Série Equipamentos para Forjamento: PRENSAS

Transcrição

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Este artigo apresenta uma revisão dos critérios técnicos
e comerciais que facilitarão as decisões gerenciais para
investimento em automação robótica para atingir uma
produção automatizada e flexível de forjados.
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Neste terceiro de quatro artigos são apresentadas outras
características importantes para a operação adequada
do equipamento. Um resumo traz uma visão geral das
vantagens e limitações da prensa hidráulica.
2WLPL]DomRGR+SDUDPDWUL]
GHIRUMDPHQWR
Por meio de uma série de ensaios controlados realizados em aços
ferramenta, verificou-se que o tratamento criogênico ou a têmpera
em óleo podem ajudar a minimizar a austenita retida no aço
ferramenta e melhorar o desempenho do mesmo.
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A formulação dos lubrificantes utilizados na indústria de
forjamento tem sido consideravelmente alterada ao longo dos
anos. Este artigo examina os sistemas de lubrificação efetiva em
uso atualmente para o forjamento de não-ferrosos.
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A foto da capa deste mês é cortesia da empresa Green Bay Drop
Forge (GBDF), EUA.
Foto produzida por Richard
Rooker, gerente de operações de
processo da GBDF.
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Contrastado com os resultados experimentais, este artigo
mostra uma avaliação da predição de força de conformação
de peças em liga de titânio pela simulação numérica
computacional.
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A implantação de parques e leis de incentivo que estimulam a
produção nacional dos aerogeradores e linhas de financiamento
para pesquisa, assim como o grande investimento de empresas
estrangeiras no Brasil para a produção de aerogeradores, mostram
que a energia eólica é uma realidade para o país.
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(Por Dean M. Peters - EUA)
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Retornando às Ferramentas
A eliminação da metalurgia e marcenaria
no currículo escolar é um erro sistemático
de educação. Os estudantes podem se beneficiar participando mais de exposições e
feiras de tecnologia em geral. Essas visitas
podem influenciar nas futuras escolhas de
carreira.
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4 $EULO
Modernização (Por Udo Fiorini - Brasil)
No dicionário aprendemos que automação é um conjunto de técnicas e sistemas
de fabricação, baseado em equipamentos
industriais, que apresentam capacidade
de executar tarefas tipicamente humanas,
com sequências de operação controladas,
sem intervenção do homem.
Ela pode significar a substituição de mãode-obra que, melhor qualificada, pode ser
aproveitada adequadamente, criando uma
melhor qualidade de vida dos mesmos.
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m dezembro recebi um livro intitulado Shop Class as Soulcraft de Matthew, de B. Crawford,
doutor em filosofia política que ganha a vida como proprietário de uma loja de motos na
Virgínia, EUA. Embora o livro pareça muito com uma tese doutoral, que para mim não
combina com tópicos proletários, eu encontrei alguns dos pontos que Crawford tornou
atraentes e que lembram temas educacionais e de produção nos quais eu tenho editorado
frequentemente.
O livro de Crawford logo ganhou meu interesse, afirmando na introdução que: “O
desparecimento das ferramentas de nossa educação comum é o primeiro passo para uma maior
ignorância do mundo de artefatos em que vivemos. E, de fato, uma cultura mecânica tem se
desenvolvido... na qual o objetivo é ‘esconder as obras’, tornando muitos dos instrumentos dos
quais dependemos todos os dias ininteligíveis para a inspeção direta.”
Essa passagem me lembrou duas coisas. A primeira é que eu aprendi muito sobre metalurgia
e marcenaria nos laboratórios do antigo colegial. Eu acredito que a eliminação dessas atividades
do currículo escolar, lamentada por Crawford, é um erro sistemático de educação da mais
alta ordem. A segunda é que eu sempre considerei que estudantes do primeiro grau, sempre
que possível, devem ser levados para exposições do comércio local, do mesmo jeito que eles
devem visitar o zoológico ou um museu numa viagem de campo. Eu tenho visto muitas dessas
feiras, e os estudantes universitários estão frequentemente no atendimento, mas eu acredito na
juventude, os estudantes mais impressionáveis podem se beneficiar igualmente com esse tipo de
exposição. Eu não tenho dúvidas de que as amostras mais atraentes, as novas tecnologias e os
maiores e melhores equipamentos apresentados podem fascinar alguns jovens e influenciar suas
futuras escolhas de carreiras.
Para as últimas décadas, as tendências educacionais na nossa sociedade tem focado na
preparação dos jovens para empregos na emergente economia do conhecimento. Ao agir dessa
forma, os chamados “negócios” foram amplamente ignorados, com alunos sendo direcionados
a programas de estudos que os levaram, e nossa sociedade, para longe das bases tradicionais
de produção. Isso não foi tão ruim, mas os resultados dessa tendência de retorno nos assustam
quando ouvimos do déficit do comércio exterior com países emergentes que nos vendem bens
que usamos para nós mesmos. Em parte, nossa crescente aversão às ferramentas nos levou a
exportar nosso padrão de vida para aqueles que desejam trabalhar com as mãos.
Como Crawford afirma: “Uma queda no uso de ferramentas parece denotar uma mudança
em nosso relacionamento com nosso próprio material: mais passiva e mais dependente. E, de
fato, há cada vez menos ocasiões para o tipo de sensação que é provocada quando pegamos as
coisas com nossas próprias mãos, seja para fazê-las ou consertá-las. O que as pessoas comuns
um dia fizeram, hoje compram; e o que elas mesmas consertavam, substituem completamente
ou contratam um especialista para consertar, cujo trabalho muitas vezes leva à substituição
completa do sistema só porque em algum minuto ele falhou.
Nosso distanciamento crescente dos onipresentes itens que usamos diariamente tem
perturbadoras consequências a longo prazo. É sintomático do declínio da indústria nos Estados
Unidos e a razão dela ter dificuldade em encontrar boas pessoas para trabalhar.
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Dean Peters,
Editor da Forge nos EUA
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8'2),25,1,(',725
2
artigo apresentado nesta edição, sobre a automação na Forjaria, me
leva a algumas considerações, e foi escrito nos Estados Unidos, mas
como em toda a cadeia de produção metalmecânica, as tecnologias
são semelhantes em todo o mundo. O que significa que é um artigo
plenamente ajustado à nossa realidade aqui no Brasil.
O que é automação industrial? No dicionário aprendemos que se
trata de um conjunto de técnicas e sistemas de fabricação, baseado
em equipamentos industriais, que apresentam capacidade de executar
tarefas tipicamente humanas, com sequências de operação controladas,
sem intervenção do homem.
Tenho muitos anos de vivência como vendedor de equipamentos
no Brasil. Em geral equipamentos de alta tecnologia, com alto valor,
importados ou já em desenvolvimento em nosso país. Equipamentos
destinados a aumentar a produtividade, a qualidade dos produtos e,
porque não, a qualidade de vida dos trabalhadores envolvidos com a
operação do equipamento.
Neste sentido me ficaram presentes as palavras do Sr. Jan Elwart,
presidente do braço europeu da Bodycote e responsável pela operação
sul-americana, onde se enquadra a empresa Brasimet, controlada pelo
grupo. Em recente entrevista a mim e publicada na revista Industrial
Heating, edição de Abril, o Sr. Elwart mostrava sua insatisfação com
a tradicional forma com que são operados alguns equipamentos de
tecnologia térmica. Empresas com pouca iluminação, funcionários
manuseando peças colocadas manualmente em algum equipamento
térmico, enfim, muita produtividade desperdiçada. Sua sugestão é
melhorar estas condições, em que os empregados pudessem trabalhar
em ambientes bem iluminados, limpos, montando cargas em modernos
dispositivos que seriam levados então aos equipamentos, situados em
Catálogos/Literatura Técnica
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Divulgue Seu Material
outro ambiente, operados de forma automatizada. Utopia?
Pessoalmente pude verificar recentemente algumas operações de
acabamento superficial em empresas metalmecânicas de distintos
segmentos. Acostumado a enxergar com maior ênfase os tratamentos
térmicos e não somente de acabamento, fui surpreendido no quanto
ainda podemos melhorar em termos de automação industrial. Mesmo
empresas de porte ainda dependem, e muito, de mão de obra em
excesso para algumas operações manuais claramente substituíveis de
maneira robotizada. Por que não são? Não estou falando de demissões,
mas sim de melhor aproveitamento de uma mão-de-obra que pode ser
qualificada adequadamente.
Estamos em um ano eleitoral, e temos candidatos que por uma série
de razões não vão querer que o país perca o seu grau de desenvolvimento
duramente conquistado. Temos PAC’s e muitos projetos em andamento.
Porém a indústria ainda não foi convidada para esta festa. Ainda
ouvimos falar ‘vamos esperar a Feira da Mecânica para ver como fica’
apenas para citar o modismo, ou a esperança do momento. Se a ‘festa’
que estão prometendo vingar, talvez a indústria possa pensar em
automação, liberando e treinando funcionários hoje sub utilizados em
operações mecânicas substituíveis e por fim, criar uma melhor
qualidade de vida dos mesmos.
Udo Fiorini,
Editor da Forge no Brasil
Produtos
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SFWJTUB'PSHFTºPQVCMJDBEPT
HSBUVJUBNFOUFFQPEFN
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6 $EULO
(9(1726
MAIO
JULHO
03-06 AISTech 2010 – Pittsburgh, Pensilvânia - EUA
www.aist.org
26-30 18TH IFHTSE Congress
Rio de Janeiro, RJ www.abmbrasil.com.br
11-14 Metal + Metallurgy China 2010 – Transformação de Metal e Fornos Industriais
Beijing, China - www.mm-china.com
28-30 Mec Show 2010 Vitória, ES
www.mecshow.com.br
12-13 Wire Expo 2010 Milwaukee, Wisconsin - EUA
www.wirenet.org
AGOSTO
09-13 Febramec 2010 Caxias do Sul, RS
www.febramec.com.br
11-15 28ª Feira Internacional da Mecânica
Parque de Exposições do Anhembi São Paulo, SP
www.mecanica.com.br
11-12 Moldes 2010 São Paulo, SP
www.abmbrasil.com.br
18-20 Expoalumínio 2010 Centro de Convenções Imigrantes - São Paulo,SP
www.expoaluminio.com.br
JUNHO
SETEMBRO
14-19 Metalurgia 2010 Joinville, SC
www.metalurgia2010.com.br
09-11 Aluminium China 2010 Shangai - China
www.aluminiumchina.com/newen
14-16 Aluminium 2010 Essen, Alemanha
www.aluminium-messe.com
14-18 Turbo Expo 2010
Glasgow - Reino Unido / www.asme.org
28-30 Heat Treatment - 2010
Moscow, Rússia - www.mirexpo.ru
FORGING DAY
CONVITE
Nos dias 9 e 10 de junho, a ABP Induction e a Prensas Schuler promoverão um evento dedicado à
indústria de forjaria, sendo dois dias de palestras e debates voltados exclusivamente para os
profissionais da área.
Neste evento será apresentado o que há de mais moderno e inovador no segmento de forjaria,
com o objetivo de demonstrar aos participantes como estas novas tecnologias, produtos e softwares
podem melhorar a produtividade e lucratividade de suas empresas.
