIGOS 14

Uma Abordagem Usando o Modelo JMAK na Simulação Computacional para o Controle no tamanho de Grão em Forjamento a Quente Baseado em resultados experimentais do tamanho de grão austenítico para o aço DIN 20MnCr5, esse artigo teve como objetivo por em prática a aplicação desse modelo, utilizando o software comercial Forge®.

20

Aumente a Vida da Matriz com Solda por Inundação

24

Selecionando o Equipamento Certo Para Lidar com Forjados Pesados

27 30

Um dos maiores desafios do setor de forjaria é encontrar maneiras de aumentar a vida útil da matriz, um parâmetro que é fundamental para a eficiência e a lucratividade.

A produtividade de uma forjaria pode ser muito afetada pelo fluxo eficiente de peças através da planta. Soluções para lidar com a faixa de fluxo de trabalho de manipuladores motorizados a sistemas montados em trilhos para manipuladores suspensos.

O Uso da Manufatura Aditiva de Deposição Direta de Metais em Matrizes de Forjamento A deposição direta de metal (DMD - Direct Metal Deposition) é uma técnica de fabricação de manufatura aditiva (AM - Additive Manufacturing) em jato de pó que pode ser usada para construção.

Simulação Numérica por Elementos Finitos no Desenvolvimento do Processo Forjamento em Matriz Fechada de Bielas de Alumínio AA6351

20

Departamentos & Colunas Editorial EUA ....................................... 04 Editorial Brasil ..................................... 05 Eventos ................................................. 06 Índice de Anunciantes ..................... 06 Novidades ............................................ 08 Coluna: Simulação ............................. 09 Coluna: Lubrificantes ........................10 Entrevista: Prensas Schuler ............. 12

Neste artigo são discutidos os principais aspectos de projeto de matrizes, forjamento de pré-formas e dados de entrada para simulação numérica satisfatória do processo.

36

Resolvendo Falha de Matrizes com Aços Ferramenta Especiais Usando a metáfora de carros antigos e menos eficientes comparados com veículos modernos, os autores sugerem que o uso de classes antigas de aço-ferramenta pode não estar à altura do desempenho necessário dos aços de matrizes de forjamento modernos em certas aplicações.

Na Capa: Deposição direta de metal (DMD) de Stellite, pág. 27. Outubro 2019 -

3


EDITORIAL

Dean M. Peters, Editor nos EUA

Relações Comerciais EUA/China

A

s discussões comerciais em curso entre os EUA e a

• Em março de 2018, o governo Trump anunciou tarifas no

China foram altas no ciclo de notícias em março

valor de US $ 50 bilhões sobre as importações chinesas. Estes

deste ano. A relação econômica entre a China e

são cobrados em resposta ao alegado roubo da tecnologia e IP

os EUA, que se expandiu enormemente durante

dos EUA.

as últimas décadas, tem sido repleta de tensões, alegações de

Os marcos históricos nesta breve linha do tempo nos trazem

manipulação cambial, roubo direto de propriedade intelectual

ao presente, no qual questões comerciais importantes persistem

(IP - Intellectual Property ) e outras lombadas na estrada do

entre os EUA e a China. Entre eles estão o ainda crescente risco

comércio entre os dois países.

de comércio exterior, furto cibernético e direitos de propriedade

Algumas revisões da história chinesa moderna podem ajudar a

intelectual, as políticas governamentais da China em relação

definir o cenário para as atuais negociações. Estes são oferecidos

a joint ventures com empresas estrangeiras, as tarifas de aço e

nos pontos seguintes.

alumínio impostas pelos EUA e outros itens.

• A República Popular da China foi fundada em 1º de

No momento em que este texto foi escrito (*), o presidente

outubro de 1949, pelo líder do Partido Comunista Mao Zedong,

Trump disse que não há pressa para concluir um acordo

após a extinção militar do governo nacionalista de Chiang Kai-

comercial com a China. Ele insiste que qualquer acordo

shek, que estabeleceu um governo chinês em Taipei. Os EUA

comercial com a China aborde as proteções aos direitos de

ficaram do lado de Taipei, levando a um período de relações

propriedade intelectual, que após meses de negociação ainda

ruins com a China.

é um obstáculo. Foi relatado que Trump e o presidente chinês

• Em outubro de 1964, a China conduziu seu primeiro

Xi Jinping vão realizar uma cúpula no resort Mar-a-Lago, na

teste com bomba atômica, um evento provocativo, devido às

Flórida, no final de março, embora isso possa estar em risco

altas tensões entre os EUA e a China pelo crescente conflito no

sem a conclusão de um acordo comercial abrangente para

Vietnã.

assinar. Enquanto isso, as tarifas de aço e alumínio sobre o

• Em fevereiro de 1972, após um período de “Diplomacia

metal de todos os países afetados continuam inalteradas,

de pingue-pongue”, o presidente Richard Nixon visitou a China

aumentando efetivamente o preço das matérias-primas para

e se reuniu com o presidente Mao Zedong. O Comunicado

uma grande parte das pessoas que leem essa coluna. Este é,

de Xangai, assinado com o Premier Zhou Enlai, melhorou as

em essência, um imposto sobre nossa indústria doméstica que

relações entre os dois países.

precisa terminar.

• Em 1979, o presidente Jimmy Carter concedeu à China

(*) Nota do Editor Brasil: Este editorial foi publicado na

total reconhecimento diplomático. Isso reconheceu o princípio

edição de Abril de 2019. O assunto da tensa relação comercial

de uma só China e rompeu laços normais com Taiwan.

EUA / China persiste até este momento, Agosto de 2019, não

• Em 1989, os EUA congelaram as relações com a China e suspenderam as vendas militares na esteira do massacre na

parecendo haver uma próxima decisão que satisfaça ambas as partes.

Praça da Paz Celestial de centenas de estudantes em Beijing. • Em outubro de 2000, o presidente Bill Clinton assinou a Lei de Relações EUA-China de 2000. Isso abriu o caminho para a entrada da China na Organização Mundial do Comércio. • Em agosto de 2010, a China ultrapassou o Japão como a segunda maior economia do mundo, depois de ter sido avaliada em US $ 1,33 trilhão. • Entre 2010 e 2011, o déficit comercial dos EUA com a China aumentou de US $ 273,1 bilhões para um recorde de US $ 295,5 bilhões. O aumento foi responsável por 75% de todo o aumento da receita comercial norte-americana. 4

- Outubro 2019

Dean Peters Editor da FORGE nos EUA


EDITORIAL

Udo Fiorini, Editor

Sinais Controversos

A

lém do assunto dominante

(recorde a vista) impulsiona a indústria de

referente ao desmatamento

colheitadeiras, que impulsiona a indústria de

e incêndio na Amazônia que

fretes, que impulsionam (ambas) a indústria

marcou meados de Agosto na área ambiental,

de equipamentos para estampagem e

tivemos algumas notícias interessantes

conformação de chapas. Simples assim.

referentes ao mercado de aço no Brasil.

Estive no final de Junho na feira

Animadoras por um lado, mas negativas por

Thermprocess / Gifa / Newtec / Metec em

outro lado. Que nos levam a crer que ainda

Duesseldorf, Alemanha. Por não ser dedicada

teremos mais “fundos de poço” a serem

especificamente ao mundo da forja, havia

alcançados. Em Brasília foi realizado em 20 e

poucos fabricantes de equipamentos desta

21 de Agosto pela Instituto Aço Brasil seu 30°

área presentes. Mas havia um seleto grupo, e

Congresso Aço Brasil. E uma das conclusões

entre eles, os fabricantes de manipuladores.

do evento foi de que projeções indicam que

Assim, ao escolher os artigos da FORGE

a indústria do aço poderá voltar ao patamar

americana para esta edição brasileira,

pré-crise apenas no 3º trimestre de 2021.

encontrei uma matéria sobre este assunto,

Dado o alto grau de incerteza tanto no cenário

de um dos fabricantes presentes à feira

interno como no externo. Entretanto, as

alemã, e resolvemos publicar a sua tradução:

próprias siderúrgicas veem retomada, agora

Selecionando o Equipamento Certo Para

devido a demanda no setor de construção.

Lidar com Forjados Pesados. Outra área, a

De acordo com nota do Valor Econômico

de simulação, está cada vez mais presente em

de 22 de Agosto, o volume de consultas pelas

artigos, colunas e eventos. Não poderia estar

incorporadoras está maior neste período do

de fora desta edição, com duas participações:

que nos primeiros dias do ano. “O telefone

Simulação Computacional para o Controle no

está tocando” informa o interlocutor da área

Tamanho de Grãos e Simulação Numérica por

siderúrgica na matéria.

Elementos Finitos do Processo de Forjamento

Por outro lado o DCI, Diário do Comércio

em Matriz Fechada. Além destes artigos,

EQUIPE DE EDIÇÃO BRASILEIRA SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Eireli (19) 3288-0437 - ISSN 2178-0110 www.sfeditora.com.br www.aquecimentoindustrial.com.br Udo Fiorini - Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789 Gabrielly Guimel - Diagramação, gabrielly@sfeditora.com.br • (19) 3288-0437 André Júnior - Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 Igor Cerqueira - Marketing, igor@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437 ESCRITÓRIO CORPORATIVO NOS EUA BNP Media • 2401 W. Big Beaver Road Suite 700, Troy, MI 48084 • www.bnpmedia.com Erik Klingerman, Group Publisher klingermane@bnpmedia.com • +1 440-292-7580 Reed Miller, Editor nos EUA reed@FORGEmag.com • +1 412-306-4360 ESCRITÓRIO EM PITTSBURGH/EUA Manor Oak One, Suite 450 1910 Cochran Road, Pittsburgh, PA 15220 Tel: +1 412- 531-3370 • Fax: +1 412-531-3375 EDIÇÃO E PRODUÇÃO NOS EUA Dean M. Peters, Editor dean@forgemag.com • +1 216-570-4537 Bill Mayer, Editor Associado bill@forgemag.com • +1 412-306-4350 Linda Becker, Editora Colaboradora beckerl@bnpmedia.com • +1 262-564-0074 Karen Talan, Gerente de Produção talank@bnpmedia.com • +1 248-244-6246 Brent Miller, Diretor de Arte millerb@bnpmedia.com • +1 412-306-4356

e Indústria, do começo de Julho deste ano

publicamos também a coluna exclusivamente

informa que a Fenabrave, Federação Nacional

sobre este tema.Três outros artigos desta edição

de Distribuição de Veículos Automotores,

são dedicados ao campo do ferramental: O

cortou sua previsão para o mercado de

uso de Manufatura Aditiva em Matrizes de

veículos novos em 2019, de crescimento

Forjamento, Resolvendo Falha de Matrizes

de 11,1% para uma alta menor, de 8,4%.

com Aços Ferramenta Especiais e Aumente a

Com isso, o volume estimado cai para 2,781

Vida Útil da Matriz com Solda por Inundação.

milhões de unidades para 2019. Recentemente,

E começamos nesta edição publicando uma

por conta de uma entrevista para nossa

série de reportagens sobre fabricantes de

revista Estampagem & Conformação, tive

forjados, insumos e equipamentos da área.

o prazer de conversar com o diretor de

Iniciando com um artigo sobre a Prensas

vendas de uma grande empresa brasileira

Schuler no Brasil. Boa leitura!

DIRETORES CORPORATIVOS NOS EUA Edição: John R. Schrei Estratégia Corporativa: Rita M. Foumia Implantação de Conteúdo: Michelle Hucal Criação: Michael T. Powell Eventos: Scott Wolters Finanças: Lisa L. Paulus Tecnologia da Informação: Scott Krywko Recursos Humanos: Marlene J. Witthoft Produção: Vincent M. Miconi Pesquisa Clear Seas: Beth A. Surowiec

o setor de estampagem apresenta bons

Udo Fiorini

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

números. A boa safra brasileira de grãos

Editor da FORGE no Brasil

fabricante de máquinas e ferramentas de estampagem. E, por conta da agricultura,

REPRESENTANTE DE PUBLICIDADE NOS EUA Kathy Pisano, Advertising Director (412) 306-4357, Fax (412) 531-3375 kathy@FORGEmag.com

Outubro 2019 -

5


EVENTOS Setembro 16-21 EMO 2019 Hannover - Alemanha - www.emo-hannover.de/

2020

home

Abril

17-20 FENAF - Feira Latino Americana de Fundição Pro Magno

01-02 VII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos São

Centro de Eventos - São Paulo (SP) - www.abifa.org.br/feira

Paulo - www.grupoandrenda.com.br

17-20 INTERMACH - Feira e Congresso International de Tecnologia, Máquinas, Equipamentos Pavilhões da Expoville Joinville (SC) - www.intermach.com.br 18-19 III Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico UniFacens - Sorocaba (SP) - www.grupoandrenda.com.br

Outubro

Maio 05-09 FEIMEC 2020 São Paulo Exhibition Center - São Paulo (SP) www.feimec.com.br 13-14 VII Seminário Manutenção e Segurança de Fornos e Estufas Industriais São Paulo - www.grupoandrenda.com.br

01-03 V ABM Week Pro Magno Centro de Eventos - São Paulo (SP) www.abmbrasil.com.br

Junho

01-03 10ª Tubotech e 4ª Wire South America São Paulo Exhibition

16-18 CATSFORBE 2020 Stuttgart - Alemanha - www.messe-

Center - São Paulo (SP) - www.wire-south-america.com

stuttgart.de/castforge/en/

02-04 39º SENAFOR Hotel Continental - Porto Alegre (RS) - www.

24-25 VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e

senafor.com

Metalografia São Paulo - www.grupoandrenda.com.br

17-18 Global Forging Summit China Shangai - China www.10times.com/gfsc-shanghai

Setembro

Novembro

19-21 IFC 2010 – International Forging CongressChicago, Illinois –

04-05 VII Seminário de Tecnologia do Forjamento FEI - São Bernardo do Campo (SP) - www.grupoaprenda.com.br 11-14 FABTECH 2019 Chicago - EUA - www.fabtechexpo.com

EUA - www.forging.org/about/events/77 15-18 Metalurgia 2020Pavilhões da Expoville - Joinville (SC) - www. metalurgia.com.br

20-22 Asia Blech Chongqing - China - www.asiablech.com 27-28 I Seminário de Tecnologia da Estampagem UFMG - Belo

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

Horizonte (MG) - www.grupoaprenda.com.br

conteúdo dos eventos.

Índice de Anunciantes Página 11

Contato

Enomoto Technology

www.enomt.co.jp

4ª capa

Prensas Schuler

www.schuler.com.br

17, 3ª capa

Grupo Aprenda

www.grupoaprenda.com.br

Metalurgia

www.metalurgia.com.br

Portal Aquecimento Industrial

www.aquecimentoindustrial.com.br

23

Schubert-Group

www.schubert-group.info

21

Tubotech

www.tubotech.com.br

Wire

www.wiresa.com.br

07 09, 31

2ª capa

6

Empresa

- Outubro 2019


EVENTOS

Outubro 2019 -

7


NOVIDADES Houghton e Quaker Chemical se unem

altamente automatizada

A Quaker Chemical

e digitalizada será uma

Corp. e a Houghton

prensa de forjamento de

International

16.000 toneladas medindo

combinaram-se para criar a Quaker

10 metros de altura e pesando 1.700 toneladas.

industriais para os mercados de metais primários e metalurgia. A

A partir de 2021, a máquina GLF 1600 irá partir de eixos dianteiros e virabrequins para caminhões no local de Hamburgo

empresa de receita combinada de US $ 1,6 bilhão emprega 4.000

mil componentes forjados por ano e não ficará restrita a um único

associados atendendo a 15.000 clientes em todo o mundo. A Quaker

produto. Além dos sistemas de eixo dianteiro, a linha será capaz de

foi fundada em 1918 e Houghton em 1865. Juntamente com o novo

produzir virabrequins e outras peças

nome, a empresa revelou o novo logotipo e marca representando as

forjadas, conforme necessário.

