ENQUADRAMENTO DO FORJAMENTO A FRIO
O Forjamento a Frio é um processo importante e histórico no portfólio de produtos que a ETMA fabrica para os seus clientes. As primeiras máquinas foram instaladas no início da década de 70 do sec. XX e, desde então, tem crescido, oferecendo mais volume de produção com mais máquinas, e evoluído tecnicamente, com máquinas mais complexas que permitem produzir peças mais elaboradas e com tolerâncias mais apertadas.
Neste novo artigo, vamos conversar com o Engº Miguel Queirós, técnico comercial da ETMA, para saber mais sobre esta tecnologia de fabrico. Iremos primeiro enquadrar o Forjamento no contexto produtivo da ETMA e compreender como se fabricam peças por forjamento, quais as vantagens e desvantagens relativamente a outros processos e que tipo de peças podemos fabricar. Em futuros artigos iremos debruçar-nos sobre os aspetos mais técnicos do processo, depois sobre projeto e fabrico de ferramentas para forjamento e, finalmente, iremos apresentar um artigo sobre diferentes aplicações e exemplos de peças obtidas por este processo.
Como surge o Forjamento a Frio na ETMA e de que forma se enquadra na capacidade instalada da empresa?
No início dos anos 1970, a ETMA produzia sistemas de calhas para cortinados. Para a montagem de vários subconjuntos destes produtos eram necessários parafusos, obtidos em subfornecedores. O Sr. Mário Rodrigues da Costa (fundador da ETMA) percebeu aqui uma oportunidade e decidiu investir em máquinas de forjamento, máquinas de roscagem por laminagem e máquinas de fendagem, que permitiram iniciar a produção interna de parafusos. Mais tarde, esta capacidade começou a ser oferecida a clientes para produzir parafusos especiais segundo os seus desenhos e especificações.
Em que consiste o processo de forjamento?
Consiste num processo de conformação plástica de um volume de material metálico. Isto é importante do ponto de vista da sustentabilidade: o processo, na maioria dos casos, não gera desperdício, porque apenas altera a forma do material que é trabalhado.
Na ETMA, este processo é realizado a frio, uma vez que as peças trabalhadas são de pequena dimensão. O processo de forjamento também pode ser realizado a quente, normalmente para peças de grande dimensão, uma vez que o calor reduz a resistência dos materiais metálicos à conformação. Mas esse não é o caso na ETMA.
Figura 1: Forjamento a quente
No que respeita, então, ao forjamento a frio, este apresenta as seguintes vantagens:
- Fabrico de componentes com grande precisão dimensional (em algumas dimensões);
- Geometrias próximas ao uso da peça (near-net-shape);
- Bom acabamento superficial das peças;
- Elevada cadência produtiva;
- Preserva e melhora a estrutura interna do material.
Refere a melhoria das peças, como assim? E quais são as vantagens disso?
Internamente, os átomos constituintes dos materiais metálicos organizam-se em estruturas altamente orientadas e ordenadas, denominadas estruturas cristalinas. Esta elevada organização da matéria e, em particular, as ligações atómicas entre camadas daí resultantes, são a origem das características e propriedades mecânicas e elétricas dos materiais. Podemos dizer, de uma forma simples, que no forjamento as camadas de material são preservadas e com elas as suas propriedades intrínsecas. Adicionalmente, as elevadas compressões internas geradas no forjamento eliminam alguns eventuais defeitos internos dessas estruturas, pelo que o forjamento pode inclusive melhorar as propriedades do material.
Figura 2: Comparação da estrutura interna de peças metálicas obtidas por forjamento (esq.) ou por maquinagem (dir.)
Por essa razão, há várias aplicações de elevado desempenho em que o forjamento é o processo preferido para assegurar peças de elevada responsabilidade com as características mecânicas necessárias à função em particular elevada resistência mecânica, elevada ductilidade, elevada tenacidade e elevada resistência à fadiga. Por esse motivo, é um processo muito importante na indústria mundial em componentes mecânicos de elevada resistência.