Contamos com sua presença! Faça já a sua inscrição: as vagas são gratuitas e limitadas.
Data e local:
Informações e inscrições:
Data: 09 e 10 de junho
Local: Planta da Prensas Schuler,
localizada à Av. Fagundes de
Oliveira, 1515 - Diadema/SP
Prensas Schuler
Tel: (11) 4075-8472
[email protected]
[email protected]
Apoio:
ABP Induction
Tel: (11) 2119-1213
[email protected]
[email protected]
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VDNL0DFKLQHU\010-DSDQ/WGD
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GLDLVQRVHWRUGHIDEULFDomRGHPiTXLQDVGHIRUMDUHGHWHFQRORJLDVUHODFLRQD
GDVDRPHLRDPELHQWHHHTXLSDPHQWRVHVSHFLDLV
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IRUMDPHQWRGHDWpWGHSUHVVmRPDQLSXODGRUHVHDQpLVGHODPLQDomR
$OpPGLVVRDHPSUHVDHVWiLQVWDODQGRXPDSUHQVDGHIRUMDPHQWRGHW
FRPPDQLSXODGRULQWHJUDGRFRPFDSDFLGDGHGHWSDUDXPDIRUMDULDGH
UHQRPHPXQGLDO
AAM fornece eixos para o VW Amarok
AAM do Brasil, subsidiária da American Axle & Manufacturing
Holdings iniciou o fornecimento de eixos traseiros para o Amarok 2010, a nova picape cabine dupla, inicialmente lançada para o
mercado sul-americano pela Volkswagen do Brasil. Os novos eixos
de alta eficiência fornecidos pela AAM para o Amarok incorporam os conceitos TracRite®, Eletronic Locking Differential (ELD),
juntamente com o módulo de controle eletrônico de bloqueio do
diferencial montado no chassis.Os eixos serão fabricados nas instalações da empresa em Araucária no Paraná.
Nos EUA, a AAM inaugurou uma planta em Lancaster, na Pensilvânia, cerca de 75 quilômetros a oeste de Filadélfia. A fábrica de
30.000 metros quadrados expande a capacidade de soldagem e de
montagem de eixos para o mercado de caminhões comerciais classe
8, com peso bruto superior a 16,5 toneladas. As instalações de Lancaster estão configuradas com flexibilidade para executar operações
de volumes ordenados em três turnos, seis dias por semana. De acordo com a empresa a localização geográfica é excelente, pois o centrosul da Pensilvânia fornece acesso para clientes-chave na região.
3DUDUHIRUoDUVXDSRVLomRQRPHUFDGRHXURSHXD010QRPHRXD3UHVV
WUDGH SDUD VHU D UHSUHVHQWDQWH H[FOXVLYD GH YHQGDV GH DQpLV ODPLQDGRUHV
SUHQVDVGHIRUMDPHQWRHPDQLSXODGRUHVHPWRGRVRVSDtVHVGD8QLmR(X
URSHLD6XtoD1RUXHJDH7XUTXLD$OpPGLVVRDHPSUHVDDSRLDUiD0LWVXELVKL
FRPDYHQGDGHPiTXL
QDV H WDPEpP SDVVD
D RIHUHFHU LQVWDODomR
H DVVLVWrQFLD WpFQLFD
EHPFRPRPDQXWHQomR
SDUDHVWHWLSRGHHTXL
SDPHQWR$3UHVVWUDGH
WHP H[SHULrQFLD WDQWR
HP HTXLSDPHQWRV QR
YRVFRPRVHPLQRYRV
Módulo de otimização automática
do programa Forge 2009
O produtor de software Transvalor, sediado na França, informa que o
software de simulação digital em 2D e 3D para processos de forjamento Forge2009, de sua linha de produtos, agora foi incrementado com a
introdução do módulo de otimização automática. Esta novidade possibilita novas soluções para o usuário ao permitir a análise do espectro
integral de parâmetros de uma maneira mais sistemática e consistente.
A Transvalor informa que no passado o usuário podia modificar
passo a passo os dados do setup, tendo como base o lançamento de
série de computação, e comparando os resultados obtidos com simulações prévias. Isto era muito trabalhoso e tomava muito tempo.
Agora, o setup dos dados para uma otimização ficou mais fácil. A
única tarefa adicional necessária é a da análise preparatória para o projeto de otimização. O usuário tem de escolher um ou mais critérios
a serem melhorados, escolher os parâmetros que devem variar, bem
como a gama de variáveis possíveis. O programa Forge lança automáticamente as séries de simulações com a possibilidade de escolha de
parâmetros razoáveis que possibilitem obter soluções.
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8$EULO
3DUWH
GRLV
$XWRPDWL]DomR
GHXPD)RUMDULD
$FLPD)DEULFDomRGHLPSODQWHVPpGL
FRVQDHPSUHVD6\PPHWU\0HGLFDO-HW
HP/DQVLQJ0LFKLJDQ²(8$6mRXWL
OL]DGRVGRLVURE{VSDUDPRYHUDVSHoDV
GDHVWHLUDSDUDXPIRUQRSDUDRIRUMD
PHQWRHPSUHQVDSDUDRDFDEDPHQWR
H SDUD R WUDQVSRUWDGRU ILQDO 8P GRV
EUDoRVWDPEpPDSOLFDROXEULILFDQWHQD
SUHQVD
J H
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Hutson
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Rimrock Corp., Columbus, Ohio, EUA
(VWHDUWLJRIRLGHVHQYROYLGRSDUDDX[LOLDUIRUMDGRUHVDDSOLFDUR
SRWHQFLDOGDUREyWLFDHPVXDVIRUMDULDVHDSUHVHQWDXPDUHYLVmR
GRV FULWpULRV WpFQLFRV H FRPHUFLDLV TXH LUmR IDFLOLWDU DV GHFLV}HV
JHUHQFLDLVSDUDLQYHVWLPHQWRHPDXWRPDomRUREyWLFDSDUDDWLQJLU
XPDSURGXomRDXWRPDWL]DGDHIOH[tYHOGHIRUMDGRV
$
integração da automação robótica com processos de
forjamento é um passo potencialmente importante
na maximização da capacidade produtiva de forjados.
Neste artigo, ilustraremos o processo realizado para se chegar
a decisão de automatizar uma linha de produção. No exemplo
que se segue, foi avaliada a necessidade de se adicionar um braço
robótico a uma prensa de forjamento. Como ponto de partida,
o engenheiro projetista teve que reunir e compilar uma série
de informações básicas sobre o processo. Informações reais,
técnicas e comerciais, são essenciais para planejar o projeto de
automação, mesmo que o sistema seja desenvolvido “em casa”
ou por um qualificado integrador de sistemas robotizados. Em
um estágio inicial, três parâmetros devem ser considerados
em detalhes: a(s) peça(s) que será(ão) produzida(s), o grau de
investimento e as informações referentes à engenharia da planta
de produção.
4XHURVLVWHPDGHVHQYROYLGRVHMDIHLWR´HPFDVDµRXSRUXPIRU
QHFHGRUGHVLVWHPDGHURE{VLQWHJUDGRVDVLQIRUPDo}HVWpFQLFDV
HFRPHUFLDLVVmRHVVHQFLDLVSDUDRSODQHMDPHQWRGRSURMHWRGH
DXWRPDomR
A Peça
A primeira etapa do processo de automatização, que é feita pelo
engenheiro projetista, consiste na identificação das peças que serão
produzidas ou famílias de peças similares com as quais o sistema
automatizado deverá trabalhar, assim como as metas de produção
desejadas. Atingir ou exceder a estas metas irá servir como critério
2 HQJHQKHLUR GH SURMHWR GHYH LGHQWLILFDU SHoDV HVSHFtILFDV RX
IDPtOLDVGHSHoDVVLPLODUHVTXHRVLVWHPDDXWRPDWL]DGRLUiPD
QXVHDUEHPFRPRDVPHWDVGHSURGXomRUHODFLRQDGDVFRPDLP
SODQWDomRGRVLVWHPDDXWRPDWL]DGR
final de aceitação do desempenho do sistema automatizado. Esta meta
é a marca, que uma vez ultrapassada, significará que o projeto foi
concluído com sucesso. A candidata ideal para a peça, cuja produção
será automatizada, é que seja produzida em larga escala e adaptável a
uma única operação de forjamento. As informações necessárias sobre
esta peça devem ser:
• Desenho da peça final e números de identificação.
• Peso da peça final.
• Desenho das ferramentas.
• Tamanho e geometria do tarugo inicial.
• Tamanhos e pesos intermediários e finais.
• Taxa de produção atual (volume/tempo).
• Descrição do processo atual, incluindo detalhes das etapas de
produção e a verificação dos tempos dos ciclos produtivos.
• Quaisquer dados relevantes da qualidade dos forjados devem ser
adicionados ao processo de produção.
• Completo entendimento do processo de funcionamento da prensa e
as possíveis implicações dos efeitos da automatização neste processo.
• Dados relevantes sobre o processo.
• Peças atuais de cada etapa do processo.
O Investimento
Após selecionar uma peça ou uma família de peças, o engenheiro
projetista deve determinar a viabilidade econômica da
automatização do processo produtivo. Deve-se desenvolver um
cronograma de investimentos que promova um real e aceitável
retorno do investimento para a companhia. Este cronograma deve
detalhar os custos/benefícios atuais e os custos/benefícios futuros,
bem como o período após automatização que será necessário para
a companhia recuperar o custo investido nesta implementação.
Embora este seja provavelmente o aspecto mais negligenciado no
potencial de um projeto de automação, ele é em geral o fator decisivo
pela escolha ou não do processo. Esta etapa é quando o bom senso
econômico e a tecnologia se encontram, e o engenheiro poupará
tempo ao não escolher propostas inviáveis economicamente e que
têm pouca chance de obterem aprovação. O profissional deve estar
disposto a discutir as informações do projeto de modo integrado,
mas não deverá publicar essas informações.
As informações necessárias sobre o Retorno nos Investimentos
(ROI) devem incluir:
10$EULO
8PFURQRJUDPDGHLQYHVWLPHQWRTXHIRUQHoDXPUHDOHDFHLWi
YHOUHWRUQRQRLQYHVWLPHQWRSDUDDFRPSDQKLDGHYHVHUGHVHQ
YROYLGRSHORHQJHQKHLURGHSURMHWR
• Dados gerenciais de retorno de investimento.
• Cronogramas completos (atual e futuro) superestimados de
custos (custo/hora).
• Utilização atual do equipamento (uso/hora).
• Utilização futura do equipamento com automação (uso/hora).
• Produção atual (volume/hora).
• Produção futura com a automação (volume/hora).
• Potencial de aumento da produção com a automação (volume/hora).
• Potencial de melhoria da qualidade promovida pela automação,
se houver.
• Recursos técnicos (atuais e futuros) necessários para manter a
automação.
• Futuras metas corporativas para as vendas.