Houghton, uma fornecedora global de fluidos de processos

empresas combinadas. A oferta conjunta de produtos e serviços da

Segundo a Thyssenkrupp, a prensa produzirá 360

O investimento criará cerca de

Quaker Houghton pode ser encontrada em mercados finais, como

70 novos empregos. A construção

aeroespacial, alumínio, automotivo, maquinaria, fabricação de peças

está prevista para começar no início

industriais, mineração e aço.

de 2020, e o início da produção está previsto para o início de 2021. Os

Primetals Technologies e MHI adquirem a ABP Induction Systems

contratos de entrega a longo prazo já

A Primetals Technologies

de caminhões. A fábrica de Homburg

e a Mitsubishi Heavy

já é líder de mercado de virabrequins

Industries (MHI) irão

forjados. A produção de eixos

adquirir a empresa

dianteiros para caminhões abrirá um

ABP Induction Systems

novo mercado e segmento de produtos Farina's até hoje tinha uma

(ABP), fabricante global e ABP, fabricante global e prestadora de

para a Thyssenkrupp.

serviços de fornos de indução e sistemas

foram assinados com os fabricantes

A maior linha de forjaria da força de prensa de 8.000 toneladas

prestadora de serviços de de aquecimento da CM Acquisitions

fornos de indução e sistemas de aquecimento da CM Acquisitions,

Bharat Forge produz milionésimo Virabrequim

uma empresa de private equity sediada em Chicago, EUA.

A companhia indiana Bharat Forge Ltd. (Kalyani Group), uma

A ABP fornece equipamentos de última geração para fundição

fabricante de virabrequins para veículos comerciais a diesel, fabricou

de metais ferrosos e não-ferrosos, forjamento e fabricação de

seu milionésimo virabrequim usinado em meados de maio deste

aço. Seus principais produtos são fornos de fusão, manutenção e

ano. A Bharat Forge, uma fornecedora de longa data da Daimler

vazamento por indução, bem como aquecedores de indução. A MHI

AG, produz virabrequins que alimentam os motores para veículos

e a Primetals Technologies, em conjunto, assumirão as ações da

pesados da Daimler. A empresa fornece virabrequins usinados para

ABP, e futuras atividades comerciais serão conduzidas em estreita

as plataformas de motores 13L e 15L para a Detroit Diesel nos EUA.

cooperação e sob a liderança da Primetals Technologies. A conclusão

Além disso, a Bharat Forge compartilha a plataforma 13L com a

da aquisição da ABP está sujeita à aprovação das autoridades

fábrica da Daimler em Mannheim, na Alemanha.

competentes, e está prevista para ser concluída em finais de agosto

A Bharat Forge também é parceira e

de 2019.

fornecedora estratégica

Thyssenkrupp construirá linha avançada de forjamento

para eixos dianteiros

A Thyssenkrupp Alemanha construirá uma avançada linha de

usinado e juntas de

forjamento em sua planta de Homburg, na região de Saarland. A empresa investirá aproximadamente US$ 90 milhões em uma nova instalação de 12.000 metros quadrados para produzir eixos frontais forjados para caminhões. A peça central da linha de forjamento 8

- Outubro 2019

com acabamento direção para as plantas

Uresh Sivalangam, Rafael Unterbirker, Baba Daimler na Alemanha, Kalyani, Dr Carsten Breckner, Dr Marcus Schoenenberg, Dr Juergen Morhard,Subodh Japão, Brasil e Índia. Tandale, Broti Mukherji,Amit Kalyani, Kultar Singh, B.P. Kalyani


SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Alisson Duarte

Gartfield

A

maneira como o material escoa (se deforma plasti-

solucionar o defeito super-

camente) durante um processo de forjamento ou de

ficial através da simulação.

extrusão possui influência direta na qualidade do pro-

Além da solução do defeito,

duto. Entre os vários defeitos de forjamento possíveis, alguns são mais

foi possível ainda reduzir em

difíceis de se prever. O defeito de superfície é um deles.

20% a quantidade de matéria

Encontrei no software QForm a possibilidade de se prever com

prima através da simulação.

facilidade defeitos de superfície, eliminando custos excessivos com

Enfim, a aquisição de um software de

tryouts, retrabalhos e tempo de desenvolvimento. O QForm possui

simulação confiável, veloz, de fácil uso e com

implementada uma análise denominada Gartfield. A análise Gartfield

análises relevantes se paga rapidamente

prevê de forma mais precisa a possibilidade de se ocorrer um defeito

dentro de qualquer empresa que possua

superficial de escoamento (ou fluxo) incorreto. Uma das maneiras

processos como forjamento, extrusão,

de se prever defeitos de escoamento superficial é através de linhas

laminação, tratamentos térmicos e outros.

Fig 1. Análise por linhas superficiais prevendo defeito de escoamento na região da superfície

de escoamento. A Fig.1 mostra uma análise por linhas de superfície, comparando a previsão com a ocorrência do defeito em prática. Por

Alisson Duarte atua no setor de Engenharia da SIXPRO Virtual&Pratical Process. É também professor do Dep. de Eng. de Materiais da UFMG e do Dept. de Eng. Metalúrgica da PUC Minas. Possui Pós-Doutorado em Metalurgia da Transformação.Ele pode ser contatado em alisson@ sixpro.pro.

Fig. 2. Análise Gartfield prevendo defeitos de escoamento por cores

LEIA GRATUITAMENTE

outro lado, a análise Gartfield facilita a determinação de defeitos na superfície, especialmente para casos de peças mais complexas, e pode ser verificado através de uma escala de cores. A Fig.2 mostra a previsão de defeitos superficiais com base na escala Gartfield, corroborando com o resultado em prática.

Notícias | Revistas Técnicas Artigos Técnicos | Colunas

É importante salientar que, além do fato de que toda empresa de conformação que busque eficiência deva ter simulação internamente ou firmar parceria com uma empresa prestadora desses serviços, os times de Engenharia que realizam as simulações precisam prever também esses tipos de defeitos superficiais e realizar modificações que possibilitem soluções. Tomando o caso da Fig. 2, foi possível

www.aquecimentoindustrial.com.br contato@aquecimentoindustrial.com.br Fig 3. Peça sem defeitos de escoamento após otimização via simulação no QForm

+55 (19) 3288-0677 | (19) 3288-0437 Outubro 2019 -

9


LUBRIFICANTES

Henri Strasser

Lubrificante de Matriz – A Escalada do Grafite Natural

É

muito importante dizer que os nossos artigos sobre Lubrificantes de Matriz são frutos da nossa vivência, observações, deduções, conclusões de acompanhamentos de testes e todas as informações

disponíveis referentes ao tema interpretadas objetivamente e coletada ao longo de 30 anos. A toda poderosa internet, neste caso, pouco consegue contribuir neste caso. Consta que o lubrificante de matriz nasceu com o grafite sintético (grafite obtido artificialmente por queima completa de carvão vegetal em autoclave) que sempre apresentou purezas máximas e granulometrias próximas ao micron, milésimo de milímetro. Consta também que o grafite sintético continua sendo priorizado em lubrificantes de matriz fora do Brasil, embora o

“A conclusão surpreendente é que já existem casos onde a troca para grafite sintético, que outrora trazia grandes vantagens de vida de matriz, enchimento, redução de força de matriz, quantidade consumida, temperatura de molhamento não consegue mais justificar o preço mais elevado do grafite sintético.”

grafite natural já encontre alguma utilização/mistura. Especialistas estrangeiros comentam que o grafite natural teria vantagens sobre o sintético por sua consistência mais macia, o que favoreceria mais a lubrificação. No Brasil, o grafite natural entrou de vez na lubrificação de matrizes no fim dos anos 70 quando o governo estabeleceu cotas de importação e o grafite sintético foi diretamente atingido por ser

conseguiam substituir os coloidais com grafite sintético. O semi-coloidal acabou se revelando uma boa alternativa para os processos que usavam o grafite não coloidal, com aumento de vida de matriz, diminuição de consumo, bom enchimento da gravura, boa capacidade de cópia e boa aparência das peças. Há que se dizer também, que enquanto a melhora da pureza é

unicamente importado. De granulometria muito maior e pureza

mérito único dos fornecedores de grafite, a redução de tamanho de

muito menor, o grafite natural só deu conta de atender os processos

partículas era uma operação adicional executada pelos fabricantes

mais tradicionais e lentos de forjamento, com bastante sobremetal

do lubrificante de matriz com um aumento de custos e de logística.

e generosos ângulos de saída. O pouco grafite sintético disponível

É que era necessário comprar o grafite e posteriormente reduzir

ficou reservado para processos de forjamento de precisão e alta

mais a granulometria através de processos internos ou através de

velocidade, isto é, prensas de transfer.

micronizadores externos que implicam num aumento de logística.

Inclusive uma observação interessante: no processo antigo de

Havia uma enorme dificuldade enorme para a micronização

flooding (inundação em inglês) que é a aplicação do lubrificante em

externa do grafite devido à sua cor escura e que com partículas

banho, o grafite sintético se dá melhor do que o natural. A tendência

microscópicas contamina todo o ambiente.

de sedimentação no diluído do grafite natural é maior do que do

Hoje, os fabricantes de grafite já integraram na sua linha de

grafite sintético. Por esse motivo, a melhor aplicação do grafite

produção grafites naturais de granulometrias cada vez menores e

natural sempre será por pulverização.

purezas cada vez maiores sem um aumento significativo do preço

De lá para cá, porém, com uma demanda crescente, os

do grafite. A conclusão surpreendente é que já existem casos onde a

fornecedores foram melhorando os processos de redução de

troca para grafite sintético, que outrora trazia grandes vantagens de

tamanho de partículas e de purificação. Assim, na virada do século

vida de matriz, enchimento, redução de força de matriz, quantidade

já dispúnhamos de um grafite natural com cerca de 10 mµ e 90%

consumida, temperatura de molhamento não consegue mais

de pureza que possibilitou a formulação de lubrificantes de matriz

justificar o preço mais elevado do grafite sintético.

chamados de semi-coloidais, com um desempenho já bastante

Existe, porém, um outro fator que merece consideração.

razoável, certamente superior ao grafite natural do princípio. Em

Quando a dispersão de grafite sintético coloidal foi inventada em

alguns processos de forjamento de precisão os semi-coloidais já

1908, utilizou-se uma cola extraída do trigo como dispersante,

10

- Outubro 2019


LUBRIFICANTES

Henri Strasser

binder e agente de aderência do grafite na gravura da matriz. O

físicas diferentes para atender às necessidades de uso do lubrificante,

efeito era o “assamento” da resina na parede da gravura da matriz

tais como temperatura de molhamento (temperatura máxima da

proporcionando uma excelente aderência para fazer o grafite

superfície da gravura da matriz em que o lubrificante consegue

funcionar do modo correto como redutor de atrito. A produção

formar camada), aderência (do grafite à superfície da gravura da

dessa substância, apesar de se adequar maravilhosamente à

matriz) e estabilidade da dispersão (concentrado e diluído).

produção, embalagem, transporte e uso do lubrificante de matriz,

Interessante reportar que o sistema de dispersão antigo e

é totalmente artesanal e nunca se tentou substituir o processo

original do extrato do trigo também se comporta muito bem com o

de obtenção por um processo automatizado, talvez pela sua

grafite natural. Foi o adotado no momento da introdução do grafite

exclusividade e pequena quantidade.

natural. Bem feito, o extrato de trigo é de uma constância apreciável

Também uma certa repulsão à amônia usada no produto

e confere ao lubrificante características mais constantes ao longo dos

original para no cozimento do trigo torrado extrair os materiais ativos e a seguir como conservante, levou à adoção de outras

lotes de fabricação do que as substâncias químicas modernas. Mas isso não existe mais e o desafio de hoje é encontrar

alternativas para a fabricação destes produtos. Passaram a ser

alternativas adequadas que se ajustem perfeitamente aos

usados substâncias químicas que conseguem emular a função

lubrificantes de matriz.

do extrato de trigo, mas não são substâncias especificadas para o uso em lubrificantes de matriz e o que pudemos observar é que

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

há muita variação de desempenho e aparecimento de efeitos não

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

desejados provavelmente causadas por lotes produzidos dentro de especificações para outro uso, mas não para lubrificantes, ou mesmo a troca de fornecedores. A experiência mostra produtos bastante consolidados usando uma mistura de uma mesma substância química com características

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ALGUMAS VANTAGENS DE NOSSOS EQUIPAMENTOS:

IC

A

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Sem ativação do freio mecânico, após um ciclo de pressão. O uso permanente da lona de freio, ausência da embreagem, proporciona menos manutenção.

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!

Pela desaceleração da velocidade, apenas 0,2 a 0,3 seg. para troca de peça, mesmo se a máquina maior forjar uma pequena peça de trabalho. Economia de 30 a 50% de eletricidade, por regeneração, durante o processo de frenagem. Alta precisão, através do controle direto de energia do volante. Design poderoso e ideal, que a energia do volante consome dentro de uma pressão.

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Indicação contínua de dados de forjamento e manutenção tais como: carga, velocidade, temperatura do motor, lubrificação, deslize da correia em V, etc. Unidade de batida servo-hidráulica. (Knock out Unit)(Opcional)

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Outubro 2019 -

11


>>> Schuler

Fig. 1. Prensas Schuler

ABERTURAS, SIM: MAS COM ISONOMIA Por Marcus Frediani Líder no fornecimento de prensas industriais de grande porte, a Prensas Schuler faz um alerta sobre a necessidade imperativa do estabelecimento de uma política industrial de verdade no Brasil.

A

multinacional alemã Prensas

rapidamente posições de destaque no âmbito

turbinaram esse desempenho. E tal atributo

Schuler veio para o Brasil no

de seu core business. Como resultado, já

veio se materializando, ao longo dos anos,

ano de 1965, na esteira de uma

naqueles primórdios, tornou-se líder em

por meio de investimentos substanciais e

época de forte desenvolvimento da indústria

terras brasileiras no fornecimento de prensas

contínuos na expansão de seus negócios e no

brasileira, notadamente das montadoras,

industriais de grande porte não só para

aperfeiçoamento e ampliação de seu parque

que começavam a desembarcar em peso por

o setor automotivo, como também para

fabril. Tudo isso, é claro, somado à disposição

aqui, com grandes planos de expansão. E,

outros de importância semelhante, posto

e competência inequívocas para vencer

de imediato, deixou bem claro a que vinha,

este no qual, aliás, se perpetua até hoje. A

desafios com muito trabalho e competência

plasmando no cenário nacional as linhas

confiança da empresa no país, sem dúvida

invejável, e à constante busca por inovação

mestras de sua vocação germânica de galgar

alguma, foi um dos principais motores que

e na introdução e desenvolvimento de tecnologias de ponta, bases irrefutáveis de sua atuação nos quatro cantos do planeta. Sim, porque a partir da sua fábrica em Diadema, cidade da Grande São Paulo e a maior do Grupo Schuler fora da Alemanha, as prensas fabricadas pela Schuler são exportadas para o mundo inteiro. Por meio dessa composição de fatores, a conquista de uma legião de consumidores satisfeitos passou a ser praticamente uma obviedade para a empresa. “Qualidade e confiabilidade são itens garantidos pelo total comprometimento da Prensas Schuler em sempre superar as expectativas de nossos parceiros comerciais. Assim, mais

Fig. 2. Paulo Tonicelli, Udo Fiorini e Marco Yashiro

12

- Outubro 2019

que fabricantes de equipamentos, somos


>>> Schuler

verdadeiros provedores de soluções completas em estamparia e forjaria, o que garante a eles uma vantagem competitiva em termos de eficiência e produtividade”, convalida Marco Yashiro, diretor comercial da companhia no Brasil. Notabilizada pela estreita cooperação com os clientes, a Prensas Schuler atua em todas as fases do projeto, desde a venda e pré-projeto até as fases de engenharia, planejamento, compras, fabricação, controle de qualidade, montagem e instalação dos equipamentos. “Em cada uma dessas fases, a principal conexão entre o cliente e a empresa é feita pela área de Coordenação de Contratos, que gerencia o projeto até a entrega final. Assim, o cliente pode se beneficiar do amplo conhecimento e da vasta experiência da equipe da Schuler adquirida em instalações em todo o mundo”, pontua, ainda, o diretor da empresa.