Há desvantagens nas peças obtidas por forjamento?
Com certeza que sim.
Resumidamente:
- Apenas aplicável a formas simples;
- Não se conseguem tolerâncias apertadas em todas as dimensões;
- Tolerâncias finais apertadas são obtidas em operações subsequentes de maquinagem.
Do ponto de vista industrial, a principal desvantagem é a necessidade de, em componentes de geometria complexa, ser necessário processamento adicional (como maquinagem) para obter a peça. A consequência é o aumento da complexidade da logística interna de fabrico e o aumento dos custos de transformação.
Que tipo de peças são normalmente fabricadas por forjamento a frio? É possível forjar qualquer material?
Em princípio todos os metais são forjáveis, mas aqueles que apresentam maior ductilidade são os melhores ou mais fáceis de forjar. Na ETMA, podemos forjar aço e aço inox, ligas de cobre (cobre, bronze e latão) e ligas de alumínio. Estes são os materiais metálicos mais utilizados na indústria.
Utilizamos o forjamento a frio sobretudo para o fabrico de parafusos. As roscas não podem ser obtidas por forjamento, portanto, neste processo, obtêm-se apenas a cabeça totalmente formada do parafuso e a espiga que será roscada, posteriormente, num processo adicional de roscagem por laminagem.
Figura 3: Parafuso forjado e depois laminado
As peças obtidas no forjamento a frio são, essencialmente, peças cilíndricas ou de revolução, que poderão ter vários diâmetros, parafusos, rebites, eixos de rotação, cavilhas.
Figura 4: Peças forjadas a frio na ETMA
Entretanto, a poupança de material ou pouco desperdício característico deste processo tem despertado interesse nos clientes, nos últimos anos, sobretudo em séries de quantidades muitíssimo elevadas. É possível, em muitas situações substituir total, ou pelo menos parcialmente, a maquinagem em determinadas tipologias de peças (eixos e cavilhas, essencialmente).
Figura 5: Peças forjadas anteriormente fabricadas por torneamento
Nos casos em que há necessidade de utilizar maquinagem para acabamento, a redução dos tempos de alimentação de máquina no segundo processo é vital para manter os custos controlados e economicamente interessantes.
Figura 6: Sequência de fabrico (de cima para baixo): forjado/torneado/roscado/temperado/zincado
Por esse motivo, a ETMA investiu recentemente em tornos do fabricante Muratec, particularmente adaptados à alimentação de peças, ao invés da alimentação contínua de cavilha que utilizamos na maioria dos tornos de produção.
Figura 7: Equipamento Muratec
Quais são as indústrias que mais consomem produtos forjados a frio?
A diversidade de aplicações e de produtos obtidos por forjamento deve-se à relação favorável qualidade versus custos de produção conseguido neste processo de fabrico. Todas as indústrias podem beneficiar destas vantagens. Na ETMA, os principais clientes destes produtos são da indústria automóvel, elétrica e de eletrodomésticos.
Figura 8: Produtos forjados utilizados na indústria automóvel
Figura 9: Produtos forjados utilizados em componentes elétricos
Figura 10: Produtos forjados utilizados em eletrodomésticos
Finalizamos este 1º artigo, sublinhando que, na ETMA, a procura de soluções ajustadas, que cumpram os requisitos de cada cliente, envolve as equipas de desenvolvimento (constituída por engenheiros e técnicos especializados) e comercial, cuja partilha de conhecimento e experiência com o cliente resulta em sinergias com benefícios mútuos.
Nos próximos artigos serão abordados os temas:
Aspetos tecnológicos do processo de forjamento a frio
Projeto de peças e fabrico de ferramentas
As diferentes aplicações e exemplos de peças obtidas por forjamento a frio
Entretanto, se tiver interesse em saber mais e, eventualmente, consultar-nos sobre algum projeto que tenha em mãos, não hesite em contactar-nos.