Informações da Engenharia da Planta
Uma vez que o engenheiro tenha determinado as peças e a
viabilidade econômica, é hora de começar a examinar em
profundidade os aspectos da engenharia do projeto. Neste ponto,
informações atualizadas e precisas são vitais para gerar uma
plataforma na qual será projetado o sistema de automação. Para
tal, o engenheiro deve checar todas as dimensões chaves e verificar
a documentação que esteja associada com o equipamento existente
e avaliar sua compatibilidade com o sistema de automatização. As
informações necessárias da engenharia da planta devem incluir:
• Informações sobre os equipamentos de forjamento existentes, tais
como o modelo, o número de série e a capacidade de produção.
• Desenho da prensa mostrando elevações, janelas de operação e as
matrizes de forjamento.
• Qualquer equipamento existente que possa ser ou não substituído
pela automação.
• Fotos e/ou plantas do espaço ao redor do(s) equipamento(s) de
forjamento existente(s), mostrando sua(s) localização(ões), fossos,
e equipamentos e processos de manutenção.
• Documentação completa dos controles dos equipamentos
de forjamento existentes, incluindo-se dados atualizados dos
controles, programas controladores (CLP - Controladores Lógicos
Programáveis), instruções de operação e as interfaces de operação
(IHM – Interface Homem-Máquina), se houver.
• Verificação das necessidades de manutenção de equipamentos
existentes anexos ao equipamento que será automatizado, em
especial as ferramentas.
• Completo entendimento do processo de trabalho da prensa.
• Períodos prováveis de instalação (Natal, férias, etc).
• Especificações da planta.
Integração do Sistema
Tendo compilado e organizado todas as informações chaves do projeto,
é hora de determinar quem irá projetar, construir, instalar, iniciar a
produção e garantir o funcionamento do sistema de automatização.
A maioria das forjarias não dispõem de recursos qualificados para
despender de centenas ou até milhares de horas de engenharia para
desenvolver um sistema completo de automatização. O engenheiro
do projeto deve focar na utilização de serviços de fornecedores de
Sistemas Robóticos Integrados (SRI).
Cotações – O engenheiro deverá produzir um Pedido Formal de
Cotação (PFC) de modo a comunicar as informações efetivamente
compiladas para qualquer fornecedor. O PFC é um documento
simples que deve conter informações a respeito da peça e da planta
3DUWH
GRLV
de engenharia (como mencionadas anteriormente) e servirá para
enviar para diversos fornecedores de SRI e obter cotações. O
engenheiro que enviar o PFC para os fornecedores deve estar apto
a interagir com eles e responder as questões a respeito dos sistemas.
É importante observar que quanto mais completo e preciso for o
PFC, menor será o tempo para uma cotação precisa e maior será a
probabilidade de sucesso do projeto.
O PFC deve conter documentos específicos que servirão como
pontos de referência ao longo da vida do projeto. Quanto mais
se dedicar a isso, mais benefícios virão para o cliente e para o
fornecedor. As informações adicionais devem incluir:
• O critério de aceitação final – Este é o conjunto de critérios de
desempenho que farão com que o fornecedor selecionado busque
completar o projeto. A habilidade de negociação do engenheiro fará
com que o pagamento final do projeto esteja vinculado à realização
destes critérios.
• Cronograma preliminar principal – Este cronograma atua
principalmente no período de instalação. O engenheiro deve
considerar situações realísticas e o sistema de entregas dos
componentes na planta, os quais devem levar no máximo seis meses
para chegar. Pressionar um fornecedor SRI para entregas rápidas
dos componentes, por causa do clima ou de condições impróprias
de planejamento ou quaisquer outras razões, pode elevar os custos e
3DUWH
GRLV
12$EULO
possibilitar outros problemas.
• Termos comerciais – Estes são os termos que sua companhia
estabelecerá para realizar os gastos. Eles podem incluir os cronogramas
de pagamento, necessidades para entregas, gastos com transportes e
fretes, gastos com cancelamentos e muitos outros tipos. Alguma
flexibilidade nestes termos pode reduzir custos, pois os pequenos
fornecedores SRI geralmente não conseguem financiar transações
comerciais por si só.
• Itens chave – Estes não se encaixam nos itens técnicos ou comerciais,
como gerenciamento de aplicações específicas, contratação de
empreiteiras, licenças de trabalho, instruções de operações, necessidade
de treinamentos especiais ou quaisquer outras necessidades que facilitem
o andamento geral do projeto.
Seleção dos Fornecedores SRI - O engenheiro de projeto
deve considerar a reputação, estabilidade financeira e qualidades
econômicas básicas de cada fornecedor em potencial que receberá
a PFC. Uma visita a indústria do fornecedor é uma boa idéia. Por
trás de um bom julgamento econômico, alguns conselhos técnicos
podem ajudar o engenheiro no processo de seleção. Estes conselhos,
listados na ordem de importância, são:
• Capacidade gerencial do projeto – Isto é de suma importância
para o engenheiro de projeto poupar esforços. Um bom gerente
de projeto manterá as comunicações abertas e confiáveis, e evitará
conflitos durante a continuação do planejamento.
• A aceitação de pré-entrega com testes demonstrativos no fornecedor
– Esta etapa mostrará as funcionalidades básicas do sistema antes do
equipamento deixar o solo do fornecedor SRI. Todo bom fornecedor
SRI é ansioso por promover uma demonstração pré-entrega do
sistema funcionando em sua fábrica, principalmente porque corrigir
problemas em casa é significantemente mais barato do que fora.
Esta demonstração inclui comparações com equipamentos antigos,
simulações de comunicações com equipamentos intermediários,
verificação do tempo de ciclo e avaliação do desempenho. Isto
beneficia ambas as partes para fazer com que o esforço seja tão
completo quanto economicamente viável. Este esforço neste ponto
irá reduzir tempo e dinheiro após a instalação do equipamento.
• Documentação completa e atualizada – Esta é em geral uma
boa indicação do quão bom é um fornecedor SRI. Uma boa
documentação não salva um projeto, mas, no entanto, falta de
documentação pode arruinar um projeto. Esta é uma das melhores
qualidades para se procurar na etapa de seleção de fornecedores, e é
isto que bons fornecedores SRI estão sempre dispostos a demonstrar.
• Experiência na integração de uma determinada marca de robôs
– Esta é puramente uma decisão econômica geralmente feita pelo
fornecedor SRI. A maioria dos fornecedores SRI foca em uma ou
duas marcas de robôs para integrar, por causa de suas experiências
e de conforto. Pedir para um fornecedor SRI integrar uma marca de
robô diferente da que ele tem experiência pode aumentar seu custos
ou arriscar o sucesso do projeto.
• Experiência prévia em aplicações para automações de forjarias –
Isto é importante, mas não é uma necessidade. O que é realmente
importante é que o fornecedor SRI entenda completamente o
ambiente de trabalho no qual seu sistema irá operar. Isto inclui as
3DUWH
GRLV
condições físicas e os aspectos culturais.
• Localização geográfica – Este pode ser um fator decisivo na escolha,
por causa da disponibilidade de suporte local. Suporte local pode
trazer alguma segurança a mais no período logo após a implantação.
Olhando para o Futuro
O engenheiro está agora pronto para aplicar as técnicas de
gerenciamento de projetos de modo a produzir um projeto de
automação que é efetivo operacionalmente e financeiramente.
Embora cada detalhe que define um projeto de automação esteja
fora do escopo deste artigo, as informações fornecidas devem
ajudar o engenheiro a completar com sucesso o projeto. É inevitável
que o fornecedor SRI necessite de informações adicionais com o
andamento do projeto, e é recomendável ajudar a fornecer estas
informações antes que elas se tornem um problema.
2 DXWRU -DQ +XWVRQ HVSHFLDOLVWD VrQLRU HP VLVWHPDV
UREyWLFRVSDUDDSOLFDo}HVGHIRUMDPHQWRHIXQGLo}HV
3DUDPDLVLQIRUPDo}HVHQWUHHPFRQWDWRFRP*UHJ*HUQHUW
9LFH3UHVLGHQWHHJHUHQWHJHUDOQRWHOHIRQH
(8$RXSHORHPDLOVDOHV#ULPURFNFRUSFRPRXFRP
0DUN5LHNDUWQRWHOHIRQHRXSHORHPDLO
PZULHNDUW#ULPURFNFRUSFRP
3UHQVDV+LGUiXOLFDV
2IHUHFHP)OH[LELOLGDGH
GH3URGXomRH
&RQWUROH3UHFLVR
8PDSUHQVDKLGUiXOLFDGHWRQHODGDV
HPRSHUDomRHPXPDIRUMDULD
&RUWHVLDGD6FKXOHU
-:DOWHUV²6FLHQWLILF)RUPLQJ7HFKQRORJLHV&RUSRUDWLRQ&ROXPEXV2KLR(8$
&-9DQ7\QH²&RORUDGR6FKRRORI0LQHV*ROGHQ&ROR(8$
60**PE+$OHPDQKD
1HVWHWHUFHLURGHTXDWURDUWLJRVVREUHHTXLSDPHQWRVSDUDIRUMDPHQWRIDODUHPRVVREUHDVSUHQVDV
KLGUiXOLFDV6HUiDSUHVHQWDGDXPDYLVmRJHUDOGRHTXLSDPHQWRHVHUmRUHYLVWRVRVGHWDOKHVGDItVLFD
DVVRFLDGDDHOH6HUmRXWLOL]DGDVVLPXODo}HVSDUDLOXVWUDURVGLYHUVRVDVSHFWRVRSHUDFLRQDLVTXHQmR
SRGHPVHUREVHUYDGRVGLUHWDPHQWHGXUDQWHDSURGXomRHGHVFULWDVWDPEpPRXWUDVFDUDFWHUtVWLFDV
LPSRUWDQWHV SDUD D RSHUDomR DGHTXDGD GR HTXLSDPHQWR )LQDOPHQWH VHUi IRUQHFLGD XPD YLVmR
JHUDO GDV YDQWDJHQV H OLPLWDo}HV GD SUHQVD KLGUiXOLFD 1R SUy[LPR DUWLJR VHUi DSUHVHQWDGD D
SUHQVDGHSDUDIXVR
'
iferente das prensas mecânicas e martelos, nas quais a
energia mecânica é utilizada para causar movimento,
as prensas hidráulicas utilizam fluidos para aplicar
pressão a um cilindro hidráulico. Esta pressão resulta
i
na movimentação
do pistão hidráulico, sendo que a velocidade
e a carga podem ser facilmente ajustadas por meio de um
sistema de controle adequado. As prensas hidráulicas, em geral,
operam com velocidades relativamente baixas se comparadas
aos martelos e prensas mecânicas, o que permite que a taxa
de deformação da peça seja baixa. As prensas hidráulicas
são equipamentos com força limitada, sendo que os limites
de potência e velocidade são função do sistema hidráulico
empregado.
A figura 1 apresenta um diagrama esquemático das
prensas hidráulicas, onde são apresentadas suas principais
características. Na ilustração, a pressão hidráulica é fornecida à
parte superior da prensa, causando a movimentação para baixo
14$EULO
do pistão hidráulico e do cursor superior.