Fig. 3. Marco Yashiro e Paulo Tonicelli

Altos Custos das Matérias Primas

qualidade superior – pode conviver com um custo de matéria-prima

Em função da bem-sucedida experiência de sua trajetória de quase

tão mais alto do que aquele praticado no exterior”, sintetiza, com

55 anos no Brasil, a Prensas Schuler está bastante familiarizada com

justificável indignação.

os desafios propostos pelo movimento de “sobe e desce” da economia no país. Um dos maiores deles, entretanto, motivo de preocupação

Aberturas, Sim: Mas com Ajustes

constante da empresa, é a ausência de uma política industrial mais bem

A resposta à pergunta de Yashiro remete novamente à já citada questão

definida no país.

da falta de isonomia em função da ausência de uma política industrial

E, ao longo da cadeia de produção, as dificuldades começam já

mais incisiva no Brasil. E a principal disfunção nessa história se resume

na ponta da cadeia: “Especificamente no que tange à forjaria, temos

à paráfrase de um carro andando na contramão de uma grande

uma situação de mercado na qual a indústria automobilística e de

rodovia: afinal, como o país pode se vangloriar de estar exportando

produção de bens de capital ocupam papel de destaque no consumo

cada vez mais commodities, enquanto o mundo inteiro segue na

de peças. E temos um problema grande aqui no Brasil que é o custo

direção contrária, e concentra seus esforços nas exportações de

da matéria-prima, que é muito maior do que na Europa, sem falar

produtos que agregam valor?

daqueles que a gente vê na China e na Índia, que são ainda menores”,

“E o problema também é que as commodities têm seu preço

explica Yashiro. “E isso é preocupante, porque embora na parte

regulado no mercado externo. Assim, concentrando sua atividade

estrutural dos equipamentos que fabricamos nossa necessidade não

exportadora, o Brasil ficará sempre relegado à condição de colônia, e

demande aços especiais, nos elementos de esforços dessas máquinas

nunca vai conseguir evoluir na escala do desenvolvimento. Em outras

precisamos utilizar, dependendo da aplicação, aços de liga forjados ou

palavras, enquanto as grandes potências mundiais estão e continuarão

fundidos diferenciados, a gente sente que essa diferença nos preços das

investindo na sua indústria, nós continuamos judiando demais da

matérias-primas cria sérias dificuldades, uma vez que a concorrência

nossa, a partir da conjunção sinistra e improdutiva entre ‘Custo Brasil’

é global nesse mercado, embora, vale ressaltar, nossa engenharia, em

e alto custo de matérias-primas”, enfatiza Yashiro.

si, seja bastante competitiva”, reforça Marco Yashiro. E ainda falando

“Não somos, de maneira alguma, contra a indústria de

como fabricante de bens de capital de larga expectativa de duração –

commodities: queremos que ela seja competitiva. E nem contrários à

cada prensa da Schuler tem vida útil de 30 a 40 anos –, a questão ganha

política de abertura do atual governo. Somos os primeiros a apoiá-la.

contornos ainda mais desafiadores quando, aliada a fatores internos

Mas tem que haver isonomia, ser gradual, à medida que corrigimos as

– como o malfadado “Custo Brasil” e à alta carga tributária que incide

distorções internas, e ampla, abrangendo toda a indústria.Isso precisa

sobre os equipamentos.

mudar. E pra ontem”, deixa seu recado final Paulo Tonicelli.

Para o diretor comercial da Prensas Schuler, a questão do alto custo da matéria-prima reflete um paradoxo que nos deixa inconformados:

Autor Marcus Frediani é repórter no portal de notícias, Crazykiwi.

“Como o Brasil, que é um dos maiores produtores de minério de ferro

Ele pode ser contatado no e-mail: marcusfrediani@gmail.com. Para

do mundo, tendo a Vale como concorrente direta das mais importantes

informações adicionais, visite www.crazykiwi.com.br. Conheça a

mineradoras da Austrália – produzindo, inclusive, um minério de

Prensas Schuler, acesse www.schulergroup.com. Outubro 2019 -

13


Uma Abordagem Usando o Modelo JMAK na Simulação Computacional para o Controle no Tamanho de Grão em Forjamento a Quente >>> Simulação Computacional

Thiago Marques Ivaniski, Rodrigo Hatwig, Alexandre da Silva Rocha - Laboratório de Transformação Mecânica - LdTM - PPGE3M , UFRS - Porto Alegre, RS - Brasil O tamanho de grão austenítico irá impactar em sua resistência ao escoamento e tenacidade, principalmente quando se realiza o processo de resfriamento contínuo durante a fabricação de produtos forjados. As propriedades mecânicas em aços de alta resistência estão diretamente ligadas ao controle da microestrutura. O modelo fenomenológico de JMAK em macro escala vem sido aplicado em diferentes classes de materiais para a predição do tamanho de grão após a conformação. Baseado em resultados experimentais do tamanho de grão austenítico para o aço DIN 20MnCr5, esse artigo teve como objetivo por em prática a aplicação desse modelo, utilizando o software comercial Forge®. Nos resultados percebeu-se numericamente a influência que a variação de temperatura, e as forças cisalhantes em uma peça cilíndrica causam na distribuição do tamanho de grão austenítico e fração recristalizada. Este fato, devido aos diferentes graus de deformação e taxas de deformação no mesmo instante de forjamento. Obteve-se uma boa concordância entre os resultados experimentais de forjamento e o modelo proposto, mesmo não sendo aplicados em parâmetros constantes.

O

controle da microestrutura

Por exemplo, em aplicações que exigem tena-

cristalização dinâmica e crescimento de grão

dos aços quando diz respeito

cidade, alta resistência a fadiga e dureza em

austenítico, e quanto esses fenômenos afetam

ao tamanho de grão austení-

componentes da indústria automotiva.

em suas propriedades mecânicas [1,4-6]. Tais

tico é peça chave para o de-

senvolvimento de ligas de alto desempenho. Início

Tempo de forno (1200ºC) 900 (s) Tamanho de grão inicial ASMT 4

Diversos estudos relatam o fenômeno do endurecimento, recuperação dinâmica e re-

mecanismos podem ser observados indiretamente pelas curvas de escoamento em ensaios laboratoriais e são comumente postos em prática em processos de laminação.

Deslocamento até tempera 2 (s)

Porém são muitas vezes economicamente inviáveis em forjarias nacionais, limitando-se

Deslocamento até matrizes 2 (s)

Medida do grão

a grandes siderúrgicas, que possuem o “know how” em fabricação de perfis longos.

Tempo na matriz inf. 2 (s)

Como uma alternativa economicamente

Solução numérica Forge

viável e que possui grande potencial de so-

Ntx 2.1

luções em forjarias, a Análise por Elementos Forjamento 4,2 (s)

Comparação dos resultados

Fig. 1. Fluxograma conceitual utilizado para comparar os resutados experimentais e simulação computacional

14

- Outubro 2019

Fim

Finitos realizados em softwares simulação computacional busca reduzir os custos relacionados à tentativa e erro. Além disso,


>>> Simulação Computacional

1102 Temperatura (Cº) 1050

b)

a)

1000

A comparação do tamanho de grão austenítico foi auferida por Temperatura Superfícia Média = 759. 8

950 900 850

60% Tempo: 8,22 s

Análise por Elementos Finitos no modelo de recristalização inserida na campo de tensões, temperatura, deformações e a taxa de deformação,

Temperatura Centro (Cº) Média = 1082.0

750

técnicas metalográficas em diferentes regiões. Buscou-se por meio de sub-rotina do software FORGE Ntx 2.1, as principais influências como,

40%

800

725

representam um ambiente industrial.

(00: 08.222/ 00:53.556

decorrentes do processo em função do tamanho de grão austenítico. Materiais e Métodos:

Fig. 2. Resultados na evolução da temperatura em simulação numérica (a); (b) Termocamera gráfica, onde a sáida do forno resistivo foi de aproximadamente 4 segundos, o tempo de forjamento em torno de 4,22 (s), totalizando-se 8,22 (s) na simulação numérica

Procedimentos Experimental de Forjamento

o modelo clássico de JMAK (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov)

austenítico foi auferido pela norma ASTM E122.

é embutido e matematicamente estável, podendo ser aplicado para

O aço utilizado para a realização dos experimentos foi o DIN 20MnCr5, que possui uma composição química de 0,19 % em C, 0,2 % em Si, 1,25 % em Mn e 1,15 % em Cr. O tamanho de grão O forjamento foi realizado em uma prensa hidráulica com

prever os fenômenos de recristalização e crescimento de grão [7]. Com

capacidade de 400 kN. Sendo que a geometria do tarugo usado

essa ferramenta, é possível coletar diversos resultados em curto espa-

para este experimento possuía dimensões de (35 x 25,4 mm) e foi

ço de tempo, obtendo-se um maior controle no processo fabril para

reduzida em 60% de sua altura. O diagrama apresentado na Fig.

componentes forjados que possuam diferentes geometrias.

1mostra em detalhes a metodologia. Pode-se medir com precisão

A mais de uma década é mostrado que o modelo analítico semi-

a evolução da temperatura na superfície da amostra após o for-

-empírico JMAK é viável para descrever a cinética global de recrista-

jamento com a utilização da câmera termográfica Fluke® Ti400,

lização (Eq.1), onde X(t) representa a fração de grãos recristalizados

desta forma, obteve-se os dados de temperatura incial e final no

em função do tempo (t) [8–10]. Também relatam a forte influência que

forjamento, serviu como base de entrada no software Forge®.

os parâmetros como temperatura, deformação e taxa de deformação, influenciam na recristalização dinâmica (XDRX), meta-dinâmica

Condições de Contorno

(MDRX) e estática (SDRX). Porém em um cenário industrial, é ques-

Para a elaboração da malha, elementos volumétricos tetraédricos

tionável sua aplicação, por não haver estes eventos, isoladamente em

(deformáveis) foram utilizados para o billet e elementos superfi-

peças forjadas.

ciais triangulares (rígidos) para as matrizes. O tamanho médio de malha foi de (0,3), sendo considerando um suficiente refinamento

Este estudo preliminar teve como objetivo pôr em prática a aplicabilidade, por meios experimentais e simulação computacional o modelo semi-empírico de JMAK acoplado ao modelo viscoplástico. Realizaram-se experimentos de forjamento a quente em uma peça cilíndrica, controlando-se robustamente as etapas subsequentes do processo, os quais Tabela 1. Condições de contorno utilizadas na simulação numérica computacional a partir dos dados coletados em experimentos PARÂMETROS VALOR

Temperatura inicial aço (ºC)

1108

Temperatura do ambiente (ºC)

50

Temperatura das matrizes (ºC)

190 superior/ 250 inferior

Velocidade da ferramenta (mm/s) Coeficiente de transferência de calor sob pressão (W/m2 K) Coeficiente de transferência de calor com ar (W/m2 K) Fator de fricção e coeficiente de fricção (Coulomb) (m and µ)

para alta convergência nos cálculos. As condições de atrito, transferência de calor são apresentaDeformação efetiva (-) 2.15

a)

2

Taxa de transformação (s -1) 1.28

b)

1.2 1

1.5

1

0.8

40%

0.6

40%

0.4

5 0.5

0.2

500 60% Tempo: 4,22 10 0.8 and 0.4

0.05

60% Tempo: 4,22 s 0.02

Fig. 3. Seção longitudinal demonstrando os estágios de deformação equivalente (a) e taxa de deformação (b), nas diferentes regiões do billet Outubro 2019 -

15


>>> Simulação Computacional

235

resposta consistui-se o valor percentual de fração recristalizada,

Von Mises (MPa)

como mencionado na Equação (1). Este modelo já é implementa-

220

do pelo software Forge®, e pode ser visualizado na Tabela 2, onde apresentam-se em função de cada equação, todas as constantes

200

necessárias para prever o comportamento na recristalização do

180

60% Tempo: 4,2 s

Tensão compressiva 160

metodologia utilizada para realizar o estudo e a comparação dos resultados previstos dos experimentos.

140

σc

O parâmetro de Zener – Hollomon é dependente da taxa de deformação, como tambéma a energia de ativação do material

120

(QDRX), necessária para que ocorra a recristalização. Para que ocorra

100 83

aço DIN 20MnCr5. A Fig. 1 mostra um fluxograma conceitual da

o crescimento de grão austenítico, o valor de (4,74) na constante de

τ

Tensão de cisalhamento longituginal

crescimento de grão (Gg1) é a inversa da constante de Avrami (n) no valor de 0,2106, comum em aços de baixo carbono. Pode-se atribuir

Fig. 4. Distribuição das tensões de compressão e cisalhamento no eixo longitudinal na seção transversal da peça (Macrografia), junto à simulação numérica da tensão equivalente de Von Mises

a efeitos na concentração de soluto na liga, como também partículas de segunda fase, ou a presença de uma textura cristalográfica [12].

das Tabela 1 e usadas como condições de contorno na simulação computacional. Utilizou-se a velocidade da prensa hidráulica que

Resultados: Variações de Temperatura

possui sensor de deslocamento acoplado, calculando-se a velocida-

A Fig. 2 ilustra os comparativo entre os campos de temperatura

de média de forjamento. Devido à formação de carepa gerada pelo

após a deformação plástica da peça. Observa-se que há uma con-

aquecimento do billet, utilizou-se conforme dados de entrada no

siderável perda de calor para as matrizes devido à troca térmica,

software um coeficiente de transferência de calor de 500 W / m².K

tanto pelo modelo termomecânico no software, como nos resulta-

sob aplicação de forças. No que diz respeito ao atrito entre os sis-

dos da termocâmera gráfica.

temas, foi determinada a condição de sem lubrificação a partir do Influências da Deformação, Taxa de Deformação e Estado Tri

banco de dados do software.