$3/,&$d¯(6'$35(16$+,'5É8/,&$
As prensas hidráulicas são adequadas para forjamentos de
peças com ampla gama de formatos ou para extrusões longas.
Frequentemente, elas são também utilizadas para forjar
materiais que são altamente sensíveis às taxas de deformação,
como ligas de alumínio e de titânio. Como altas cargas podem
ser obtidas aumentando-se o tamanho do cilindro hidráulico,
as prensas para forjamento de altas tonelagens são hidráulicas.
As operações de cunhagem a frio frequentemente são realizadas
em prensas hidráulicas, pois não é necessário que haja rebarba
de forjamento quando a prensa atingir sua carga limite. Elas
também são adequadas para o forjamento de ligas de alta
resistência, como as superligas a base de níquel. Finalmente, as
prensas hidráulicas são utilizadas na maior parte dos forjamentos
isotérmicos já que o resfriamento não é um fator relevante.
Válvula de controle
do fluxo de fluido (em
geral, controlada por
um computador)
A figura 2 mostra algumas peças tipicamente produzidas em
prensas hidráulicas.
)Ì6,&$'$35(16$+,'5É8/,&$
A figura 3 apresenta a física básica de uma prensa hidráulica.
Inicialmente utiliza-se a energia elétrica para ativar a bomba
(superior à esquerda), a qual pressuriza o fluido hidráulico.
O fluido a alta pressão é armazenado em um reservatório ou
acumulador (superior à direita). Quando solicitado o movimento
da prensa, uma válvula de controle é aberta e o fluido corre por
um tubo em direção à prensa. Estas válvulas frequentemente são
controladas por computador, o que propicia uma alta precisão
na quantidade de fluido a alta pressão que corre para a prensa
(inferior à esquerda). Quando o fluido pressurizado alcança a
prensa, faz com que o pistão hidráulico se mova para baixo. A
matriz superior está acoplada ao pistão e durante a movimentação
para baixo ela entra em contato com a peça de trabalho (inferior à
direita). A energia armazenada no fluido pressurizado é dissipada
na forma de trabalho durante a deformação.
Devido à dependência do fluido pressurizado, as prensas
hidráulicas operam dentro de um envelope de energia. Este
envelope de energia é mostrado de forma esquemática na
figura 4. Os eixos da curva traçada são velocidade do pistão
hidráulico em função da carga de forjamento. Para que a prensa
funcione, os parâmetros de velocidade e de carga precisam
permanecer abaixo desta curva, ou seja, dentro do envelope de
energia. Nos extremos, a prensa só pode operar com máxima
velocidade quando não há carga ou com máxima carga quando
não há velocidade (isto é, uma prensa paralisada). Em operações
normais, a prensa operará com velocidade constante e aumento
da carga conforme a peça de trabalho é deformada. Se a carga
a esta velocidade alcançar o limite de energia da curva, a carga
continuará a aumentar, porém com taxa decrescente. Esta
situação é mostrada na figura 4 (inferior).
Cursor do
cilindro
Tanque de
alta pressão
(acumulador)
Pistão
hidráulico
Cursor de
movimento
Bomba
Cursor da
base
)LJXUD²9LVmRJHUDOGHXPDSUHQVDKLGUiXOLFDFRPRVVHXV
SULQFLSDLVFRPSRQHQWHVHFDUDFWHUtVWLFDV
23(5$d®26,08/$'$
A figura 5 mostra a simulação de um forjamento hidráulico.
Perceba que este é o mesmo tipo de componente simulado
nos dois artigos prévios sobre martelos e prensas mecânicas.
A velocidade do pistão é mais alta durante a movimentação
pela região da abertura da prensa sem deformação na peça
de trabalho. Uma vez que o pistão entra em contato com a
peça de trabalho, a velocidade do pistão começa a desacelerar.
Como a carga de forjamento aumenta, a pressão de retorno
do pistão diminui o fluxo do fluido hidráulico e resulta na
desaceleração do pistão. A máxima carga de forjamento
ocorre no final do golpe quando a cavidade é totalmente
completada.
)LJXUD²3HoDVFRPXPHQWHSURGX]LGDVSRUIRUMDPHQWRDTXHQWHHPSUHQVDVKLGUiXOLFDV
A bomba é
alimentada
por energia
elétrica
D
Reservatório
ou fluido
com alta
pressão
E
O fluido é
bombeado
por um
tubo e uma
válvula de
controle
F
Fluido hidráulico pressurizado completa
o cilindro e pressuriza o pistão hidráulico,
resultando na movimentação do pistão e
da matriz
G
)LJXUD²&DUDFWHUtVWLFDVRSHUDFLRQDLVGHXPDSUHQVDKLGUiXOLFD
3UHQVDV+LGUiXOLFDV2IHUHFHP)OH[LELOLGDGH
GH3URGXomRH&RQWUROH3UHFLVR
Velocidade máxima (sem carga)
D
Limite de máxima
potência
Máxima carga (sem velocidade)
prensa paralisada
Carga de forjamento
Velocidade do pistão
Velocidade do pistão
Velocidade máxima (sem carga)
E
Limite de máxima
potência
Máxima carga (sem velocidade)
prensa paralisada
Carga de forjamento
)LJXUD²5HSUHVHQWDomRHVTXHPiWLFDGHXPHQYHORSHGHHQHUJLDSDUDXPDSUHQVDKLGUiXOLFDWRSRDFXUYDUHSUHVHQWDR
OLPLWHGHRSHUDomRHPWHUPRVGHYHORFLGDGHHFDUJDEDVHDFXUYDSRQWLOKDGDPRVWUDDGHIRUPDomRGHXPDJUDQGHSHoDGH
WUDEDOKRQDTXDODFDUJDLQLFLDOPHQWHDXPHQWDFRPXPDWD[DGHSUHVVmRFRQVWDQWH&RQIRUPHDRSHUDomRDOFDQoDROLPLWHGH
SRWrQFLDGDSUHQVDDFDUJDFRQWLQXDDDXPHQWDUPDVFRPXPDWD[DPHQRU
$63(&726(()(,726'$35(16$+,'5É8/,&$
Controles e sistemas de acionamento das prensas hidráulicas
A pressão do fluido da prensa hidráulica está tipicamente entre
3000 e 6000psi, e, em geral, é um valor constante dentro desta
faixa. A válvula de controle pode ser aberta ou fechada para
modificar o fluxo do fluído hidráulico, que está diretamente
relacionado com a velocidade da prensa. Quando a válvula
está completamente aberta, a prensa se moverá com a mais
alta velocidade, sujeita as limitações da curva de potência. O
forjamento para uma posição ou espessura particular da peça
de trabalho pode ser feito fechando-se a válvula de controle para
parar o fluxo de fluido. Em geral, o controle desta importante
válvula é feito por computador, permitindo ao operador ajustar
a posição final e a velocidade por meio de um painel de controle.
Há dois mecanismos principais para o sistema de acionamento
do fluido: o sistema de acionamento direto e o sistema de
acionamento via acumulador. No sistema de acionamento
direto, o fluido escoa diretamente da bomba para a prensa.
Com isso, a capacidade da bomba definirá a potência que a
prensa pode produzir. Por exemplo, bombas com capacidade
inadequada podem resultar em sistemas com pressão mais
baixa e em extrusões longas não serem capazes de completar o
golpe. Em um sistema de acionamento via acumulador, o fluido
pressurizado é armazenado em um tanque, ou acumulador, com
gás de nitrogênio comprimido acima. Sistemas com acumulador
grande são comuns quando a potência necessária ultrapassa a
capacidade da bomba. Em outras palavras, os acumuladores
são utilizados para armazenar energia – um conceito similar ao
dos martelos ou prensas para parafusos. Quando a válvula de
controle é aberta, a quantidade disponível de fluido pressurizado
é grande, e a bomba não precisa reabastecer o fluido durante o
golpe.
Progressos recentes nas prensas hidráulicas
Sistemas de controle avançados permitem que o operador tenha
35Ð6(&2175$6'$635(16$6+,'5É8/,&$6
Prós
• Elas podem ter golpes muito longos e uma considerável abertura, o que permite que sejam comumente utilizadas em
aplicações de extrusão.
• A tecnologia de troca rápida de matrizes faz com que as prensas hidráulicas sejam ideais para ciclos curtos de produção.
• A pressão máxima está disponível durante o ciclo completo de forja
• São utilizados controles de velocidade sofisticados nas prensas hidráulicas para uma ampla faixa de aplicações críticas de
forjamento em peças aeroespaciais.
• O carregamento completo (ou parcial) é possível por um tempo estendido.
Contras
• As prensas hidráulicas raramente são utilizadas para peças planas ou forjamento de aços com “flash” (rebarba de
forjamento) devido à baixa velocidade e alto tempo de contato com a matriz.
• Elas não são utilizadas quando são desejadas altas taxas de produção (como nas linhas automotivas que possuem alto
volume de produção).
• A velocidade do pistão hidráulico é menor do que de outros equipamentos para forjamento. Isto faz com que o tempo de
contato da matriz com a peça de trabalho seja maior, causando maior refrigeração da peça.
16$EULO
Alta carga de forjamento
Carga
Baixa carga de forjamento
Carga
uma grande flexibilidade no uso da prensa
hidráulica. Há sistemas disponíveis que
permitem controles precisos durante a
deformação da peça de trabalho, tanto
da velocidade, da posição, da carga de
forjamento ou da taxa de deformação
média. Trabalhos recentes na tecnologia de
mudança rápida da matriz de forjamento
também propiciaram o aumento do uso e
a flexibilidade das prensas hidráulicas. O
desenvolvimento de prensas hidráulicas
de alta velocidade permite que elas
sejam utilizadas em uma ampla faixa de
aplicações.
Estruturas das prensas
Alta carga de forjamento
Os principais tipos das estruturas das
Baixa carga de forjamento
carcaças de prensas são de projetos em
Distância de golpe
Distância de golpe
hastes e de projetos em caixa. Os projetos
)LJXUD ² e XWLOL]DGD XPD VLPXODomR SDUD LOXVWUDU R OLPLWH GH HQHUJLD GD SUHQVD
em hastes utilizam duas ou quatro barras
KLGUiXOLFD1RLQtFLRGRJROSHGHIRUMDPHQWRTXDQGRRFRQWDWRpSHTXHQRDFDUJDp
redondas para guiar o pistão hidráulico e a
UHODWLYDPHQWHEDL[DD]XO$SUHQVDRSHUDSUy[LPRjPi[LPDYHORFLGDGHeLQGLFDGD
carga. Isto limita a capacidade de carga fora
DYHORFLGDGHGRSLVWmRKLGUiXOLFRHGDFDUJDGHIRUMDPHQWRHPXPDVLPXODomRGH
do centro da prensa. A maioria dos projetos
em caixa utiliza partes fabricadas ou XPDSUHQVDKLGUiXOLFD'HSRLVTXDQGRDFDUJDpPDLVDOWDDYHORFLGDGHGRSLVWmRp
fundidos para a guia do pistão hidráulico, OLPLWDGDSHODHQHUJLDGLVSRQtYHOGHYLGRDRVLVWHPDKLGUiXOLFR
mas continuam utilizando hastes para a
de contato entre a matriz e a peça de trabalho, potencialmente
carga. As principais características das prensas do tipo em caixa
produzindo maior desgaste da matriz. Devido a sua fonte de
com hastes incluem: armação multicomponente; alinhamento
energia vir de um fluido pressurizado, elas operam dentro de
com chaves dos componentes da prensa; componentes anexados
uma faixa de velocidade e carga, ou seja, em um envelope de
as hastes pré-tensionadas; e máxima área para guiar as cargas
energia.
descentralizadas. Existem estruturas do tipo em caixa em peça
única, mas elas estão limitadas no tamanho.
$*5$'(&,0(1726
352%/(0$327(1&,$/
Agradecemos ao Dale McCartney pelo fornecimento de
Prensas hidráulicas mais lentas proporcionam um aumento do
informações utilizadas neste artigo bem como ao apoio dado a
tempo de contato entre a matriz e a peça de trabalho, o que pode
estes artigos pela Ajax Manufacturing Company, pela Forging
resultar em um desgaste mais elevado da matriz e em tempos de
Industry Association, pelo Forging Defense Manufacturing
ciclo mais curto, antes da cavidade perder a tolerância. É possível
Consortium, pela Scientific Forming Technologies Corporatione e
que ocorram trincas superficiais no forjamento de metais
pelo PRO-FAST Program. O PRO-FAST Program é oferecido por
quando o tempo de processamento for longo. O resfriamento da
um time dedicado de profissionais representando tanto o
matriz pode influenciar o preenchimento da cavidade quando
Departamento de Defesa quanto a indústria. Estes colaboradores
as matrizes não são aquecidas de forma adequada.
estão determinados a assegurar que a indústria de forjamento
esteja posicionada para alcançar as mudanças do século 21. Os
&21&/86®2
membros chave da equipe incluem: R&D Enterprise Team (DLA
As prensas hidráulicas são equipamentos populares para o
J339), Logistics Research and Development Branch (DLS-DSCP) e
forjamento. Elas são muito flexíveis, especialmente quando
a Forging Industry Association (FIA).
são utilizadas técnicas de troca rápida de matrizes. Algumas
2FRDXWRU'U&KHW9DQ7\QHpSURIHVVRU),(5)'HSDUWDPHQWR
prensas hidráulicas utilizam cilindros adicionais como punções
GH (QJHQKDULD 0HWDO~UJLFD (VFROD GH 0LQDV GR &RORUDGR
hidráulicos adicionais ou ejetores múltiplos. Elas podem ser
*ROGHQ &RORUDGR (8$ (OH SRGH VHU FRQWDWDGR SHOR WHOHIRQH
projetadas para produzir altas tonelagens e, se associadas com
RX FYDQW\QH#PLQHHGX 2 FRDXWRU -RKQ
modernos computadores, podem ser controladas com grande
:DOWHUV p YLFHSUHVLGHQWH GD 6FLHQWLILF )RUPLQJ 7HFKQRORJLHV
precisão. Elas são mais lentas se comparadas com outros tipos de
&RUSRUDWLRQ&ROXPELD2KLR(8$(OHSRGHVHUFRQWDWDGRSHOR
equipamentos para forjamento, o que pode ser uma vantagem para
WHOHIRQHRXMZDOWHUV#GHIRUPFRP
o forjamento de algumas ligas. Entretanto, isto aumenta o tempo
2WLPL]DQGR
+SDUD0DWUL]
GH)RUMDPHQWR
Steve Englet
Ashland Precision Tooling, Ashland, Ohio, EUA
3HoDVSUpWHPSHUDGDV
SURGX]LGDVSHOD$37
$DQiOLVHPLFURHVWUXWXUDOGRVDoRVIHUUDPHQWDIRUQHFHLQIRUPDo}HVLPSRUWDQWHVVREUHRGHVHPSHQKRHPVHUYLoR
GDV PDWUL]HV GH IRUMDPHQWR e SDUWLFXODUPHQWH LPSRUWDQWH TXH D DXVWHQLWD UHWLGD GD IHUUDPHQWD VHMD PDQWLGD
DEDL[RGH3RUPHLRGHXPDVpULHGHHQVDLRVFRQWURODGRVUHDOL]DGRVHPDoRVIHUUDPHQWDYHULILFRXVHTXHR
WUDWDPHQWRFULRJrQLFRRXDWrPSHUDHPyOHRSRGHPDMXGDUDPLQLPL]DUDDXVWHQLWDUHWLGDQRDoRIHUUDPHQWD
PHOKRUDQGRVHXGHVHPSHQKR
$
t pouco tempo atrás, os resultados de uma boa
té
p
prática de tratamento térmico quando aplicadas a
m
matrizes de forjamento se limitavam à medições
ssubjetivas e experimentais. Se um item da ferramenta
falhasse prematuramente, responsabilizava-se o material
ou o tratamento térmico – e somente isso. Mas, por trás do
sucesso ou falha de qualquer ferramenta de forjamento,
questionamentos podem ser feitos: O que determina uma falha
prematura? Como saber se as propriedades metalúrgicas das
peças forjadas estão otimizadas? Quais segredos no processo
de tratamento térmico ajudam a assegurar a qualidade do
forjado?
Sabemos que a maior parte das falhas ocorre devido ao
desgaste, fadiga térmica ou trincamento. Se a ferramenta
trinca, devemos fazê-la mais dúctil. Se o desgaste é muito
rápido, devemos fazê-la mais dura. Como dirigente da
Ashland Precision Tooling (veja mais sobre a APT em quadro
separado), empresa prestadora de serviços de fabricação,
tratamento térmico e nitretação de ferramentas para o setor
de forjarias, procurarei definir e avaliar cientificamente o
efeito do tratamento térmico na qualidade metalúrgica do
aço ferramenta H13, para concluir como podemos melhorar
nossos processos.
Como a maioria das melhores ferramentarias para
forjamento, concluí que é necessário que se inicie com um
aço certificado e de alta qualidade – especialmente devido a
incertezas em relação à composição de certos aços presentes
no mercado atual. Partindo-se de um bloco de aço H13 com
qualidade, há muitas teorias sobre o tratamento térmico mais
adequado. Entretanto, a maioria dos ferramenteiros concorda
que o ponto mais significativo para a qualidade é minimizar
os níveis de austenita retida do material – uma das causas
primárias de falha prematura da ferramenta.
Efeito do Tratamento Térmico na Austenita Retida
Quando a APT iniciou o tratamento criogênico de peças
para alcançar maior estabilidade, percebemos que a austenita
retida podia ser medida em alguns laboratórios metalúrgicos
utilizando-se ensaios de difração de Raios-X. Para a pesquisa que
iniciamos neste ano, desenvolvemos uma variedade de cenários
de tratamentos térmicos com têmperas e revenimentos. Com
isto em mente, conduzimos uma série de ensaios para obtermos
um novo conhecimento sobre o potencial das melhores práticas
e definir os efeitos de tratamentos térmicos específicos. Nosso
objetivo era determinar o melhor caminho para otimizar a
qualidade, eficiência e a relação custo-eficácia no nosso processo
de tratamento térmico.
Conduzimos um total de oito ensaios. Cada corpo de prova (2”
de diâmetro por 2” de comprimento) foi retirado de uma mesma
barra do material e cada peça foi identificada com um número de
série. Cada peça seguiu uma rota e foi processada individualmente
para reduzir a probabilidade de erro. As peças eram todas do
mesmo tamanho e todas foram tratadas no mesmo forno – forno
tipo câmara com atmosfera enriquecida com 0,65%C a 1010°C.
Todas as peças foram rapidamente temperadas em óleo por 45
segundos (uma prática padrão na APT para qualquer peça com
seção maior que uma polegada). Depois da rápida têmpera, as
peças foram resfriadas até 90°C.
Até este ponto, todas as peças foram tratadas de forma idêntica.
Os efeitos nas variações que se seguiram após o tratamento comum
foram então observados como se segue:
• Ensaio 1: Estabelecimento de um padrão - Este ensaio objetivou
o estabelecimento de um padrão a partir do qual todos os demais
ensaios puderam ser comparados. O único processo posterior
de tratamento térmico que foi conduzido foi um revenimento a
540°C. Como esperado, este ensaio apresentou o teor mais alto de
austenita retida, que foi de 2,1%.
Ensaios para Austenita Retida
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• Ensaio 2: Efeito de um Segundo Revenimento – Este ensaio
objetivou determinar o efeito de um segundo revenimento. A
amostra foi resfriada até a temperatura ambiente após o primeiro
revenimento e então submetida a um segundo revenimento a
540°C. Como esperado, os resultados foram melhores, mas não
significativos. A austenita retida medida foi de 2%.
• Ensaio 3: Têmpera Normal em óleo + Resfriamento Profundo
por 24 horas – Esta sequência mediu os resultados de uma têmpera
em óleo convencional, resfriada até 90°C e então uma continuação
da têmpera com resfriamento até -73°C em um freezer por 24
horas. Após este resfriamento profundo, a peça foi novamente
aquecida à temperatura ambiente e revenida a 540°C. Novamente,
os resultados medidos foram melhores. A porcentagem de austenita
retida foi de 1,8%.
por 48 horas – O ensaio 4 foi o mesmo que o ensaio 3, exceto pelo
fato de as peças terem sido deixadas no freezer por 48 horas. O teor
de austenita retida foi de 1,5%.
• Ensaio 5: Têmpera Normal em óleo + Resfriamento Profundo por
24 horas + Segundo Revenimento – Este ensaio também foi muito
similar ao 3, com uma segunda têmpera a 540°C adicionada após o
resfriamento profundo por 24 horas. A austenita retida medida foi de
1,6%.
por 48 horas + Segundo Revenimento – Este ensaio foi realizado
para verificar se o tempo de permanência a -73°C produzia impacto.
O ensaio foi idêntico ao ensaio 5, exceto pelo fato de que as peças
permaneceram no freezer por 48 horas ao invés de 24 horas. Mais uma
vez, a quantidade de austenita retida foi um pouco menor, 1,5%.
• Ensaio 7: Têmpera Normal + Resfriamento até 90°C/Resfriamento
até -73°C + 4 horas no Freezer – O ensaio 7 mediu o efeito da
têmpera conduzida em nitrogênio líquido. Neste ensaio, as peças
foram temperadas rapidamente em óleo, resfriadas até 90°C e então
resfriadas até -73°C por seis horas. Após isso, as peças foram imersas
em nitrogênio líquido por aproximadamente 4 horas. As peças foram
aquecidas até temperatura ambiente e então revenidas a 540°C. A
)LJXUD3HoDVHPHUJHPGDDXVWHQLWL]DomRHWrPSHUD2IRUQR
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20$EULO
2WLPL]DomRGR+SDUD0DWUL]GR)RUMDPHQWR
austenita retida medida foi de 1,7%.