Axial de Tensões na Recristalização Dinâmica Modelagem de Recristalização

A Fig. 3 ilustra os campos de deformação equivalente no material,

A cinética de recristalização e crescimento de grãos austenítico foi

indicando regiões não homogêneas durante a redução. Observou-

baseada no modelo global de JMAK, descrevendo-se numérica-

-se uma variação maior da deformação plástica no centro do billet,

mente os fenômenos de nucleação e crescimento de grão. Como

como também o embarrilhamento, devido às forças de atrito que

Fração recristalizada (DRX) 0.998

a) Parâmetro Zener - Hollomon

b)

1.23E+013

0.8 1E+013

0.7 0.6

Recristalização

40% Tempo: 2,88 s

6E+012

Parâmetros Cinéticos 40% Tempo: 2,88 s

0.4 4E+012

0.3

Zener-Hollomon

z = ϕ. . exp (310244)/RT

Recristalização dinâmica DRX

XRDX = 1 - exp (2 . (ϕ-ϕ c . 1)/ (ϕss-ϕ c . )

Recristalização estática SRX

XSRX = 1 - exp (-0,693147.(tsec/t0,5)

Recristalização metadinâmica MRX

0.2

2E+012

60% Tempo: 4,22 s

0

1E+012

- Outubro 2019

XMDRX = 1 - exp (2 . (ϕ-ϕ c . 1)/ (ϕss-ϕ c . )

Tamanho de grão austenítico 60% Tempo: 4,22 s

Fig. 5. Seção longitudinal demostrando os estágios de recristalização dinâmica (a), como também o parâmetro de Zener – Hollomon durante o forjamento (b)

16

ϕc = 08 . 4,9 E -4 . d00,5 . Z 0,15

Deformação crítica

8E+014

0.5

0.1

Tabela 2. Equações inseridas no banco de dados do software FORGE para o modelo de JMAK e as respectivas constantes para o aço DIN 20MnCr5 PARÂMETROS EQUAÇÕES

SRX

DDRX = 2.226E4 . Z0,5 D = 0,5. d -1 . ϕ. 0,67

MDRX

MDRX = 1,8E4 . Z0,5

Crescimento de grão

dgg4,74-d04,74=1,41E23∙exp(-433500)/RT∙t

DDRX

SRX

0


>>> Simulação Computacional

Tamanho de grão médio ASMT 10.8

a)

Tamanho de grão médio (µm) 90

10

80

9

70

8

60

7

50

8

40

6

30

5

b)

a)

R1

c)

R2

b)

50 µm R3

d)

50 µm R4

20

4

8

Fig. 6. Tamanho de grão austenítico ASTM (a) e µm (b) durante o forjamento com reduções de 40% e 60%

50 µm

ocorrem entre as interfaces. A Fig. 4 demonstra de forma ilustrati-

R2 R1

va como são os componentes de tensões compressivas e cisalhantes no billet, e como ocorre as distribuições de Von Misses devido a

50 µm

e)

R3 R4

esse efeito [13]. Também, indicam uma maior taxa de deformação

Fig. 7. Análise metalográfica utilizando a técnica de campo escuro mostrando a morfologia dos grãos após o forjamento

local nos cantos do billet. Esse aumento na taxa de deformação,

para o entendimento de como diferentes tensões em determinado

consequentemente, faz com que aumente os sítios de nucleação

instante, modificam as taxas de deformação do billet, assim a previsão

devido ao aumento nas discordâncias móveis [14].

do tamanho de grão austenítico. Desta forma, sendo possível prever e

Conforme distancia-se do centro, o componente de tensões cisalhantes aumentam gradativamente.Tais discussões são relevantes

melhorar parâmetros de forjamento com o auxílio da simulação computacional. Portanto, deve-se considerar a variação da temperatura e

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Outubro 2019 -

17


>>> Simulação Computacional

1,0

12

Região 2 Região 3 Região 4

Simulação

Erro: 3.47%

10 Fração Recristalizada (Ddrx)

0,8 Fração Recristalizada (Ddrx)

Experimental

0,6

0,4

Erro: 34.72%

Erro: 13.15% 8 6

Erro: 8.2%

4 2 0

Região 1

0,2

Tempo (s)

0,0 0

1

Região 2

Região 3

Região 4

Fig. 9. Comparação experimental e numérica entre o tamanho de grão austenítico ASTM médio nas diferentes regiões do DIN 20MnCr5

2

3

4

A Fig. 6 ilustra os resultados de modelagem para tamanho de

Fig. 8. Cinética de recristalização nas regiões do componente forjado

grão austenítico, ambos a 40% e 60% de redução. A Fig. 7 ilustra

o aumento da taxa de deformação nos cantos da amostra, devido ao

selecionada, realizou-se uma média das medidas. A análise da mi-

aumento da tensão cisalhante, para que se obtenha uma melhor con-

croestrutura demonstra uma clara variação de tamanho de grão,

cordância entre o processo experimental e simulação.

conforme previsto no modelo computacional.

A Fig. 5 mostra o comportamento da recristalização dinâmica

o tamanho de grão austenítico experimental para cada região

Na Região 1, não há recristalização, apenas deformação dos

em 40% e 60% de redução, junto à evolução do parâmetro (Z), que

grãos, pois não atingiu a deformação crítica. Observou-se, uma

depende da taxa de deformação. Diante dos resultados, houve um

recristalização metadinâmica, bem como uma coalescência geo-

considerável aumento no parâmetro Zener, justamente nos cantos

métrica de grãos na Região 2, isso é atribuído ao maior potencial

da peça, demostrando mais uma vez, a proporcionalidade recor-

termodinâmico neste ponto, pois houve menor perda de calor. Foi

rente da tensão cisalhante e o aumento da taxa de deformação.

observado também na análise experimental que, a Região 3 possui

Sakai e Jonas [15] já estabeleceram relações entre o tamanho de grão

grãos menores (ASTM 9), quando comparados as demais regiões.

inicial e o parâmetro (Z), mostrando que com maiores taxas de

O experimento na Região 4 também demonstrou um tamanho de

deformação, um menor tamanho de grão nucleado é atingido.

grão maior, quando comparado a Região 2 e 3.

Ao se atingir a deformação crítica, como já mencionado, ocor-

Tanto a Região 2 como a Região 4, obteve-se uma fração re-

re a recristalização dinâmica, o que significa a nucleação de novos

cristalizada completa, apenas variando o tempo de transformação,

grãos equi-axiais. Durante os experimentos metalográficos, essa

justificando-se na Região 4 um maior grão austenítico. Ao contrário

nucleação de novos grãos, associados a uma maior temperatura

da Região 3, que não possuiu uma recristalização completa devido a

local, foram vistos na (Região 2) da peça, mostrando um valor no

uma menor energia térmica, porém refinou-se mais os grãos, devido

tamanho de grão equivalente a (ASTM 8).

ao alto cisalhamento e tensão equivalente, impactando em maiores

Em experimentos laboratoriais, com temperatura constante, é possível correlacionar a quantidade de energia armazenada pelas discordâncias móveis, junto ao refino de grão

[14]. Porém

em um

taxas de deformação, quando comparado a Região 4. Para explicar essa variação, a Fig. 8 ilustra as frações recristalizadas em cada ponto escolhido. Observa-se que o tempo de

ambiente industrial utilizando-se prensas hidráulicas de baixa

transformação é diferente para cada região, como também os ci-

velocidade, se deve levar em consideração a distribuição de tempe-

clos de recristalização dinâmica, afirmando a influência que a taxa

ratura na peça, e como isso também afeta na taxa de deformação

de deformação localizada, como também a variação de potencial

e nucleação de novos grãos. Desta forma, ocorre uma deformação

termodinâmico, possui no volume de fração recristalizada e no

não homogênea na peça, não apenas pela triaxialidade, que afeta

crescimento de grão.

diretamente no tamanho de grão austenítico, como também as diferentes taxas de deformação e de temperatura. 18

- Outubro 2019

O gráfico da Fig. 9 ilustra o comparativo entre os experimentos e a simulação numérica computacional, utilizando o modelo de


>>> Simulação Computacional

JMAK para as constantes utilizadas no DIN20MnCr5 inseridos no

ultra-low carbon steel at high temperatures”. Journal Materials Process

software Forge®.

Technology, v 142, n 2, pp. 415-421, Mar. 2003.

Os erros percentuais nas diferentes regiões podem estar asso-

[5] LAN L-Y, QIU C-L, ZHAO D-W, GAO X-H, DU L-X. “Dynamic and Static

ciados à condição de contorno inseridas, já que se considerou uma

Recrystallization Behavior of Low Carbon High Niobium Microalloyed

transferência de calor influenciada pelo contato entre as matrizes,

Steel”. Journal Iron Steel Research International. v 18, n 1, pp. 55-60,

diferente da Região 4, devido ao não contato, possui um maior

2011.

erro percentual. Também se deve ao fato de ter sido realizado o resfriamento em água, retardando o congelamento da microestrutura e aumentando a cinética de recristalização metadinâmica, quando comparado ao instante da simulação.

[6] MIRZADEH H, NAJAFIZADEH A. “Prediction of the critical conditions for initiation of dynamic recrystallization”. Materals and Design. v 31, pp. 1174-179, set 2009. [7] HALLBERG H. “Approaches to Modeling of Recrystallization”. Metals (Basel) [Internet]. 2011;1(1):16–48. Available from: http://www.mdpi.

Conclusões O presente estudo foi realizado para demonstrar a aplicação de um

com/2075-4701/1/1/16/ [8] COLOMBO, TIAGO C. A; BRITO, ALBERTO M.G; SCHAEFFER L. “Nu-

software comercial de simulação numérica para prever o tamamho

merical Simulation of Thermomechanical Processes Coupled with

de grão austenítico, através do modelo de JMAK. A contribuição

Microstructure Evolution”. Computing in Science and Engineering.

de estudo foi a confirmação da aplicablidade deste modelo para o

2014;1521–9615/(April):10–5.

aço DIN 20MnCr5, ou SAE 5120. Uma boa concordância dos valo-

[9] TEODORESCU M, LASNE P, LOGÉ RE. “Modeling Recrystallization

res predizidos com os experimentais foram obervados, utilizando

for 3D Multi-Pass Forming Processes”. Mater Sci Forum [Internet].

o modelo em macroescala JMAK com o uso dos coeficientes já

2007;558–559:1201–6. Available from: https://www.scientific.net/

pré-determinados pelo software FORGE ®.

MSF.558-559.1201

A analise do parâmetro Zener (Z) e o cinético de recristalização realizadas nesse estudo, ampliou o entendimento que a influência nas variações de temperatura e das tensões cisalhantes provocam no componente forjado, em escala industrial. Em trabalhos fututos, o comportamento da microestrutura será avaliada em diferentes tipos de prensas industriais, avaliando qual a diferença que as taxas de deformação poderão provocar na homogeneidade microestrutural.

[10] MORAES ALI, BALANCIN O. “Numerical Simulation of Hot Closed Die Forging of a Low Carbon Steel Coupled with Microstructure Evolution 2” . Material Research. , v 18, n. 1, pp. 92-97, Jun 2015. [11] SOLTANPOUR M, YANAGIMOTO J. “Material data for the kinetics of microstructure evolution of Cr-Mo-V steel in hot forming”. Journal of Material Processing Technology. v 212, n 2, pp. 417-426, Out 2012. [12] PADILHA, A. F., JUNIOR, F. S., Encruamento, recristalização, crescimento de grão e textura. ABM, 2005. [13] GARCIA, A., SPIM, J. A., DOS SANTOS, C. A., Ensaios dos materiais,

Agradecimentos

2ed., Livros Técnicos e científicos, 2000.

Os autores agradecem a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pes-

[14] LIN, Y. C., CHEN, M-S, ZHONG, J., “Numerical simulation for stress/

soal de Nível Superior (CAPES) pela a assistência no projeto BRA-

strain distribution and microstructural evolution in 42CrMo steel

GECRIM Aux n° 1844/2017. Ao Conselho Nacional de Pesquisa

during hot upsetting process”. Computational Materials Science, v. 43,

(CNPQ) por fomentar bolsas de estudos.

n. 4, p. 1117-1122, 2008. [15] SAKAI, T.; JONAS, J. J_. “Overview no. 35 dynamic recrystallization:

Referências

mechanical and microstructural considerations”. Acta Metallurgica, v.

[1] JORGE JUNIOR AM, BALANCIN O. “Prediction of steel flow stresses

32, n. 2, p. 189-209, 1984.

under hot working conditions”. Matererials Research, v 8, n. 3, pp. 311315, Jun-Jul. 2005. [2] DEVAUX J. “A New Kinetic Model for Anisothermal Metallurgical

O autor Thiago Marques Ivaniski, é engenheiro de materiais e mestre em processos de fabricação. O autor Rodrigo Ratwig é engenhei-

Transformations in Steels Including Effect of Austenite Grain Size”.

ro metalúrgico e mestre em processos de fabricação. O orientador

Acta Mettalurgica, v 32, n 1, pp. 137-146, Mai 1984.

Alexandre da Silva Rocha é prof. Doutor engenheiro mecânico pela

[3] SELLARS CM, WHITEMAN J A. “Recrystallization and grain growth in hot rolling”. Metal Science, v 13, pp. 187-194, abril 1978. [4] JORGE AM, REGONE W, BALANCIN O. “Effect of competing hardening

Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS. Ambos podem ser contatados pelos e-mails thiago.ivaniski@ufrgs.br; alexandrerocha@ ufrgs.br.

and softening mechanisms on the flow stress curve modeling of Outubro 2019 -

19


>>> Matrizes

Aumente a Vida da Matriz com Solda por Inundação

Operação de soldagem de inundação em processo

David Lee - Weld Mold; Brighton, Michigan - EUA Um dos maiores desafios do setor de forjaria é encontrar maneiras de aumentar a vida útil da matriz, um parâmetro que é fundamental para a eficiência e a lucratividade. Uma maneira de conseguir isso é através do processo chamado de solda por inundação, uma recuperação em alta velocidade e alta deposição de metal de solda de uma cavidade de matriz de forjamento desgastada.

A

história nunca deve ser ignorada quando as soluções

as ferramentas que usam ou podem produzir. O aço da matriz de

são necessárias na indústria de forjamento. Nossa em-

forjamento é comprado em intervalos regulares para substituir ma-

presa fornece soluções para esse setor há quase 75 anos.

trizes velhas e desgastadas que são descartadas ao final da produtivi-

Quer seja de matriz aberta, fechada, roletes, uppsetters,

dade útil. Quanto mais próxima uma matriz se aproxima da pilha de

prensas de martelo ou forjamento para materiais ferrosos e não fer-

sucata, menos confiável ela se comporta.

rosos, a Weld Mold ganhou experiência, aptidão e know-how para ajudar qualquer operação de forja a superar quase todos os proble-

Produtividade

mas de produtividade de ferramentas afetarem a linha de fundo.

Uma medida da eficiência de uma pessoa, máquina ou sistema é o

A economia global, as tarifas, a escassez de fornecedores, os pra-

quão bem eles convertem entradas em saídas úteis. Na forjaria, o

zos de entrega estendidos e a antecipação de como as mudanças em

aumento da produtividade pode ser alcançado aumentando-se o

qualquer uma ou todas essas condições podem afetar sua empresa

número de peças produzidas por matriz retrabalhada, o número de

são considerações sérias no mundo dos negócios atual. Conseguir

retrabalhos que uma matriz de forjamento pode suportar e o perí-

novos clientes e manter clientes antigos significa que todas essas pre-

odo de tempo que uma matriz pode estar em serviço. Nós sentimos

ocupações devem ser abordadas. Com muitas influências externas

que há apenas um processo que pode alcançar todos os itens acima.

afetando como os negócios são feitos hoje em dia, faz sentido procurar maneiras de conter os custos no mais alto grau possível. Em 1913, Henry Ford tinha um problema interno que exigia

O processo passo-a-passo de soldagem por inundação que desenvolvemos pode significar que uma matriz de forjamento produzirá mais peças por cavidade, reduzirá os custos de recolocação e pro-

uma solução - taxa de rotatividade. Com o advento da linha de

porcionará uma vida produtiva ilimitada. Os moldes de forjamento

montagem móvel e um dia de trabalho padrão de nove horas, a

podem ter uma vida útil quase ilimitada de produção produtiva. O

Ford teve que contratar 52.000 trabalhadores para preencher 14.000

custo de obter uma matriz para estar bem no processo, prensa ou

empregos! A produtividade sofreu, a qualidade foi indubitavelmente

martelo precisa ser incorrido apenas uma vez.

afetada e os custos não puderam ser controlados de forma confiável.

O modelo do salário-marco de Henry Ford dobrando em

A solução que Ford desenvolveu era considerada radical na época,

1914, junto com a instituição de um dia de trabalho de oito horas,

especialmente por seus pares. Ninguém jamais tentou, e não havia

funcionou para ele na medida em que encerrou a incrível taxa de

precedente para fazer uma comparação.

rotatividade anual de 380%. O que a Ford fez em 1914 (e nova-

Muitas forjarias enfrentam hoje o mesmo tipo de problema com 20

- Outubro 2019

mente em 1926) foi conseguir mais por menos. O dinheiro gasto


>>> Matrizes

forjados - tais como blocos, colunas, suportes de matrizes, excêntricos, guias, bigornas, estruturas, etc. - que podem desgastar e rachar com o uso também podem ser reparados usando nossas técnicas. Os prazos de entrega dos componentes de forjamento podem ser várias vezes maiores que os do aço de matrizes. Quando o tempo de inatividade deve ser reduzido ao mínimo, o reparo de solda desses componentes de forjamento pode significar a diferença entre cumprir as programações de produção ou não. O Weld Mold ARM, eletrodo grande e procedimentos são usados para reparar uma base de martelo quebrada

Obtendo Mais por Menos Originalmente desenvolvido para fornecer a alternativa de menor custo possível para a substituição de aço para matrizes, o processo de soldagem Weld Mold e as ligas desenvolvidas para melhor aproveitar esse processo comprovaram-se por mais de 70 anos. O processo, chamado de solda por inundação, foi meticulosamente desenvolvido para permitir a recuperação de solda de alta velocidade e alta deposição de uma cavidade de matriz de forjamento com ligas que foram

Peening a solda é parte integrante de sucesso do processo de soldagem por inundação

objeto de pesquisa e testes igualmente com-

foi de US$ 10 milhões. O resultado foi que

produções é um enorme benefício do pon-

pletos. Muitas de nossas ligas se tornaram o

a produtividade aumentou, a rotatividade

to de vista da transformação de cavidades

padrão para reparos de solda de matriz de

de mão-de-obra deixou de ser uma preo-

obsoletas, em blocos que já se encaixam no

forja e componente forjado.

cupação e a qualidade deixou de ser uma

processo de forjamento, em ferramentas

questão.

produtivas para novos produtos.