• Ensaio 8: Têmpera Normal + Resfriamento até 90°C/Resfriamento
até -73°C + 4 horas no Freezer + Segunda Têmpera – Este ensaio foi
projetado para verificar se um segundo revenimento faria diferença
quando as peças fossem submetidas a uma têmpera a -185°C. Foi
exatamente igual ao ensaio 7, exceto pelo fato da adição de uma segunda
têmpera ao final do processo. Não houve diferença na porcentagem de
austenita retida em comparação com o ensaio 7, 1,7%.
Após o quinto ensaio, os resultados começaram a indicar que
a têmpera com resfriamento profundo tinha mais impacto que o
número de revenimentos. Com o resfriamento profundo, os níveis
de austenita retida caíram de 2,0 para 1,5% - uma redução total de
25%. Além disso, os segundos revenimentos tiveram pouco efeito na
redução de austenita retida.
Interpretação dos Resultados
Apesar de aparentemente ser fácil concluir à primeira vista que as peças
tratadas criogenicamente foram melhores do que aquelas que foram
revenidas ou revenidas duas vezes, nós pensamos que seria sensato
trazer alguém de fora da nossa organização para avaliar os nossos
resultados. Nós pedimos a ajuda e opinião do Greg Denis, diretor
técnico da Ellwood Specialty Steel. Nós demos a ele nossas amostras e
fizemos diversas perguntas chave:
• Como a microestrutura das nossas oito amostras apareceram ao
microscópio?
Denis: Verificamos que todas as amostras apresentaram a mesma
microestrutura ou muito similar. Todas as amostras continham grãos
muito finos, estrutura homogênea e todas elas são representativas de
uma austenitização na faixa inferior de temperaturas de endurecimento.
Todas as amostras apresentaram uma excelente têmpera com pouca
ou nenhuma precipitação de carbonetos nos contornos de grão. Não
foi observada nenhuma diferença visual associada à pequena faixa de
austenita retida na matriz martensítica das várias condições de ensaio.
Finalmente, todas as amostras apresentaram microestruturas que
podem ser consideradas representativas de um tratamento térmico
com qualidade e resposta de muito boa a excelente.
• As peças tratadas criogenicamente teriam melhor desempenho em
serviço?
Denis: O material e a microestrutura tratada termicamente
não sugerem qualquer economia real baseados no custo
Sobre a Ashland Precision Tooling
A APT é a maior ferramentaria independente da América
do Norte. A empresa se distingue pelo seu controle interno total do processo de fabricação da ferramenta desde a
compra da matéria prima até as operações de acabamento, incluindo o tratamento térmico. A empresa tem uma
planta de 5.000 m2 em Ashland, Ohio, EUA, que já produziu mais de 30.000 ferramentas para forjamento a quente
e deformação a frio. A APT tem entre 40 a 50 funcionários,
com uma média de experiência em ferramentaria que excede 20 anos.
adicional do tratamento criogênico no que se refere a uma
melhora antecipada do desempenho da ferramenta. Isto é mais
influenciado pelo fato de que se o tratamento térmico de base
for efetivo o suficiente, qualquer tratamento criogênico seguinte
se torne desnecessário.
• O que é uma quantidade de austenita retida aceitável, e,
quando ela começa a afetar o desempenho?
Denis: Um teor de 2% de austenita retida estabilizada em um
aço H13 é muito bom. Mesmo teores mais altos, como 4%, em
geral, não apresentariam problemas de desempenho na maioria
das aplicações em matrizes de forjamento. Teores maiores de
austenita retida poderiam sugerir questões como um tratamento
térmico inadequado. Obviamente, 1,5% é melhor, mas não é
significativo quando já se tem um nível de qualidade com 2%.
Todos estes ensaios foram de alguma forma “esvaziados” pelo
excelente tratamento térmico de base deste programa, e, por
fim, ainda recomenda-se o duplo revenimento.
O que esta Pesquisa nos Diz
A maioria das operações para fabricação de matrizes de
forjamento não permitem identificar o teor de austenita retida
presente. Para nós foi encorajador, mas melhor ainda, perspicaz,
perceber que o nosso teor de austenita retida estava 50% abaixo
do aceitável. Para qualquer operação na fabricação da matriz
de forjamento é desejável ganhos na qualidade e economia nos
custos, ter uma referência nas suas ferramentas em fabricação, é
o primeiro passo. Minha recomendação é que envie suas peças
atuais para um laboratório para uma análise de difração de
Raios-X e determine se o teor de austenita retida está acima ou
abaixo de 4%.
Se, por um lado, os ensaios no aço ferramenta apresentarem
teor de austenita retida abaixo de 4%, as peças talvez estejam
sendo “super-tratadas” e talvez haja a oportunidade de examinar
o processo para abaixar os custos. Se, por outro lado, os aços
ferramenta apresentarem teores de austenita retida acima de 4%,
talvez seja importante explorar técnicas como a têmpera criogênica
ou a têmpera em óleo.
Nossa pesquisa mostrou uma queda de 25% no teor de
austenita retida utilizando têmpera criogênica. Entretanto, se o seu
tratamento térmico e têmpera iniciais forem feitos adequadamente,
provavelmente ele não será necessário.
Finalmente, para aqueles que estão curiosos para saber como a
APT conseguiu teores de 2% de austenita retida, eu acredito que os
fatores chave são o nosso método de têmpera em óleo associado
com o tratamento de peças em banhos com tamanhos similares. Os
ensaios que conduzimos foram em tamanhos de banhos idênticos,
o que permitiu o desenvolvimento de tempo e temperatura ótimos
que não tratem insuficientemente peças grandes ou que tratem
demais peças pequenas.
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FRQWUDVWDGRFRPRVUHVXOWDGRVH[SHULPHQWDLV
Engº Diego Rodolfo Simões de Lima - UFRGS, Rio Grande do Sul
Engº Alexsandro S. Moraes - UFRGS, Rio Grande do Sul
Prof. Dr. Ing. Lírio Schaeffer - UFRGS, Rio Grande do Sul
(
xistem diferentes métodos aproximados, tanto analíticos
quanto numéricos, para analisar as operações de forjamento. Nenhum deles é exato, em função das hipóteses
assumidas no desenvolvimento do modelo matemático e
dos dados de entrada, a exemplo curva de escoamento do material
e coeficiente de atrito. Os métodos numéricos por simulação computacional apresentam os melhores resultados, porém há um custo
elevado devido aos recursos computacionais (software e hardware)
exigidos.
O objetivo deste artigo é avaliar a predição da força de forjamento
calculada pelo método numérico através do programa de simulação
D
Simufact.Forming 9.0, tendo como referência a força experimental
de forjamento de duas peças aleatórias, forjadas na liga Ti-6Al-4V,
obtida por uma célula de carga acoplada a prensa.
Procedimento Experimental
Peças de trabalho
As peças escolhidas para estudo foram um flange da liga Ti-6Al-4V,
cuja aplicação original é a indústria de extração e transporte de petróleo e uma polia, da mesma liga, destinada a indústria automotiva de alto-desempenho. Neste trabalho, as peças foram forjadas em
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escala reduzida, com o objetivo de servir de protótipo para futuros
processos em ritmo industrial. Na Figura 1 podem ser observados os
modelos geométricos tridimensionais do flange e da polia utilizados
como moldes para as cavidades das matrizes.
Modelagem Numérica
Na simulação do forjamento a quente, inicialmente foi estipulado o resfriamento do tarugo por 10 segundos, que é aproximadamente o tempo de transporte do forno até a matriz. Na sequência,
procedeu-se a simulação do forjamento propriamente dito. Ambos
os processos foram modelados no programa comercial Simufact.
Forming 9.0, utilizando o método dos elementos finitos. Visando
reduzir o tempo computacional, foi realizada uma análise axissimétrica do processo, sendo isto possibilitado pelas matrizes e o tarugo
apresentarem geometria de revolução em torno do mesmo eixo. A
malha de elementos
finitos foi gerada
automaticamente
pelo programa, calculando o tamanho
de elementos mais
adequado para a
simulação. A Figura
2a ilustra o modelo
de elementos finitos para a análise
do flange e a Figura
2b para a análise da
polia.
As propriedades
da liga de titânio
Ti6Al4V foram inseridas no modelo de
simulação utilizando o material disponível no banco de
dados do Simufact.
Materials, conforme
pode ser visto na Figura 3. As matrizes
foram configuradas
rígidas, assim, não é
necessário especificar material para as
)LJXUD0RGHORGHHOHPHQWRVILQLWRVSDUD ferramentas.
DQiOLVHGRIODQJHDHSDUDDQiOLVHGDSROLDE
Os parâmetros do
processo foram configurados de acordo com o processo físico, sendo:
• Coeficiente de Atrito = 0,3
• Velocidade da Prensa Hidráulica = 7 mm/s
• Coeficiente de transferência de calor por contato = 5000Watt/(m²*K)
• Temperatura das matrizes = 300°C
• Temperatura inicial do tarugo = 980°C
24$EULO
)LJXUD3URSULHGDGHPHFkQLFDVGDOLJD7L$O9GREDQFR
GHGDGRVGR6LPXIDFW0DWHULDOV
Análise Experimental
Neste trabalho foram utilizadas duas barras de liga de titânio, apresentando diâmetros de 40mm e 50mm, para o forjamento do flange e da polia, respectivamente. Estas barras foram seccionadas de
modo a obter uma altura de 33mm e 25mm, referentes, em ordem,
à flange e à polia. A liga de titânio escolhida foi a Ti-6Al-4V, a qual
consiste em uma liga de titânio Įȕ, com temperatura de transformação beta entre 979 e 1007°C. As peças foram forjadas em matriz
fechada, onde na Figura 4 pode se observar um esquema do ferramental de cada peça conformada.
Para lubrificar os tarugos e as matrizes, foi utilizado o Aerodag
G, da empresa Acheson, tratando-se de um lubrificante aerossol de
grafite coloidal com álcool isopropílico atuando como veículo. O lubrificante foi pulverizado sobre os tarugos à temperatura ambiente.
Após a secagem do lubrificante, formou-se uma camada invólucra
de grafite.
Depois de lubrificados, os tarugos foram aquecidos por 30 minutos a aproximadamente 980°C em um forno elétrico. O tempo de
transporte destes do forno para a prensa foi de aproximadamente 10
segundos, obtendo-se uma temperatura inicial de forjamento de
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950°C. As temperaturas, do forno e das matrizes, foram medidas
através de um termopar tipo K conectado a um multímetro digital. As matrizes foram aquecidas com dois maçaricos de GLP até
o momento do forjamento. Os maçaricos foram apagados, a matriz foi pulverizada com o lubrificante e em seguida foi medida
a temperatura da matriz, registrando aproximadamente 300ºC.
O forjamento foi efetuWWWWado em uma prensa hidráulica
FKL com capacidade de 750 toneladas, com uma velocidade
de ferramenta de aproximadamente 7mm/s. Os dados de
força de prensagem foram adquiridos por uma célula de carga
com capacidade de 400 toneladas, enquanto que os dados de
deslocamento da prensa foram obtidos por um extensômetro
LVDT T50. Ambos os equipamentos foram acoplados ao sistema
de aquisição de dados Spider8 e para registrar os dados foi
utilizado o software Catman Express. A aquisição de dados foi feita
com uma frequência de 10Hz.
Resultados e Discussões
A Figura 5 apresenta a temperatura e o preenchimento da cavidade
da matriz no final da simulação do processo de forjamento do flange. Pode se observar na Figura 5 (a) que as regiões mais externas
da peça, que estão em contato com a matriz durante o processo de
conformação, perdem maior quantidade de calor em comparação
com o núcleo das peças. Essas perdas são amenizadas nas regiões
referentes aos bordos e rebarba do flange devido ao incremento de
temperatura que vem da maior deformação registrada nestes locais.
Na Figura 5 (b) é evidenciado o completo preenchimento da cavidade da matriz, fornecendo peças conforme a geometria esperada.
De maneira homóloga, a temperatura e o preenchimento da cavidade da matriz no final da simulação do forjamento da polia es-
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tão ilustrados na Figura 6. Assim como na conformação do flange, no
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processo de deformação da polia pode se perceber uma perda maior de
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temperatura nas regiões extremas da peça, sendo compensadas parcial1PMJB
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mente nas regiões de mais deformação plástica. Também na simulação
da polia se obtém um completo preenchimento da cavidade da matriz. 7DEHOD9DORUHVGDFDUJDGHFRQIRUPDomRGHDPEDVDVSHoDV
A Tabela 1 apresenta a carga de conformação medida experimentalmente em contraste com a carga obtida pela simulação numérica com- de conformação de peças em liga de titânio.
A aproximação obtida foi de 6,5% no processo de obtenção do flanputacional do processo. É apresentada ainda a diferença relativa entre
ge e de 2,5% no processo da polia, ambas superestimando o resultado
os valores.
A diferença obtida na simulação do flange superestimou a força em prático experimental.
O erro obtido se deve principalmente a utilização de dados de entraaproximadamente 20 toneladas, representando uma discrepância de
6,5%. No caso da análise do processo de produção da polia, a diferença da obtidos em bibliografias e banco de dados de software, podendo ser
encontrada foi menor, situando-se em 4 toneladas, ou seja, 2,1% de su- minimizado ainda mais se utilizados dados experimentais específicos
do processo.
perestimação da força.
Por fim, a simulação numérica computacional apresentou resultados
Esse erro é considerado pequeno para os processos em questão e estão associados principalmente aos dados de entrada, os quais foram ob- corretos quanto à predição de preenchimento de cavidade da matriz, de
tidos de dados bibliográficos e bibliotecas do software. Através de dados onde se obteve peças com completa sanidade geométrica.
levantados experimentalmente, referentes as condições de processo e
características específicas dos materiais empregados, um resultado ain- Agradecimentos
Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvida mais preciso pode ser obtido.
mento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo apoio financeiro
Conclusões
para o desenvolvimento deste trabalho. E à Simufact-Americas
Neste trabalho ficou evidenciada a eficiência da técnica de simulação LLC pela disponibilização do programa de simulação Simufact.
numérica computacional para predizer resultados práticos do processo Forming 9.0.
26$EULO
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IRUMDPHQWRGHQmRIHUURVRV
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e acordo com o censo do departamento de
comércio dos EUA, em 2006 existiam 425 firmas
no país, que forjavam tanto aços como ligas nãoferrosas. As forjarias de não-ferrosos contavam
com um total de 16% deste total. Dentro desta classificação de
não-ferrosos, o alumínio era o metal mais comumente forjado.
Diversos fatores tornam o alumínio mais popular na
indústria do forjamento. Ele é o metal mais abundante na
crosta terrestre e é extremamente resistente à corrosão. O
alumínio forjado oferece uma razão resistência/peso altamente
vantajosa. O alumínio e suas ligas podem ser forjados em uma
grande variedade de formas. As peças forjadas variam de alguns
gramas, como as utilizadas nos equipamentos para escalada,
até muitas toneladas, como para as vigas utilizadas em aviões.
O baixo limite de escoamento do alumínio tende a ser mais
fácil para forjar que o aço, enquanto que as ligas endurecíveis
como a 7075 necessitam de elevadas pressões. Outro ponto
chave do forjamento do alumínio é que as matrizes podem
ser aquecidas a mesma temperatura que a peça de trabalho de
modo a minimizar a transferência de calor para as matrizes.
Enquanto isso, oferecem uma vantagem em termos do projeto
das matrizes e grandes desafios na formulação dos lubrificantes.
O forjamento de outras ligas não-ferrosas oferece
28$EULO
desafios completamente opostos em termos de facilidade de
movimentação do metal, como o latão e o titânio. Forjados
de latão são utilizados em inúmeras indústrias incluindo
arquitetônicas, automotivas, de saúde e militares. O latão, uma
liga de cobre, é tipicamente forjado em prensas mecânicas
e um ou dois golpes já na matriz final. Como o material é
mais facilmente forjado que ligas ferrosas ou as demais nãoferrosas, um grande número de detalhes é frequentemente
incorporado na matriz final. Isto impõe uma dificuldade que
a formulação do lubrificante permita que ocorra suficiente
movimentação do metal para que este preencha a matriz
sem se acumular na matriz. O acúmulo de lubrificante na
matriz gera um preenchimento incompleto desta pelo metal.
A menor quantidade de acúmulo frequentemente resulta
na eliminação dos detalhes no estágio final do forjamento.
A raspagem dos detalhes na ferramenta resulta na completa
remoção dos detalhes. Outro problema advindo da escolha
de um lubrificante inadequado para o forjamento é que o
mesmo se incorpore à parte interna do forjado. Isto é somente
identificado na inspeção da peças forjadas.
Outro metal não-ferroso, o titânio, é mais difícil para
forjar que o latão e o alumínio, e apresenta mais desafios no
desenvolvimento de lubrificantes. O titânio oferece a mais
elevada relação resistência/peso de todos os metais. Sua biocompatibilidade o torna uma excelente escolha para próteses
de reconstrução de ossos assim como para implantes dentários.
Ele é utilizado extensivamente para aplicações aeroespaciais,
onde seu alto custo é compensado pela sua resistência,
densidade e resistência à corrosão.
Uma das ligas mais comuns de titânio Ti-6Al-4V (6% de
alumínio e 4% de vanádio), necessita ser aquecida entre 870980°C para ser forjada. A temperatura da matriz é mantida
entre 200-260°C para pequenas operações de forjamento em
prensas mecânicas. Para peças grandes forjadas em prensas
hidráulicas, as matrizes são aquecidas entre 420-510°C.
Adicionalmente a lubrificação na prensa, um revestimento de
vidro é usualmente feito sobre a peça de trabalho de forma
a limitar a exposição ao oxigênio e nitrogênio durante o
aquecimento. Para o forjamento de ligas de titânio para
aplicações nucleares, existem ainda restrições de quais tipos de
compostos podem ser utilizados como lubrificantes.
Muitas outras aplicações de não-ferrosos existem, incluindose magnésio, berílio, tungstênio e ligas de níquel. Existe uma
sobreposição na formulação dos tipos de lubrificante para os
diversos metais não-ferrosos. O lubrificante para forjamento é
aplicado nas matrizes e deve ser consumido durante a operação
de forjamento para prevenir o acúmulo nas matrizes. Assim, a
temperatura da matriz e da peça de trabalho, são elementos
chave na formulação dos lubrificantes. A natureza da peça de
trabalho ou o tipo de liga é a principal preocupação quando
são aplicadas restrições químicas.
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IUHTXHQWHPHQWHDFRPSDQKDGDSRUFKDPDVHIXPDoD
Lubrificantes para Prensas Mecânicas
Os lubrificantes à base de grafita ainda são a preferência
História do Lubrificante de Forjamento
Antigamente os lubrificantes para forjamento de não-ferrosos
consistiam principalmente de óleos minerais, pigmentos de
chumbo ou detergentes com grafita. Naftenato de chumbo, em
combinação com grafita, podia ajudar a forjar as mais difíceis
e complexas geometrias. O óleo mineral era utilizado para
ajustar a viscosidade e a concentração destes aditivos. Grandes
nuvens de fumaça eram comuns mesmo no forjamento em
baixas temperaturas em prensas mecânicas. Em elevadas
temperaturas e em prensas hidráulicas chamas cobriam a área
da prensa. A característica que predominava era o aroma doce
de sabão de chumbo. Mesmo com o aumento do conhecimento
geral e do crescente interesse sobre a toxidade do chumbo,
um grande esforço foi necessário para substituí-lo como
lubrificante de forjamento. A resistência veio do fato de que
detergentes alternativos não forneciam a mesma movimentação
do metal que os baseados em chumbo, além do odor do novo
lubrificante ser mais ofensivo que o de chumbo. Além da
elaboração de um lubrificante adequado para substituição do
chumbo, a reeducação da força de trabalho era necessária para
ganhar aceitação. Hoje, o chumbo foi totalmente substituído
nos lubrificantes comercializados nos EUA.
Enquanto os lubrificantes se tornaram menos nocivos ao
meio ambiente e a saúde dos trabalhadores, os que eram a
base de óleos ainda geravam riscos pela fumaça e incêndios.
Os lubrificantes a base de grafita e água foram desenvolvidos
para permitir a eliminação dos à base de óleo, ao menos
nas aplicações pequenas em prensas mecânicas. Dispersões
coloidais de grafita em água invadiram o mercado tanto para
forjamento de ferrosos quanto de não-ferrosos em prensas
mecânicas. O forjamento de metais não-ferrosos é mais
exigente e necessitava de mais aditivos quando comparado aos
lubrificantes oferecidos para os metais ferrosos.
Os forjadores aprenderam a criar suas próprias misturas de
lubrificantes. Diversas receitas de lubrificantes incorporavam
grafita coloidal, na qual cera era adicionada. De modo a
melhorar a movimentação do metal, detergentes também
eram adicionados. Para reduzir a movimentação para uma
operação de recalque, foi adicionado o bórax. Em operações
de grande dificuldade, sais podiam ser adicionados para
facilitar o escoamento do metal. Outro truque era adicionar
soda cáustica para um ataque químico que escurecia a peça de
trabalho. Os forjadores tinham orgulho de suas habilidades em
criar o perfeito lubrificante para um trabalho onde o próximo
turno teria problemas. A troca de informações era feita através
de esforços individuais. Os lubrificantes eram, portanto,
necessários e deveriam ser melhorados e até hoje apresentam
um elevado nível de desempenho.
/XEULILFDQWHVGH)RUMDPHQWRGH1mR)HUURVRV
dos forjadores de não-ferrosos. A velocidade de uma prensa
mecânica diminui a necessidade de lubrificantes com respeito
ao coeficiente de atrito. Os lubrificantes para estas prensas são
frequentemente diluídos com água para uma concentração de
trabalho da ordem de 2-5% de sólidos. A liga utilizada nestas
operações é aquecida até uma temperatura em que se tenha
vantagens da forjabilidade do metal. Os lubrificantes sólidos
são os mais importantes no mecanismo de lubrificação.