Os ganhos de produtividade, rentabili-

Como acontece com qualquer processo que seja indevidamente empregado, ou mate-

Não muito tempo atrás, o aço novo

rial que é usado sem considerar as caracterís-

dade e qualidade obtidos pela Ford foram

tinha prazo de seis meses. Uma forjaria que

ticas de final de aplicação, resultará em falha

um investimento na estabilidade da Ford

tem a capacidade de soldar matrizes pode

e insatisfação. Em muitos casos, a demanda

Motor Company. Da mesma forma, a Weld

ignorar os onerosos tempos de espera do

por “gratificação instantânea” requer um

Mold pode fornecer o mesmo tipo de es-

aço da matriz. Um programa de soldagem

atalho para o processo. A falta de tempo para

tabilidade às empresas de forjamento, com

de matrizes bem-sucedido significa que

o alívio de tensão por pré-aquecimento, pré

seu investimento em matrizes soldadas.

uma variedade maior de aços pode ser

ou pós-solda tem sido usada como razões

A eliminação virtual das compras de

usada como base para moldes de forjamen-

pelas quais o processo não funciona. No

aço para matrizes pode valer US$ 1 milhão

to. As matrizes de prensagem podem ser

entanto, fazendo certo da primeira vez eco-

ou mais por ano para uma empresa de alto

convertidas em matrizes de martelo com a

nomiza tempo e dinheiro ao fazê-lo duas ou

volume que emprega soldagem por solda.

adição de hastes soldadas, e matrizes que

três vezes.

Muitas forjarias veriam que a duplicação

normalmente seriam descartadas devido a

(ou mais) da produção de cada cavidade

danos graves podem ser reparadas e colo-

ção para soldagem. Como não há rachaduras,

realinha uma vantagem real. A capacidade

cadas em serviço novamente.

não houve preparação para a solda - não é

de reatribuir blocos de moldes para novas 22

- Outubro 2019

Componentes utilizados na fabricação de

Outra área de preocupação é a prepara-

necessário chanfrar ou usinar para remover


>>> Matrizes

o material desgastado. Isso cria um problema ao limitar a eficácia do

colocar suas novas habilidades para trabalhar. Nós podemos fornecer

metal de solda. Escolhida para ter qualidades de desgaste superiores

treinamento no local para alinhar essas novas habilidades com o pro-

na maioria dos casos, a solda pode ser altamente diluída e não terá

cesso de aplicação comprovado necessário para produzir matrizes de

características de desempenho previsíveis sem abrir a cavidade. Pode

forjamento soldados capazes de anos de serviço confiável e repetível.

não exibir nenhuma das propriedades de desempenho para as quais a Conclusão

solda foi escolhida. "Obter mais por menos" significa seguir o procedimento, fazer o

Quando uma peça não é mais exigida pelo cliente e há uma pilha de

certo, fazer mais uma vez e saber que a qualidade estará lá. No mesmo

ferramental de forja gasto, não há motivo para sucatear qualquer coisa.

lado da moeda, a aplicação adequada de um preenchimento de solda

Noventa por cento das ferramentas obsoletas podem ser transforma-

corretamente selecionado também significa que ele será mais longo

das em moldes em branco à espera de uma nova cavidade e um novo

antes que a matriz retorne para reparo ou reconstrução.

propósito. Novos produtos podem ser desenvolvidos mais rapidamen-

Um investimento no processo de soldagem por inundação é muito menos dispendioso do que o que Henry Ford gastou para resolver seus problemas de rotatividade e produtividade. O retorno do investi-

te em matrizes retrabalhadas porque o tamanho e a forma da matriz já se encaixam no seu martelo ou prensa. Para aqueles que atualmente não adotam a soldagem de matrizes

mento pode ser sustentado não apenas no nível de lucro por peça, mas

e a solda por inundação especificamente, estou ansioso para ouvir as

também pode ser usado para reduzir a manutenção, o custo de reparo

objeções. Com as atuais situações globais, há muitas preocupações que

e o tempo de retorno no equipamento de forjamento.

precisam ser abordadas. Não deixe a fonte de sua próxima matriz ser

Se o investimento em um programa de soldagem sólido e com-

uma delas. Você já é dono dela!

provado parece ser caro, pense dessa maneira. O aço que está em um ciclo constante entre a doca de recebimento e o ferro-velho não tem

Referências

valor além das poucas peças que produziu. Adicione a isso o custo

1. https://www.forbes.com/sites/timworstall/2012/03/04/the-story-of-

de obter um bloco bruto ao ponto de poder produzir uma peça. Este ciclo ocorre repetidamente e o dinheiro é gasto em conformidade. Em contraste, uma matriz de forjamento devidamente soldada funcionará consistentemente por anos. A recompensa por um sistema completo de soldagem de qualidade pode ser inferior a um ano com um solda-

-henry-fords-5-a-day-wages-its-not-what-you-think/ 2. https://www.thehenryford.org/collections-and-research/digital-collections/artifact/35765/#slide=gs-237783 3. https://en.wikisource.org/wiki/HENRY_FORD:_Why_I_Favor_Five_ Days%27_Work_With_Six_Days%27_Pay

dor qualificado. Isso nos leva ao problema de onde obter um soldador qualificado.

O autor principal David Lee é um antigo colaborador da FORGE e diretor

Há um ressurgimento dos programas de soldagem no ensino médio e

técnico da Wel Mold Company, Brighton, Michigan, EUA. Ele pode ser con-

a maioria das faculdades comunitárias também tem programas de sol-

tatado pelo número 800-521-9755 ou pelo e-mail Dlee@weldmold.com.

dagem. Muitos dos alunos estão procurando uma oportunidade para

Prensas de uma coluna

Tesouras p/ corte barras de aço, frio e quente

Prensas de duas colunas

Máquinas de forjamento

Prensas p/ ajuste de ferramentas

Reformas

Prensas p/ conformação a quente

Automação

Schubert Maschinen- und Anlagebau GmbH

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Outubro 2019 -

23


>>> Processos

Fig. 1. Manipuladores de transporte móveis

Selecionando o Equipamento Certo Para Lidar com Forjados Pesados Boris Marcukaitis - Dango & Dienenthal; Alemanha A produtividade de uma forjaria pode ser muito afetada pelo fluxo eficiente de peças através da planta. Soluções para lidar com a faixa de fluxo de trabalho de manipuladores motorizados a sistemas montados em trilhos para manipuladores suspensos. Para a maioria das aplicações, há mais de uma solução e um engenheiro experiente pode ajudá-lo a selecionar o sistema correto para sua operação. É importante não se guiar apenas pelo preço, mas sim pensar a longo prazo.

A

produtividade de linhas de forjamento de matriz fechada e plantas de laminação de anéis depende fortemente do equipamento correto de manuseio. Este equipamento garante carga e descarga rápida e eficiente de peças para

na de manuseio? • Existem outros veículos ou guindastes em movimento nesta área específica? • Quanta precisão é necessária?

as máquinas de conformação. As diferentes circunstâncias envolventes

• Quais são os tamanhos de lote da produção?

exigem soluções personalizadas que combinam perfeitamente com a

• Quantas peças exclusivas devem ser manuseadas?

situação.

• Que tempos de ciclo devem ser alcançados e qual é o gargalo que

O desafio é atender a requisitos contrários, como pinças longas para grandes prensas e / ou alta capacidade de manobra de uma máquina

dita o ritmo? • Qual é o peso, tamanho e forma das peças de trabalho?

móvel compacta. A Dango & Dienenthal oferece uma grande variedade de manipuladores para atender a várias tarefas. Devido a novos desafios

Manipuladores de Transporte Móvel

de manuseio, a gama de máquinas especiais é continuamente ampliada.

Um manipulador de transporte móvel é uma boa escolha se a

A seleção de um manipulador para o manuseio de forjados pesados

área for grande e a máquina de manuseio atender a muitos equi-

deve ser feita com sabedoria. Responda algumas perguntas que ajudarão

pamentos, como fornos e prensas. Esta máquina pode manobrar

você a escolher a melhor solução para aumentar a produtividade de sua

livremente dentro de toda a área de produção e é rápida o suficien-

planta.

te para cobrir longas distâncias em curtos períodos de tempo. A

24

• Qual e quanta área deve ser coberta pelo dispositivo de manuseio?

maioria desses manipuladores é acionada por um motor a diesel,

• Quais equipamentos e posições devem ser alcançados pela máqui-

que também permite viajar entre várias baias.

- Outubro 2019


>>> Processos

Fig. 2. Manipulador de transporte móvel com pinças extensíveis

Se for esperado que a área de trabalho do manipulador esteja

Fig. 3. Robô de carga pesada ligado a um trilho

Robôs de Carga Pesada (Estacionários e Ligados a Trilhos)

em uma baia e sirva apenas uma linha de produção, um supri-

Às vezes somos solicitados a fornecer uma gama de robôs de carga

mento de energia por cabo de arrasto para alimentar uma bomba

pesada com cargas úteis entre 500 kg e 15.000 kg. Para lidar com

hidráulica elétrica é uma maneira elegante de esquecer o reabaste-

cargas desse porte, projetamos robôs para atender aos grandes re-

cimento do manipulador.

quisitos de manuseio da indústria de conformação de metais.

Uma empilhadeira com garras anexadas pode ser uma solução

A única consideração de lidar com uma carga útil pode sugerir

barata de curto prazo, mas ela melhorará sua produção de forma

que esses robôs sejam comparáveis aos modelos industriais padrão.

sustentável? Uma grande desvantagem é que a visão da peça de

O enorme alcance de até 10,5 m do eixo de rotação para o centro

trabalho é constantemente bloqueada pelo mastro de elevação em

da garra e a alta capacidade de carga em toda a operação, no en-

frente ao operador. Isso torna quase impossível lidar com as peças

tanto, exige que nossos robôs de carga pesada tenham uma faixa

de maneira rápida e precisa. Além disso, uma empilhadeira não foi

de aplicação além da de robôs padrão industriais. O momento de

originalmente construída para funcionar em uma forjaria, e não

alta carga é alcançado através de um sistema de alavancas espe-

durará muito tempo.

ciais e acionamentos potentes. Um sistema de controle complexo

No entanto, os manipuladores de transporte móveis especialmente projetados para a tarefa oferecem ótimo desempenho e durabilidade. A capacidade de direção de ± 90 graus das rodas

e codificadores integrados garantem um alto nível de precisão de posicionamento. Essas máquinas compensam quando o manuseio automático

traseiras acionadas permite que elas girem no local. O sistema de

de grandes lotes é necessário. A sequência de manuseio é sempre

alavancas rígidas confere às pinças os graus de liberdade necessá-

consistente e rápida. No entanto, esses manipuladores automa-

rios para o manuseio de forjados em forjados de matriz fechada e

tizados também podem ser alternados para o modo de controle

plantas de laminação de anéis, ou seja, elevação paralela, inclinação

manual se pequenos lotes ou peças únicas devem ser manipulados.

vertical e deslocamento lateral.

Embora o sistema permita a conveniente reprogramação para uma

A cabine do operador é colocada no lado esquerdo das má-

sequência diferente, a reprogramação para um ciclo de produção

quinas padrão, o que dá ao operador uma boa visão da ponta das

único seria muito demorada, e poderia ser mais fácil controlar o

pinças, não importa em qual posição. Mas, às vezes, circunstâncias

sistema de manuseio de material manualmente.

especiais exigem soluções especiais, como mostrado na Fig. 1, em que realmente existem cabines de operador centralizadas. Na maioria das vezes, o manipulador tem que se encaixar em

Os robôs de carga pesada com capacidade superior a 1.500 kg são acionados eletro-hidraulicamente, pois nessa faixa os cilindros hidráulicos e os motores oferecem a melhor combinação de força e

um determinado ambiente e não o contrário. A área de trabalho

velocidade. Abaixo dessa capacidade, as máquinas possuem um sis-

costuma ser bastante estreita, especialmente em fábricas de lami-

tema de acionamento eletromecânico, que traz algumas vantagens

nação de anéis. Mas, por outro lado, fornos profundos são usados

notáveis. Estes não incluem óleo inflamável, menos manutenção e

para fornecer capacidade de aquecimento suficiente para os ta-

maior eficiência.

rugos. Neste caso, podemos fornecer sistemas de alavancas com a

Um robô estacionário de carga pesada pode cobrir uma gran-

capacidade adicional de estender as tenazes para carga e descarga

de operação de trabalho cilíndrico que permite alcançar várias

de fornos e máquinas de laminação de anéis e retrair as tenazes

unidades adjacentes localizadas dentro dessa área. Em contraste,

para manobras em áreas estreitas (Fig. 2).

se a linha de produção se estende através de uma área linear e os Outubro 2019 -

25


>>> Processos

Fig. 4. Pinças e garras do manipulador de transporte aéreo

Fig. 5. Várias pinças

agregados estão localizados ao longo de uma linha, é possível usar

res. Mas o que torna quase cada máquina única são as tenazes, que

um robô de carga pesada ligado ao trilho e assim aumentar dras-

são a interface entre a peça de trabalho e a máquina de transporte.

ticamente o resultado (Fig. 3). Controle automático e manual são

Descrever todas as possibilidades iria além do escopo deste artigo,

opções em ambos os casos.

pois as pinças são sempre adaptadas à forma e às dimensões das peças (Fig. 5).

Manipuladores Aéreos

O que é comum para a maioria das pinças nos setores de ma-

Um manipulador de transporte móvel pode manobrar livremente

triz fechada e laminação de anéis é uma rotação em torno do eixo

em torno de toda a sua produção, mas não é (ainda) capaz de tra-

horizontal para reverter a peça de trabalho. As pinças também

balhar de forma totalmente automática. O robô de carga pesada

podem ser equipadas com um eixo de inversão adicional nas garras

pode ser usado de forma totalmente automática, mas está restrito

para erguer tarugos orientados horizontalmente.

a seu trilho. Um manipulador suspenso cobre a lacuna entre essas duas

Manuseando Anéis

situações. Ele é baseado em guindaste e pode alcançar cada posição

Às vezes, a intensa análise de tarefas especiais de manuseio traz

dentro de seu sistema de coordenadas cartesianas. O uso de um

soluções únicas. Um exemplo é uma máquina dedicada para o

manipulador suspenso mantém o piso da sua planta limpo e orga-

descarregamento de anéis de máquinas de laminação. Anéis com

nizado, sem fontes de energia ou trilhos no piso (Fig. 4). O mastro

diâmetros de até 4.000 mm podem ser manuseados com muito

de elevação com as tenazes anexadas, fixado na parte inferior do

cuidado e sem deformações desnecessárias. Isso é obtido por bra-

carrinho do guindaste, é comparativamente fino. Requer relativa-

ços especiais que se encaixam nos recortes da mesa de apoio da

mente menos espaço de manobra ao nível do solo.

máquina de laminação de anéis (Fig. 6). Os anéis são agarrados por baixo e não apertados ou apertados pela força. Agarrar por dentro

Pinças são a Interface entre o Manipulador / e a Peça

e por fora aumenta a gama de dimensões das peças que podem ser

Até agora, cobrimos apenas o estilo básico de forjar manipulado-

manuseadas. Qual Solução é a Certa? Há mais de uma solução para a maioria dos aplicativos. Você deve avaliar as possibilidades junto com um engenheiro de projeto experiente. É muito importante não ser enganado pela solução mais barata com o mínimo esforço, mas sim pensar a longo prazo. Mantenha as coisas o mais simples possível, mas tão complexo quanto necessário. O autor Boris Marcukaitis é engenheiro Técnico de Vendas da Dango & Dienenthal, Siegen, Alemanha. Ele pode ser contatado por Boris. Marcukaitis@dango-dienenthal.de. Para informações adicionais, visite

Fig. 6. Manipulador de transporte de anéis

26

- Outubro 2019

www.dango-dienenthal.de.