Normalmente é utilizada a grafita, mas algumas vezes pode ser
o bissulfeto de molibdênio, ou menos utilizado, o nitreto de
boro. As principais diferenças entre estes lubrificantes sólidos
são o custo e a cor. O mais caro é o nitreto de boro que é um
composto branco. O bissulfeto de molibdênio é preto e custa
cerca de 20 vezes mais que a grafita, que tem cor entre cinza e
preto dependendo da morfologia das partículas. O Gráfico 01
mostra a relação entre a temperatura e o coeficiente de atrito
para estes materiais.
A grafita e o bissulfeto de molibdênio são excelentes
lubrificantes abaixo de 400°C. Acima de 400°C, o nitreto
de boro apresenta melhor desempenho. Estas propriedades
somente podem ser observadas no forjamento de superligas
onde as temperaturas e os preços dos materiais permitem seu
uso. O bissulfeto de molibdênio é praticamente igual a grafita,
mas tem a vantagem de atuar como lubrificante sob condições
de vácuo, quando a grafita não atua.
Obviamente, os lubrificantes sólidos e a água não são capazes
sozinhos de prover toda a lubrificação para o forjamento
de metais não-ferrosos. Ligantes são utilizados para segurar
a grafita nas superfícies das matrizes de forjamento. Os
ligantes incluem ceras, sabões, amidos, polímeros e compostos
formadores de vidros. Outros aditivos incluem modificadores
da lubricidade, aditivos para pressões elevadas, agentes
minerais para separação, agentes de viscosidade, promotores
de adesão, ativadores superficiais e biocidas. De um interesse
particular, são os aditivos para pressões elevadas que ajudam a
prevenir o desgaste pela formação de uma camada de reação na
superfície da matriz. Estes materiais apresentam inclusão de
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30$EULO
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FRPXPOXEULILFDQWHSDGUmRGHIRUMDPHQWRGLUHLWD
enxofre, cloro, zinco e fósforo. As regulamentações das agências
governamentais têm eliminado em muitas áreas o uso de zinco
e de cloro. O enxofre é restrito a aplicações aeroespaciais e
metais amarelos, e o fósforo a aplicações nucleares.
A formulação dos lubrificantes tem sido forçada a ser criativa
e a elaborar novos candidatos para as operações de forjamento.
Os lubrificantes sintéticos sem grafita têm sido utilizados no
forjamento de metais ferrosos há décadas. O mesmo agora é
real para o segmento de não-ferrosos. Estes novos sistemas
de lubrificação fazem um ótimo trabalho e foram utilizados
primariamente em pequenos trabalhos sem necessidade de
movimentação intensa do metal. A vida das matrizes não
tem sido comprometida, e os custos de manutenção têm sido
reduzidos. Uma lista interminável de aditivos é constantemente
ofertada aos fabricantes. Os formuladores têm sido forçados a
pesquisar pequenas alterações dos compostos existentes bem
como verificar novos compostos ainda não testados, de modo a
encontrar sinergias e soluções para o problema da lubrificação.
Lubrificantes para Prensas Hidráulicas
As prensas hidráulicas operam sob grandes cargas, entre 5.000
e 50.000 toneladas de força. O movimento lento da prensa
exige muito do lubrificante. A grande ação do lubrificante é
depositar um filme sobre as matrizes que operam entre 370°C
e 430°C com revestimentos à base de água. Os lubrificantes à
base de óleo ainda têm sido utilizados para trabalhos pesados.
Nesta temperatura incêndios são comuns e causa fumaça. É a
combustão incompleta dos óleos que resultam em problemas
ambientais e na geração de Compostos Orgânicos Voláteis
(COVs). As regulamentações dos governos têm imposto
maior controle nas emissões dos COV, o que tem forçado
as companhias a capturarem 100% dos efluentes gasosos ou
testar métodos alternativos.
Os lubrificantes à base de água podem eliminar este problema
/XEULILFDQWHVGH)RUMDPHQWRGH1mR)HUURVRV
para uma variedade de aplicações no forjamento de metais
não-ferrosos. De modo a prover a lubrificação necessária, os
revestimentos à base de água necessitam ter os componentes
dos lubrificantes à base de óleo. Isto pode ser obtido através
da emulsificação de certos aditivos do sistema à base de óleo
e compostos alternativos para os outros ingredientes vitais.
As alternativas solúveis em água são as mais desejáveis, mas
isto não é possível com certos aditivos. As formas sólidas dos
ingredientes, incluindo-se polímeros, podem ser dispersas em
pós em um ambiente aquoso. Sem os ativadores superficiais e
ligantes próprios, um revestimento à base de água pulverizado
sobre a matriz de forjamento a 430°C pode evaporar-se da
superfície sem que haja qualquer formação de depósitos.
Os lubrificantes à base de água não são diluídos, como os
produtos para as prensas mecânicas. O conteúdo dos compostos
não-voláteis está entre 20 e 25%. O revestimento deve ter,
portanto, uma excelente estabilidade e uma viscosidade que
permita fácil pulverização. Uma vez desenvolvidos, o desafio
dos lubrificantes passará a ser as suas aplicações. Os sistemas
à base de óleo são completos em suas aplicações, visto que eles
escoam para todas as áreas das matrizes. Um revestimento à
base de água forma um depósito somente onde é pulverizado.
A água evapora imediatamente, e não há escoamento na
superfície da matriz aquecida. Adicionalmente, o revestimento
não deve endurecer, forçando a parada do trabalho e a limpeza
das cabeças de pulverização.
Futuro
Os lubrificantes à base de água são, e continuarão a ser,
utilizados com sucesso na indústria de forjamento de metais
não-ferrosos. As regulamentações governamentais um dia irão
proibir o uso de lubrificantes à base de óleos. Os forjadores
serão forçados a se adaptar a novos lubrificantes e sistemas de
lubrificação. Os fabricantes de lubrificantes portanto terão
que desenvolver novos compostos e fórmulas que tenham
desempenho e estejam em acordo com as condições de
poluição zero. Enquanto os desafios são muitos, as
oportunidades, assim como o desejo por mudanças existe, e
guiam estas ações.
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Engº Gianpaulo Alves Medeiros - UFRGS, Rio Grande do Sul
Prof. Dr. Ing. Lírio Schaeffer - UFRGS, Rio Grande do Sul
$
energia eólica no Brasil já é uma realidade, atestada pelas recentes medidas do governo federal, que vão desde implantação
de parques e leis de incentivo que estabelecem a produção nacional dos aerogeradores e linhas de financiamento para pesquisa, assim
como o grande investimento de empresas estrangeiras em 2009 no Brasil
para produção de aerogeradores.
O desenvolvimento de tecnologia para fabricação de aerogeradores
passa por além de
pesquisa em eficiência e capacidade de
geração de energia,
mas também por
considerar um aspecto construtivo de
suma importância: a
altura (Figura 1). Os
geradores de alta potência (5MWATTS)
chegam facilmente a
100 metros de altura
ou mais, sendo que
a transformação do
movimento das pás
em energia demanda
)LJXUD0DQXWHQomRGHXPDHURJHUDGRU
32$EULO
de peças robustas
capazes de suportar grandes solicitações mecânicas.
Estes sistemas
mecânicos, compostos de peças
como eixos engrenagens e mancais,
como pode ser
visto na Figura 2,
são responsáveis
)LJXUD5HSUHVHQWDomRHVTXHPiWLFDGH
por grande parte
XPDWXUELQDHyOLFDFRPSHoDVPHWiOLFDVGH
do peso total do
JUDQGHSRUWHSURGX]LGDVSRUSURFHVVRVGH
aerogerador e por
GHIRUPDomRSOiVWLFDDTXHQWH
si fatores críticos
de projeto.
Estas peças de grande peso são normalmente fabricadas por
forjamento em matriz aberta ou laminação (figura 3), através da
deformação plástica do metal. Tal deformação, empregada no forjamento, possibilita a quebra da estrutura dendrítica proveniente
do estado bruto de fusão, conferindo a peça fabricada propriedades superiores se comparado a outros processos de fabricação como
fundição e usinagem.
Perspectivas
Embora o forjamento e a laminação sejam
tão antigos e amplamente dominados, a busca da redução de peso das peças dos sistemas
mecânicos dos aerogeradores sem perda de
eficiência traz novamente à tona o interesse
na pesquisa em forjamento no Brasil e em
países que buscam alto-suficiência neste setor tão promissor. Sobretudo a pesquisa nesta área, tanto na indústria como no meio acadêmico (universidades e institutos de pesquisa), concentra-se no forjamento de materiais
de alta resistência e controle de processo de
fabricação que possibilite a predição do estado macroestrutural final da peça e por consequência a garantia das propriedades mecânicas, além da obtenção de formas forjadas
muito mais próximas da geometria final da
peça (near-net-shape). Estes requisitos, sem
dúvida, exigem a análise mais refinada das
propriedades metalúrgicas das ligas e dos parâmetros de processo.
No desenvolvimento de pesquisa aplicada,
tanto no caso de tecnologia em aerogeradores como em outros casos, a aplicação de
modelos para descrever matematicamente
o comportamento dos materiais requer alto
nível de conhecimento das particularidades
de cada processo. Nestes casos a simulação
numérica pode auxiliar na obtenção de peças
com os requisitos apontados pela indústria
de energia eólica de maneira rápida (Figura
3). Através da simulação numérica é possível
pré estabelecer as variáveis responsáveis pelas
propriedades mecânicas finais da peça: a força e a energia de forjamento ou de laminação,
o fluxo de material, a recristalização dinâmica
e tamanho final de grão. Apesar da aparen-
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te simplicidade, os modelos envolvidos para
realização de uma simulação envolvem uma
série de experimentos para caracterização do
comportamento do material nas condições
de forjamento como, por exemplo: atrito entre o par tribológico matriz/peça, curvas de
deformação na faixa de temperatura de forjamento, características e parâmetros térmicos
e simulação de modelos físicos.
Apesar de não ser uma ferramenta nova, a
simulação numérica computacional tem
pouca presença nas empresas brasileiras, es-
D
E
F
)LJXUDDE3URFHVVRGHIRUMDPHQWRGHDQpLVHPPDWUL]DEHUWDFHL[RHDQpLV
SURGX]LGRVHPPDWUL]DEHUWD
tando mais difundida nas universidades e
institutos de pesquisa, onde a infraestrutura
para realização de experimentos não raramente é maior. Neste contexto, as empresas
que optam pelo desenvolvimento tecnológico como ferramenta de crescimento e desejam estar aptas a atender um mercado tão
exigente, como o mercado de Energia, devem
fazê-lo através de parcerias com Universidades e institutos de Pesquisa, haja vista as inúmeras modalidades de financiamento governamental atualmente dispostas. Em contrapartida, o governo brasileiro almeja o desenvolvimento da indústria nacional por meio
da auto-suficiência na produção de aerogeradores contando com a redução da emissão de
poluentes possibilitada pela energia limpa. As
perspectivas da energia eólica para 2010 são
muito boas, indicando um significativo aumento da porcentagem de energia eólica no
Brasil, com rumo traçado à nacionalização
da tecnologia de fabricação de aerogeradores
e bons ventos para indústria metal-mecânica.
Não obstante as Universidades e Institutos de
Pesquisa ligadas ao tema terão novos e grandes desafios pelo menos para os próximos 5
anos.
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