>>> Matrizes

O Uso da Manufatura Aditiva de Deposição Direta de Metais em Matrizes de Forjamento Arshad Harooni e Dr. Dr. Bhaskar Dutta – DM3D Technology; Auburn Hills, Michigan - EUA A deposição direta de metal (DMD - Direct Metal Deposition) é uma técnica de fabricação de manufatura aditiva (AM – Additive Manufacturing) em jato de pó que pode ser usada para construção, reparo, revestimento e reconfiguração de baixo custo de matrizes de forjamento. A técnica também foi usada para adicionar recursos como flanges e conexões a peças forjadas para melhorar sua funcionalidade. Este artigo usa quatro estudos de caso para examinar essa técnica em detalhes e compara seus méritos e limitações às técnicas convencionais e outras técnicas de soldagem por AM.

D

urante a deposição, o laser

Os bicos são normalmente montados

der-Bed Fusion) e Manufatura Aditiva por

cria uma poça de fusão no

em um sistema baseado em CNC, o que

binderjetting (jateamento de aglutinante).

substrato. A adição de metal

permite um controle muito preciso de seu

Para as ligas que são mais propensas à

em pó ao banho aumenta o

movimento durante o processo DMD.

contaminação atmosférica, o processo de

volume e cria um cordão. Movendo o bocal

Quando são necessários mais graus de li-

deposição também pode ser fechado em

em relação ao substrato, podem ser criados

berdade, os bicos também podem ser mon-

uma câmara de gás inerte.

padrões complexos. Ao empilhar esses pa-

tados em braços robóticos. Como a maio-

drões em cima uns dos outros, as formas

ria das ligas pode ser depositada apenas

Estudo de Caso 1: Construção de Baixo

3-D podem ser formadas. Alterações nas

com a blindagem localizada fornecida pelo

Custo

taxas de resfriamento devido à variação na

bocal, a técnica de DMD pode processar

Trincas de fadiga térmica se formam devido

geometria da peça e no perfil de tempera-

peças muito maiores do que as tecnologias

ao rápido aquecimento e resfriamento de

tura parcial podem influenciar a espessura

de fusão a laser em pó (LPBF - Laser Pow-

uma superfície. Como as matrizes de forja-

da camada em deposição. Para combater esse efeito, empresas como a DM3D Technology usam sistemas de malha fechada. Como mostrado na Fig. 1b, três câmeras de dispositivo de carga acoplada (CCD - Charge-Coupled Device) monitoram a altura do conjunto de fusão em tempo real e ajustam os parâmetros do processo para manter uma espessura de camada constante.

Fluxo de pó Laser

a)

Bocal Substrato

b)

Fig. 1. a) Bocal de fornecimento de pó, gás de proteção e laser; b) Sistema de circuito fechado ligado ao bocal Outubro 2019 -

27


>>> Matrizes

então depositada nas superfícies que deveriam encontrar grandes ciclos térmicos (Fig. 2b). Esta liga é conhecida pela sua dureza a alta temperatura. A Fig. 2c mostra a matriz após o processo de DMD e a Fig. 2d mostra a usinagem final da matriz. O processo DMD levou aproximadamente uma hora.

b)

a)

A matriz processada usando DMD era menos dispendiosa do que a matriz fabricada convencionalmente devido aos custos mais baixos de material e usinagem. Devido à facilidade de usinabilidade e disponibilidade do material, o prazo de entrega para a fabricação do molde foi reduzido em 30%. Embora os moldes de forja fabricados convencionalmente tivessem uma vida útil de ~ 5.000 ciclos, a matriz processada por DMD foi funcional por 19.000 ciclos. Este

c)

d)

Fig. 2. a) Blank de aço ferramenta S7; b) Deposição direta de metal (DMD) de Stellite; c) Após o processo DMD; d) após DMD e usinagem final

aumento na vida útil foi atribuído à microestrutura fina que é criada durante o processo DMD. Estudo de Caso 2: Reconfiguração Devido a mudanças nos requisitos de engenharia ou lições aprendidas com a fabricação, a modificação de ferramentas de forjamento é frequentemente necessária. A Fig. 3a ilustra o modelo de uma matriz de forjamento hipotético que é obsoleta devido a mudanças de projeto. Para reconfigurar a matriz usando DMD, primeiro ela precisa-

b)

a)

Fig. 3. a) Matriz original de forjamento; b) Matriz de forjamento reconfigurada usando o processo DMD

ria ser usinada de forma semelhante ao blank mostrado na Fig. 2a. Passaria então por um processo DMD e seria usinada na forma final mostrada na Fig. 3b. As vantagens de empregar DMD neste caso são redução do lead time e custos de reorganização.

Borda de corte

Estudo de Caso 3: Revestimento Duro A Fig. 4 mostra uma matriz de rebarbação usada para aparar a rebarba após o forjamento. Durante o seu funcionamento, as arestas da matriz de corte sofrem mais desgaste do que o resto do molde. Quando essas bordas são danificadas, a matriz de aparagem é retirada de serviço. Borda de corte Fig. 4. Matriz de rebarbação de forjados

É altamente desejável fazer a borda de corte de um material muito resistente ao desgaste. Para endurecer a matriz de rebarbação mostrada na Fig. 4, um chanfro foi usinado na borda de corte. Como mostrado na

mento passam por grandes ciclos térmicos durante a operação, a fa-

Fig. 5a, a DMD foi usada para aplicar Stellite na superfície chanfrada. A

diga térmica é um problema comum para a indústria de forjamento.

superfície DMD foi então usinada na forma final.

Esse problema pode ser anulado fazendo-se a matriz de forjamento

A Fig. 5b mostra que a deposição de Stellite e sua interface com o

de materiais resistentes à fadiga térmica, que geralmente são caros e

substrato H13 é livre de defeitos como rachaduras, porosidade ou dela-

difíceis de usinar.

minação. Isto é indicativo de uma excelente ligação entre o substrato e o

Uma abordagem de baixo custo para combater as rachaduras de

material depositado. Isso também sugere que os parâmetros do processo

fadiga térmica é fazer a maior parte da matriz de material de baixo

usados para DMD foram adequados. O perfil de dureza (Fig. 5c) mostra

custo e aplicar material resistente à fadiga térmica somente nas regi-

que a Stellite foi capaz de conferir alta dureza ao material de base.

ões mais propensas a rachaduras de fadiga térmica. Nossa empresa

Depois que a matriz mostrada na Fig. 4 foi endurecida, ela experi-

foi capaz de demonstrar essa metodologia usando um blank sub-

mentou um aumento de 260% na vida útil em comparação com suas

dimensionado de baixo custo e fácil usinagem de material S7 como

contrapartes fabricadas convencionalmente. O melhor desempenho foi

substrato (Fig. 2a). Uma liga de cobalto / cromo chamada Stellite foi

atribuído à alta resistência ao desgaste da Stellite, um depósito de boa

28

- Outubro 2019


>>> Matrizes

1.0 mm

RC 51 182 µm

RC 49

1.0 mm

382 µm RC 48 546 µm

5.0 mm2 sessão - x substrato de aço

a)

RC 47 815 µm

b)

995 µm

c)

RC 34 200 µm

Fig. 5. a) Esquema da seção transversal da borda de corte após DMD; b) Micrografia da seção transversal após DMD e usinagem; c) Perfil de dureza da seção transversal

20 inch

b)

a)

Fig. 6. Metade superior da matriz de forjamento do braço de controle: a) Após DMD; b) Depois de DMD e usinagem

qualidade, excelente ligação interfacial entre o

regiões usinadas. Após a metade superior do

Stellite e o H13 e a microestrutura fina ineren-

molde ser reparada, o mesmo procedimento

te ao processo DMD.

também foi aplicado na metade inferior do molde. O processo de DMD levou aproxima-

2014, pp. 18–23 [2] Dutta, Bhaskar, “Component and Tool Life Extension Using Direct Metal Deposition (DMD),” Additive Manufacturing,

Estudo de Caso 4: Reparo

damente cinco horas e foi capaz de prolongar

Os moldes de forjamento são muitas vezes

a vida da matriz em 91%.

[3] “Heat Checking,” Drilling Lexicon, IADC,

e resistentes ao desgaste, e muitas vezes são

Conclusão

[4] “CPM1V,” Tool Steel and Specialty Alloy

bastante caros. À medida que o tamanho da

A tecnologia DMD foi mostrada para reduzir

Selector, Crucible Industries, www.crucible.

matriz aumenta, o mesmo acontece com o

o custo de fabricação para reconfigurar, en-

com/eselector/prodbyapp/hotform/cpm-

custo de fabricação. Como exemplo, era muito

durecer e reparar as matrizes de forjamento.

1vd.html

dispendioso fazer desse tipo de material a

DMD pode ser uma solução economicamente

matriz de aproximadamente 36 polegadas x 36

viável que é capaz de atingir propriedades que

O co-autor Dr. Bhaskar Dutta, é presidente e

polegadas x 10 polegadas mostrada na Fig. 6.

são comparáveis ou melhores do que o ma-

CEO da DM3D Technology LLC, Auburn Hills,

Aug. 2013, pp. 15-16 2018, www.iadclexicon.org/heatchecking/

feitos de materiais resistentes à fadiga térmica

terial forjado. Além disso, a tecnologia DMD

Michigan. Ele pode ser encontrado em bdutta@

para estender sua vida útil pode reduzir os

pode ser usada em grandes partes e em confi-

dm3dtech.com ou 248-409-7900 ext. 235.

prazos de entrega e compensar as despesas

gurações de produção.

Co-autor Arshad Harooni, M.A.Sc., é engenhei-

A reparação de matrizes de forjamento

ro líder de Manufatura Aditiva na Tecnologia

iniciais de fabricação. A matriz mostrada na Fig. 6 foi usinada para remover as áreas danifi-

Referências

DM3D. Ela pode ser encontrado em aharooni@

cadas durante a operação de forjamento. Um

[1] Dutta, B, and F H Froes, “Additive Manufac-

dm3dtech.com ou 248-409-7900 ext. 222.

aço para ferramentas de alta resistência e alta liga chamado CPM1V foi então aplicado nas

turing of Titanium Alloys,” Advanced Materials & Processes, Feb.

Para mais informações acesse: http:// www. dm3dtech.com. Outubro 2019 -

29


Simulação Numérica por Elementos Finitos no Desenvolvimento do Processo Forjamento em Matriz Fechada de Bielas de Alumínio AA6351 >>> Processos

Luana De Lucca de Costa, André Rosiak, Lirio Schaeffer, Laboratório de Transformação Mecânica - LdTM , UFRS - Porto Alegre, RS - Brasil Os sistemas CAD (Computer-Aided Design) e CAE (Computer-Aided Engineering) são ferramentas poderosas para redução de custos de um projeto e minimizam, consideravelmente, o tempo de lançamento do produto final. Enquanto o CAD volta-se a investigação em geometria computacional, modelamento e computação gráfica; o CAE engloba simulação, validação e otimização de produtos e ferramentas em processos de fabricação e é o principal provedor de informação às equipes de projeto nas tomadas de decisões. A principal técnica de CAE é o método de análise por elementos finitos (FEM - Finite Element Method). Neste trabalho, são apresentadas todas as etapas computacionais de desenvolvimento de um processo de forjamento em matriz fechada multietapas de bielas de alumínio AA6351. São discutidos os principais aspectos de projeto de matrizes, forjamento de pré-formas e dados de entrada para simulação numérica satisfatória do processo. Ainda, resultados de tensão, deformação, temperatura, preenchimento das cavidades da matriz e força necessária para realização das etapas de forjamento da pré-forma e da peça final são analisados.

D

O termo Computer-Aided (assistido por

evido a competitividade na in-

em processos de fabricação permite a otimiza-

dústria de forjados nos últimos

ção no desenvolvimento de produtos forjados,

computador) engloba os sistemas criados

anos, a qualidade dos produtos

tomada prévia de decisão em cada fase do

para alcançar o produto final da forma mais

forjados oferecidos é um fator cada vez mais

processo e redução da repetição de tarefas que

rápida possível, usando o poder dos computa-

importante na escolha de um fornecedor.

oneram o desenvolvimento de produtos e

dores para processamento. Em CAD, a última

Isso se aplica particularmente aos clientes das

processos em tempo e custo [3].

abreviação vem do termo Design, para o CAE

indústrias automotiva e aeronáutica, onde os requisitos quanto à precisão e qualidade do forjamento são os mais altos. Os processos de forjamento, embora amplamente desenvolvidos, pertencem a uma das técnicas de fabricação mais difíceis para peças de geometria complexa (bielas, juntas universais, turbinas, alavancas, etc.) [1,2]. As tecnologias computacionais são os

180 160 140 120 100 80 60 40 20

Tensão de escoamento, kf (MPa) 0,1 s-1 200°C 300°C 400°C 500°C 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

180 160 140 120 100 80 60 40 20

1 s-1 200°C 300°C 400°C 500°C 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Deformação verdadeira ϕ [-] Deformação verdadeira ϕ [-] Deformação verdadeira ϕ [-] Fig. 1. Curvas de escoamento do AA6351 para diferentes temperaturas e velocidades de deformação

recursos utilizados para atendimento das exigências do processo produtivo de forjados

Materiais

Temperaturas

de alta qualidade, pois possibilitam aprimorar ações de desenvolvimento admitindo maior facilidade, eficácia e agilidade na obtenção de produtos e processos inovadores. Desse modo, a incorporação de sistemas computacionais 30

- Outubro 2019

180 10 s-1 200°C 160 140 300°C 120 100 400°C 80 60 500°C 40 20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Geratriz: AA6351 Matrizes: H13

Geratriz: 400ºC Pré-forma: 400ºC Matrizes: 150ºC

Dados da Prensa Prensa Hidráulica FKL Modelo PH 600 Velocidade: 3,4 mm/s

Fig. 2. Parâmetros utilizados no processo de simulação

Atrito

Fator de atrito interfacial m = 0,3


>>> Processos

do produto e na documentação da fase de projeto. Ele pode facilitar o processo de manufatura, transferindo diagramas detalhados dos materiais utilizados nos produtos, processos, tolerâncias e dimensionamentos. Isso pode ser usado tanto para a modelagem 2D e 3D, possibilitando a rotação em qualquer ângulo para todas as vistas, quanto para a vista de dentro para fora [4].

ø20

70

9,5

9,5 4

Fig. 3. Etapas planejadas para o processo de forjamento

R1

para apoiar a análise de elementos finitos

a) 85 39

(FEM), dinâmica computacional de fluidos

88 ø30,5 ø18,5

ø22

ø20 13,5

ø19 ø9 12,5 22

Softwares de engenharia desenvolvidos

10,5 24

(CFD), dinâmica de multicorpos (MDB) e otimização formam o sistema CAE (Computer-Aided Engineering). Estes, estão sendo usados, por exemplo, para analisar a robustez

62

b) c) Fig. 4. Representação 2D. Principais dimensões: (a) Geratriz Inicial; (b) Pré-forma; e (c) Peça final

e o desempenho de componentes e conjun-

- Engineering e para o CAM - Manufacturing.

do produto, e a criação de bancos de dados

otimização de produtos e ferramentas de fa-

Juntos, permitem o aumento na produtivi-

para manufatura.

bricação [5]. Atualmente, o método de análise

dade e qualidade nos projetos, otimização da documentação do processo e desenvolvimento

Um programa CAD (Computer-Aided Design) é um software com foco no desenho

tos. O termo engloba simulação, validação e

por elementos finitos (FEM - Finite Element Method) é o empregado em softwares de

VIII Seminário Tecnologia FORJAMENTO

SAVE THE DATE - 04 e 05 de Novembro 2020

CONTATO

Udo Fiorini - Diretor

(19) 99205-5789 (19) 3288-0677 udo@grupoaprenda.com.br

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31


>>> Processos

a)

Tabela 1. Composição química (% massa) do AA6351

c) b)

Fig. 5. Representação 3D: (a) Geratriz Inicial; (b) Pré-forma; e (c) Peça final Canais de saída

Canais de saída

Matriz superior Furação para os pinos guia

Cavidade da pré-forma

Al

Si

Fe

Mg

Mn

Ti

Zn

Cu

97.07

0.42

0.29

0.82

0.24

0,013

0,013

0,18

Tabela 2. Parâmetros optimizados do AA6351 para o modelo matemático de Hensel-Spittel

Parameters

Hensel-Spittel

σ0(MpA)

303,5

m1

-0,0043

m2

0,103

m3

0,057

T (Cº)

400

deformação, temperatura, preenchimento das cavidades da matriz e Região da rebarba Cavidade da peça

força necessária para realização das etapas de forjamento da pré-forma e da peça final são analisados.

Matriz inferior

Seleção dos materiais Fig. 6. Vista da montagem em 3D das matrizes superior e inferior

O material selecionado para a fabricação da peça foi a liga de alumínio AA 6351, disponível comercialmente. A composição química do material é listada na Tabela 1. As curvas de escoamento determinadas experimentalmente mostram que não somente a deformação, mas também a velocidade de deformação e a temperatura influenciam o escoamento do

b)

a)

c)

AA6351 [3]. A Fig. 1 mostra a relação entre o aumento da tensão de escoamento com a temperatura e a velocidade de deformação. Entretanto, a inserção das curvas de escoamento do material no software de simulação numérica, mais facilmente, é necessária

Fig. 7. Formação e distorção dos elementos da malha: (a) malha inicial da geratriz; (b) distorção após a conformação da pré-forma e (c) distorção após o forjamento da peça final

que elas possam ser representadas por uma equação matemática,

simulação numérica de processos de fabricação [6] e, em linhas gerais, é

para equação.

considerando o modelo de Hensel-Spittel, Equação 1. A Tabela 2 apresenta os valores otimizados para o AA6351 dos parâmetros σ = σ0.e-m1T.εm2.εm3

definido como um método matemático, no qual um meio contínuo é

Equação 1

discretizado (subdividido) em elementos que mantém as propriedades

As propriedades térmicas e mecânicas para o AA6351 são

de quem os originou. Esses elementos são descritos por equações dife-

listadas na Tabela 3. O aço ferramenta para trabalho a quente

renciais e resolvidos por modelos matemáticos para que sejam obtidos

H13, comercialmente disponível, foi utilizado para a fabricação

os resultados desejados.

das matrizes. As propriedades térmicas e mecânicas do aço H13

No forjamento de bielas a descrição tridimensional de um compo-

são listados na Tabela 4. O material já era cadastrado no banco de

nente no sistema CAD, dentro de tolerâncias que atingem o mínimo

dados do software, assim, a inserção das curvas de escoamento não

1/10mm é fundamental para uso destas informações para etapas seguin-

foi necessária.

tes: simulação computacional (CAE) ou fabricação de matrizes (CAM - Computer-Aided Manufacturing) [3]. Aqui, as etapas computacionais

Parâmetros do Processo

de desenvolvimento CAD e CAE são apresentadas para um processo de

Os parâmetros utilizados são de grande importância para um re-

forjamento em matriz fechada em multietapas para fabricação de bielas

sultado confiável da simulação. Utilizaram-se os dados de entrada

de alumínio AA6351. Ainda, são discutidos os principais aspectos de

mostrados na Fig. 2

projeto de matrizes, forjamento de pré-formas e dados de entrada para simulação numérica satisfatória do processo. Os resultados de tensão, 32

- Outubro 2019

O processo de forjamento foi planejado de acordo com a disposição e dinâmica dos equipamentos do Laboratório de Transfor-


>>> Processos

Tabela 3. Parâmetros optimizados do AA6351 para o modelo matemático de Hensel-Spittel

de forjamento são encontrados na literatura em Schaeffer (2006) e Rodrigues et al.

Parameters

Valores

Densidade (kg/m3)

2600

Coeficiente de Poisson

0.33

Módulo de Young (GPa)

70-80 (Dependente da T)

Calor específico (J/(g- K)

0.89

Condutibilidade térmica (W/(m-K)

176

CAE – Simulação Numérica

Coeficiente de transferência de calor (geratriz-ferramenta) (W/(m2 K)

12.5 (150MPa)

A simulação numérica auxilia o processo

Tabela 4. Propriedades térmicas e mecânicas do aço H13

Parameters

Valores

Densidade (kg/m3)

7690

Coeficiente de Poisson

0.33

Módulo de Young (GPa)

210 (Dependente da T)

Calor específico (J/(g- K)

0.460

Condutibilidade térmica (W/(m-K)

24.7

(2005) [7,8]. A Fig. 6 mostra a vista de montagem da matriz superior e inferior, bem como, os canais para saída de ar, a cavidade dos pinos guias e a região de rebarba.

de forjamento através de análises da fabricação das peças dentro das especificações. São analisados parâmetros envolvidos no processo, tais como: a geometria da geratriz e das matrizes, as tensões e deformações ocorridos durante o processo, determinação da força e temperatura durante o forjamento (fundamentais para seleção

mação Mecânica (LdTM). Assim, a geratriz

lização do sistema CAD permitiu uma série

dos equipamentos), entre outros. Através

cilíndrica é aquecida a 400ºC, transferida

de otimizações com relação a modelagem da

dos resultados apresentados pela simulação

para a matriz para o forjamento da pré-

peça, das geratrizes e das matrizes de forja-

pode-se verificar se a peça forjada será ob-

-forma, forjada, transferida novamente

mento, pois, a partir do modelamento da

tida livre de defeitos.

para o forno, reaquecida a 400ºC, transfe-

peça é possível modelar todo o ferramental

rida para a matriz para forjamento da peça

de forma simplificada e iterativa.

final, e forjada. A representação esquemática do processo é mostrada na Fig. 3.

Na representação virtual da peça for-

O método de elemento finito foi o escolhido para analisar o processo de forjamento, devido à geometria da peça,

jada foi modelado uma possível geometria

utilizou-se a simulação em 3D, cujos resul-

da rebarba na peça final, desta forma, foi

tados são mais confiáveis e adequados para

lidade, capacidade e dinâmica dos equipa-

estimado pela lei da conservação do volu-

o forjamento a quente, conforme indica a

mentos necessários para a realização das

me as dimensões da geratriz inicial. A gera-

literatura apresentada pelo fabricante do

etapas para do processo é de extrema im-

triz inicial foi dimensionada de forma a ter

software e pesquisas realizadas [2].

portância para a correta inserção de dados

o mesmo volume da peça final a ser forjada

nos softwares de simulação. Um exemplo,

mais o volume da rebarba.

O conhecimento prévio da disponibi-

nesse processo, são os intervalos de transfe-

Os desenhos do canal e do poço de re-

O software utilizado na simulação numérica das duas etapas do processo de forjamento apresentado foi o Forge® NxT2.1, desenvolvido pela Transvalor. O FORGE®

possa desenvolver o projeto do ferramen-

NxT é um software para a simulação de

software para que o cálculo de resfriamen-

tal. Os parâmetros de projeto de matrizes

processos de conformação a quente e a frio

to aconteça de forma ideal. CAD - Modelagem 2D e 3D A modelagens da matriz e das geratrizes para o processo de forjamento foram reali-

Sem contato

barba são necessários também para que se

precisam ser inseridos corretamente no

Sem contato

rência e reaquecimento da pré-forma, que

sões da peça final, pré-forma e da peça final são mostradas nas imagens 2D da Fig. 4.

Contato

tware SolidWorks®. As principais dimen-

Contato

zadas utilizando o programa CAD do sof-

As modelagens 3D do conjunto das geometrias são mostradas na Fig. 5. A uti-

Fig. 8. Áreas de contato com a matriz após o forjamento: (a) pré-forma e (b) peça final Outubro 2019 -

33


>>> Processos

393.108

a)

b)

o fechamento das matrizes validam o projeto do ferramental e o

299.832

374.136

389.312

355.123

dimensionamento da geratriz e da pré-forma. A Fig. 8 mostra as

336.135

regiões de contato entre (a) matriz e a pré-forma e (b) entre a ma-

317.138

triz e a peça final.

Temperatura, T [Cº]

Temperatura, T [Cº]

310.351

276.792 268.272 257.753 247.233 236.713 226.194 215.674

298.146

Na Fig. 8 nota-se o completo preenchimento das cavidades e, as-

279.153 260.141

sim, o projeto do ferramental, geratriz inicial e da pré-forma são vali-

241.168

205.154

222.176

dados. Diferentes geometrias para a geratriz podem ser testadas para a

203.183

redução da rebarba ou seu melhor direcionamento e distribuição.

Fig. 9. Temperatura no final do forjamento: (a) pré-forma e (b) peça final 970.414

2638.43

a)

755.32

2303.1

Tensão, σ [MPa]

Tensão, σ [MPa]

862.647 647.973 541.426 433.279 305.912 258.585

b)

2967.78

temperatura ao final de cada forjamento. Conforme mostra a Fig.

2453.45 1291.12

9a, após o forjamento, a pré-forma apresenta uma distribuição de

941.797

temperatura inferior a 250ºC o que inviabilizaria o forjamento se-

642.471

quencial da peça final e determina a necessidade de reaquecimento.

291.144

111.238

-44.1829

389.149

-378.51

265.455

-754.836

Assim, para o forjamento da peça final é necessário que a pré-forma volte a ser aquecida a 400ºC, conforme é mostrado nas

Fig. 10. Distribuição de tensão: (a) pré-forma e (b) peça final 5.6 5

a)

A temperatura inicial pré-determinada e o resfriamento influenciam no escoamento do material. A Fig. 9 mostra a distribuição da

14.3409 13.4409

b)

etapas planejadas para o processo (Fig. 3). Já a Fig. 9b, mostra que o peça final apresentou o mesmo perfil de resfriamento da pré-forma, terminando o processo entre 200 e 250ºC.

4.5

11.9528

4

11.4587

3.4

8.96463

10 e 11. Percebe-se que as regiões de maior tensão são as correspon-

2.9

7.47055

2.3

5.97648

dentes a de maior deformação. A região de maior deformação é a

1.8

4.4824

região da saída do canal de rebarba em ambas as etapas de forjamen-

1.3

2.98833

Força, F [ton]

0.72

1.45425

0.18

0.000175462

As distribuições de tensão e deformação são mostradas nas Figs.

114

Fig. 11. Deformação plástica: (a) pré-forma e (b) peça final

100

e atende às necessidades de empresas que produzem peças para

80

uma variedade de setores industriais. O FORGE® NxT permite a simulação de muitos processos de conformação a quente, como forjamento em matriz fechada, forjamento em matriz aberta, laminação, extrusão, trefilação, conformação de chapas metálicas, estampagem profunda, corte, perfuração, e alguns outros processos

60 40 20 0 0

0,5

1

1,5

não convencionais [9]. O tamanho de malha, o tipo e o número de elementos gerados pelo software, influenciam diretamente nos resultados apresentados

2

2,5

3

Tempo, t [s] Fig. 12. Comportamento da força versus tempo no forjamento da pré-forma na simulação numérica

pela simulação. A malha mais refinada com maior quantidade de elementos resulta em um tempo maior para resolução dos cálculos. Por isso, é necessário que se encontre um equilíbrio entre estes fatores. Na simulação numérica 3D foi atribuída à geratriz uma malha triangular de 2mm, que resultou na formação de 9601 elementos pelo software. A Fig. 7 mostra a (a) malha inicial, (b) a distorção após a conformação da pré-forma e (c) a distorção após o forjamento da peça final.

324 300 250 200 150 100 50 0

Análise Numérica Os resultados de contato entre as ferramentas e a geratriz após 34

- Outubro 2019

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Tempo, t [s] Fig. 13. Comportamento da força versus tempo no forjamento da peça final na simulação numérica


>>> Processos

to. Nessa região há um estreitamento para que haja dificuldade do material fluir nessa direção antes de completar o preenchimento das

• O comportamento força versus tempo segue os perfis já apresentados anteriormente na literatura.

cavidades para formação da pré-forma e forma final. A alta tensão concentrada no corpo da pré-forma, Fig. 10a, deve-

Agradecimentos

-se ao escoamento do material da geratriz para as regiões periféricas a

Os autores agradecem ao Dr. Eng. Alberto Moreira Guerreiro Brito,

partir da conformação da região central. Como é mostrado nas etapas

ao Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM), a Universi-

de planejamento do processo (Fig. 3), o posicionamento da geratriz

dade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), e as instituições de

na matriz de forjamento da pré-forma, é feito na região central, sendo

apoio financeiro CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento

as outras regiões formadas a partir do escoamento do material para

Científico e Tecnológico) e CAPES (Coordenação de Aperfeiço-

as regiões. Ainda, ocorre uma distribuição de tensões e deformação

amento de Pessoal de Nível Superior). À empresa AutoLens, na

homogênea em ambas as etapas de forjamento. Sendo esta geometria

pessoa do Sr. Oswaldo Ravanini, pela disponibilização do software

não apresenta expressivos concentradores de tensão para a peça final.

Forge ® NxT 2.1.

Os resultados gráficos de força versus tempo para as etapas de forjamento são mostrados nas Figs. 12 e 13. Ambos os gráficos apre-

Referências

sentam o mesmo perfil mostrado na literatura [8,9] para processos con-

[1] DOEGE, E. et al. (1992). Hot forging of precision parts. Journal of Mate-

vencionais de forjamento a quente em matriz fechada. À medida que a ferramenta vai se deslocando e forjando o material, é necessário um maior esforço para continuar o forjamento, isso se deve principalmente ao resfriamento do material, devido ao contato com as matrizes, e também pela dificuldade no preenchimento impostas pela geometria.

rials Processing Technology, Volume 65. Páginas 469-481. [2] MARQUES, A. S. et. al. (2015) Sistema CAD/ CAE/CAM no forjamento de geometria de média complexidade. Revista Forge. Edição de Abril. Páginas 21-25. [3] MARQUES, A. S. et al. (2018) Optimizing Hot Forging Process Parame-

Em ambos os gráficos são mostrados a que pontos, durante o processo

ters of Hollow Parts Using Tubular and Cylindrical Workpiece: Numeri-

de forjamento, correspondem os acréscimos na força necessária à con-

cal Analysis and Experimental Validation.

formação. Conforme mostram os gráficos, são necessárias 114 toneladas para o forjamento da pré-forma e 324 toneladas para o forjamento da peça final. A força aumenta expressivamente próximo ao final do processo, quando o material inicia seu escoamento pela região do canal de saída da rebarba até o completo fechamento da matriz.

[4] SALDANHA, L. (2017) CAD, CAE E CAM: Qual a diferença entre eles? Revista eletrônica 4ieng. Disponível em: https://www.4ieng.com.br/. [5] ZANOLLA, T. (2018) Gestão da Tecnologia e Informação. Revista eletrônica. Disponível em: https://www.autoyas.com. [6] SALLES, F. P. (2008) Aplicação do Método de Elementos Finitos para Aprimoramento da Análise de Motores de Indução Trifásicos Aciona-

Conclusões

dos por Inversores. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do

Este estudo propôs apresentar todas as etapas computacionais de

Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, Brasil.

desenvolvimento de um processo de forjamento em matriz fechada multietapas de bielas de alumínio AA6351, através do uso de diferentes softwares CAD e CAM concluiu-se que: • A utilização do sistema CAD permitiu otimizações com relação a modelagem da peça, das geratrizes e das matrizes de forjamento; • A partir do modelamento CAD da peça foi possível modelar todo o ferramental de forma simplificada e iterativa;

[7] SCHAEFFER, L. (2006) Forjamento (Introdução ao Processo). Editora: Imprensa Livre, Porto Alegre, Brasil. [8] RODRIGUES, J. et al (2005) Tecnologia Mecânica: Tecnologia da deformação plástica – Vol. II Aplicações Industriais. Editora: Escolar Editora. Lisboa, Portugal. [9] FORGE ®. Best-in-class simulation software for the forging industry. Transvalor. Disponível em: www.transvalor.com.

• No sistema CAE, o tamanho de malha, o tipo e o número de elementos gerados pelo software, influenciam diretamente nos

A autora Luana De Lucca de Costa é Engenheira Mecânica, Mestre em

resultados apresentados pela simulação;

Processos de Fabricação. Doutoranda no Programa de Pós-Graduação em

• O ferramental projetado mostrou-se viável para o forjamento da peça final através do uso de uma pré-forma; • É necessário o reaquecimento da pré-forma para o forjamento da peça final; • As regiões de maior deformação são nas saídas para o canal de rebarba;

Minas, Metalurgia e Materiais (PPGE3M) da UFRGS. O autor André Rosiak é Engenheiro Metalúrgico, Mestrando no Programa de Pós-Graduação em Minas, Metalurgia e Materiais (PPGE3M) da UFRGS. O autor Lirio Schaeffer é Engenheiro Mecânico, Doutor em Engenharia, Professor Titular na UFRGS. Os autores podem ser contatados pelos e-mails luana.lucca@ufrgs.br, andre.rosiak@ufgrs.br e schaefer@ufrgs.br. Outubro 2019 -

35


>>> Resolvendo Falha de Matrizes com Aços Ferramenta Especiais Fig. 1. Barato nem sempre é bom! O YUGO 45, que foi vendido na década de 1980, foi baseado na tecnologia do início dos anos 70. Seu desempenho era terrível comparado a outros carros contemporâneos e você não usaria este tipo de carro hoje para sua forma mais eficiente de transporte. Por que então a indústria de forjamento ainda usa aços ferramenta baseados na tecnologia da década de 1930 quando eles são tão limitados em resolver os mais importantes problemas referentes à vida útil de matrizes?

Resolvendo Falha de Matrizes com Aços Ferramenta Especiais Richard Oliver, Krister Axelsson e Sebastian Sivertsen – Uddeholm AB - Suécia

Usando a metáfora de carros antigos e menos eficientes comparados com veículos modernos, os autores sugerem que o uso de classes antigas de aço-ferramenta pode não estar à altura do desempenho necessário dos aços de matrizes de forjamento modernos em certas aplicações.

T

odos nós tentamos usar nosso tempo e dinheiro com

gem reduções de preço em cada projeto e, com frequência, anali-

sabedoria. Quem quer perder tempo ou jogar dinhei-

sam isso durante toda a vida útil de um projeto.

ro fora? Muitas pessoas hoje viajam para percorrer longas distâncias, e muitos de nós selecionamos

As indústrias aeroespacial e de ligas especiais de forjamento são um bom exemplo em que a vida útil é frequentemente muito

um carro com as propriedades mais eficientes. Esses carros mais

menor do que no segmento automotivo. No entanto, eles persistem

eficientes costumam ser mais caros, mas você calcula o ponto de

em selecionar os aços baseados no preço, em vez de olhar para o

equilíbrio quando o custo extra é pago.

que está causando a vida dos pobres em primeiro lugar e como

Se sugerirmos que um projeto de carro de 50 anos é a melhor e

resolvê-lo. Para entender a melhor forma de fazer isso, precisamos

mais eficiente maneira de viajar para o trabalho, seria prudente

primeiro entender as principais falhas no forjamento, onde gran-

não ouvir o conselho. No entanto, esse tipo de pensamento pode

des melhorias são necessárias na vida útil da matriz.

muitas vezes ser o que as empresas de forjamento usam ao selecionar um aço ferramenta da matriz se não forem cuidadosas.

Mantenha Bem suas Matrizes

Este artigo irá discutir por que isso é frequentemente o caso e o

Antes de começarmos com o aço da ferramenta, é importante men-

que precisa mudar na indústria de forjamento para que o aço de

cionar que a boa manutenção da matriz é fundamental para qual-

matriz correto seja selecionado para resolver os problemas mais caros da cadeia de suprimentos. Embora nosso foco seja o forja-

Dievar Vidar Superior Orvar Superior Orvar Supreme

princípios se aplicam a todos as aplicações térmicas. Ferramentas Eficientes É muito importante tornar seu ferramental o mais eficiente possível. O forjamento moderno é uma indústria muito competitiva e deve sobreviver em um mundo globalizado, onde um pequeno percentual sobre o custo de uma peça pode ser a diferença entre obter lucro e sustentar uma perda. A maior parte dos clientes do setor são grandes empresas automotivas que frequentemente exi36

- Outubro 2019

Notch toughness

mento por prensa, que é o principal mercado da Uddeholm, os

QRO 90 Supreme

100 200 300 400 500˚C 200 400 600 800 1000˚F

Temperatura de teste

Fig. 2. Aquecer matrizes de forjamento maximizam o potencial de tenacidade e reduzem o risco de trincas


>>> Resolvendo Falha de Matrizes com Aços Ferramenta Especiais

W-Nr/AISI

C

Mn

Si

Cr

Ni

Mo

V

1.2344/ H13

0.40

0.35

1.00

5.20

-

1.50

0.90

1.2343/ H11

0.36

0.30

1.00

5.00

-

1.30

0.50

Unimax

1.2714

0.55

0.70

0.30

1.10

1.70

0.50

0.10

Mn

Si

Cr

Mo

V

Escala da dureza

0.50

0.50

0.20

5.00

2.30

0.50

48-58 HRC

1.2344/ H13

0.40

0.35

1.00

5.20

1.50

0.90

42-54 HRC

1.2343/ H11

0.36

0.30

1.00

5.00

1.30

0.50

42-52 HRC

Uddeholm

Fig. 3. Este gráfico compara a química dos aços ferramenta atuais, com a maioria datando de antes dos anos 1940. Sabemos que 1.2714, embora menos dispendioso, não possui as propriedades para obter alta dureza, resistência ao temper-back e desgaste quente. Sua maior força é sua fraqueza; baixa dureza dá boa tenacidade mas terrível deformação plástica e resistência ao desgaste

Dureza, HRC

C

W-Nr/AISI

Fig. 4. Este gráfico mostra a química do Uddeholm Unimax, que oferece resistência superior ao desgaste em relação a H13 e H11 com maior dureza possível e maior resistência ao temper-back

60

Uddeholm QRO®

liam os outros dois problemas?

55

90 Supreme Uddeholm

50

não, as químicas de 1.2344 (também conhecido como H13), 1.2343

Dievar® Uddeholm

(também conhecido como H11) e 1.2714 estão todos faltando nes-

45

Orvar® Uddeholm

40 35 30

1

25

10 Horas

100

Vidar® Superior Uddeholm Unimax®

Fig. 5. Este gráfico mostra a maior dureza possível com o Unimax e sua resistência superior ao temper-back. Uddeholm Orvar Supreme é o nosso tipo H13 ESR de alta qualidade

A resposta para o principal problema do desgaste abrasivo é

sa área, ou elas têm compromissos que exploraremos na próxima seção. Neste ponto, vamos descartar 1,2714. Se você quiser resolver desgaste abrasivo e deformação plástica, então este aço é como um carro antigo de baixa tecnologia que pode levá-lo dos pontos A para B, mas o faz com um custo operacional muito alto. Este aço ferramenta (1,2714) é muito bom em ser resistente, mas isso é compensado pelo terrível desgaste abrasivo e propriedades de deformação plástica, que é o compromisso

quer trabalho de aço ferramenta no seu melhor. O pré-aquecimento

que se faz para uma boa tenacidade. Muitas vezes você vê esse grau

da matriz é uma das partes mais importantes da maximização da

não mais do que na faixa de 40 / 44HRC, o que o torna bom para

vida da matriz.

forjamento por martelo em matrizes grandes, onde a dureza é a

Durante a operação de forjamento, tarugos pré-aquecidos são conformados entre os dois moldes. A alta temperatura do material

propriedade mais desejável. Agora, continuando com a analogia do carro, nos movemos

da peça e a baixa temperatura da matriz resultarão em altos níveis

para o YUGO 45 dos anos 70 baseado em um carro ainda mais

de tensão na superfície da matriz. Se as tensões se tornarem muito

antigo. Nossos aços aqui seriam H13 e H11. Esses aços-ferramenta

altas, as trincas começarão a se formar e logo levarão ao fracasso

remontam à era pré-1940, mas - mesmo com melhorias de proces-

da matriz. Para reduzir o número de acúmulo de tensão no molde,

so - eles não mudaram muito até hoje. Em seu tempo, o YUGO 45

a diferença de temperatura precisa ser reduzida. Isto pode ser feito

foi útil pelo preço barato pelo qual foi vendido, como o Fusca da

pré-aquecendo a matriz a cerca de 150-220°C. A matriz pré-aqueci-

VW da década de 1930, mas não hoje como um carro moderno e

da também resultará em maior dureza e ductilidade, o que reduzirá

eficiente!

a taxa de crescimento de fissuras e o início de trincas.

Isso espelha os princípios básicos da seleção de aço-ferramenta de forjamento se você não focar nas áreas reais de alto custo,

Qual é o Fracasso? Você está Resolvendo com o Aço da sua

como os custos de funcionamento vitalício das ferramentas. AISI

Matriz?

H11 e H13 são baratos, fáceis de comprar e funcionam bem. Mas

Se perguntássemos às empresas de forja por rensa qual é o princi-

somente funcionar bem é o que você quer? Além disso, como esses

pal tipo de falha que impede a maximização da vida útil, a maioria

aços se comparam aos modernos aços especiais de matriz química

diria "desgaste abrasivo". A segunda poderia ser "deformação plás-

atualmente disponíveis?

tica", mas às vezes você pode "trincar", que pode terminar a produção muito rapidamente. Os aços de matriz mais comuns usados

Como Resolver seus Problemas com os Aços Ferramenta

atualmente estão listados na Fig. 3. Temos que nos perguntar: eles

Modernos

resolvem o maior problema do desgaste abrasivo e como eles ava-

Para resolver esses problemas de desgaste abrasivo e deformação Outubro 2019 -

37


>>> Resolvendo Falha de Matrizes com Aços Ferramenta Especiais

Press Forging

800

Temp. de trabalho

1150°C

700

Material de trabalho

Inconel 718

600

Tipo de peça

Lâminas aeroespaciais

Categoria Rival

Uddeholm Uddeholm Uddeholm

Classes de aço

1.2343 or H11

Dievar

Unimax

QRO90 Supreme

HRC

52-54

50-52

55-57

50-52

Falha principal

Deformação plástica e Desgaste desgaste quente quente

Desgaste quente

Desgaste quente

Vida da 100 partes ferramenta

500 partes 750

Produção

Aplicação:

500 400 300 200 100 0 H11 Dievar Unimax QR 50-52 55-57 090 HRC HRC Supreme

700

Fig. 6. Este gráfico revisa um estudo de caso em que diferentes aços para matrizes foram comparados

plástica, precisamos olhar para os aços modernos. Por exemplo, o

nas primeiras 10 horas, onde você ganha grandes vantagens na resis-

Uddeholm Unimax usa alta dureza combinada com boa tenacidade

tência ao desgaste extra do alto nível de dureza.

de sua química e o processo de refino sob escória (ESR - Electro Slag

Esse desempenho é repetido em estudos de casos de clientes em

Refining) para conseguir isso. O processo ESR resulta em maior lim-

aplicações de alto desgaste. Por favor note que os graus de Uddeholm,

peza, homogeneidade e propriedades mais ou menos iguais em todas

Vidar Superior (H11 modificado) e Orvar Supreme (H13), enquanto

as direções do bloco ou barra redonda de aço ferramenta.

bons aços, provam os pontos feitos na primeira parte desta seção -

O processo de ESR é caracterizado por tomar o lingote conven-

que as químicas H11 e H13 não têm propriedades para resistir ao

cional e refundi-lo através de um banho de escória, que então forma

efeito temper-back como os novos aços, como Uddeholm Unimax,

um novo lingote purificado com essas propriedades superiores. Em

Dievar e QRO90 Supreme.

seguida, ele passa por forja e outros processos para dar propriedades ainda mais elevadas.

Conclusões

Novamente usando o tema do carro, poderíamos dizer que o

Aços ferramenta diferentes podem resolver problemas diferentes,

Unimax é como um moderno e eficiente veículo elétrico híbrido plu-

como vemos no estudo de caso da Fig. 6. Hoje, você pode enfren-

g-in (PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle) que usa todas as partes

tar problemas na produção relacionados ao aço da matriz. Assim

boas da tecnologia do carro antigo, como um motor a combustão, e

como os carros produzidos há décadas não são páreo para veículos

combina isso com motores elétricos e baterias (nova química e pro-

modernos e mais eficientes, também os aços ferramenta modernos

cesso ESR).

são mais eficientes em certas aplicações do que as tradicionais for-

O Unimax possui um teor de carbono maior que o H13/H11, o

mulações de aço ferramenta. Sugerimos que você se afaste do seu

que permite atingir a alta dureza de 56/58 HRC. No entanto, a dureza

antigo YUGO 45 (H13 / H11) e considere os aços ferramenta mais

é apenas um passo para alcançar uma melhor resistência ao desgaste

modernos como uma solução para problemas de vida útil de sua

abrasivo. Você também precisa ter grande resistência ao temper-back,

matriz.

o que é conseguido com quase o dobro da quantidade de molibdênio. Isto dá excelente resistência a quente para resistir ao efeito temper-ba-

O co-autor Richard Oliver é gerente de produto hot work pela

ck e a deformação plástica resultante desta queda na dureza.

Uddeholm's. Ele pode ser contatado no email: oliver@uddeholm.

Vemos na Fig. 5 que o Unimax leva muito tempo para temper-ba-

com. Krister Axelsson é engenheiro de aplicação hot work pela

ck devido à sua capacidade de atingir níveis de dureza mais elevados

Uddeholm's. Pode ser contatado no e-mail krister.axelsson@uddeholm.

do que o H13, H11, Dievar e QRO90. O Unimax mantém este nível

com. Sebastian Sivertsen é técnico de atendimento ao cliente pela

de dureza mais elevado durante todo o ciclo de produção até mais de

Uddeholm's Pode ser contatado no e-mail: sebastian.sivertsen@

10 horas, altura em que o QRO90 começa a superá-lo. O benefício é

uddeholm.com.

38

- Outubro 2019


METALURGIA EVENTOS 2020

VII Seminário de Processos de Tratamentos Térmicos 01 e 02 de Abril 7th Heat Treatment Processes Seminar, Apr 01 and 02

VII Seminário de Manutenção e Segurança de Fornos Industriais 13 e 14 de Maio 7th Furnace Maintenance and Safety Seminar, May 13 and 14

VI Seminário de Introdução ao Tratamento Térmico e Metalografia 24 e 25 de Junho 6th Introduction to Heat Treatment and Metallography Seminar, Jun 24 and 25

Metalurgia - Feira de Fundição e Metalurgia

15 a 18 de Setembro - Pavilhões Expoville - Joinville (SC) Foundry and Metallurgy Fair, Sep 15 to 18

IV Engrenagens - Usinagem e Tratamento Térmico

23 e 24 de Setembro 4th Gears Seminar - Machining and Heat Treatment, Sep 23 and 24

II Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho 20 e 21 de Outubro - SP 2nd PHS - Press Hardening Steels - Forming and Application, Oct 20 and 21

VIII Seminário de Tecnologia do Forjamento 04 e 05 de Novembro 8th Forging Technology Seminar, Nov 04 and 05

II Seminário de Tecnologia de Estampagem 25 e 26 de Novembro 2nd Stamping Technology Seminar, Nov 25 and 26

Para mais informações: For more information: www.grupoaprenda.com.br | contato@grupoaprenda.com.br +55 19 3288-0437 +55 19 99205-5789


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Revista FORGE - Outubro/ 2019  

Nesta primeira segunda edição de 2019, estão os presentes artigos: Uma Abordagem Usando o Modeli JMAK na Simulação Computacional para o Cont...

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Nesta primeira segunda edição de 2019, estão os presentes artigos: Uma Abordagem Usando o Modeli JMAK na Simulação Computacional para o Cont...

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