Calculando a tonelagem corretamente
O martelo de forjamento, a prensa de parafuso e a prensa de forjamento a quente são os três principais equipamentos de forjamento na indústria de forjamento.
Embora as respectivas tecnologias tenham sido desenvolvidas ao longo de muitos anos, elas possuem capacidades diferentes devido às suas características únicas de desempenho.
Cálculo de tonelagem de forjamento
A tonelagem de forjamento refere-se à força máxima (geralmente medida em toneladas) que uma máquina de forjamento pode suportar. Esta força é suficiente para deformar plasticamente os metais, produzindo assim os forjados necessários.
De acordo com a definição da Associação de Forjamento da China, grandes peças forjadas são produtos forjados livremente produzidos por máquinas hidráulicas de mais de 1.000 toneladas e martelos de forjamento livre de mais de 5 toneladas, bem como peças forjadas produzidas por equipamentos de forjamento a quente de mais de 6.000 toneladas e forjamento de matrizes martelos de mais de 10 toneladas.
Em aplicações práticas, a seleção da tonelagem apropriada para forjamento envolve a consideração de vários fatores, incluindo o tamanho, a forma e o grau de deformação necessário das peças forjadas.
Por exemplo, a tonelagem de uma prensa de rosca pode ser calculada usando a fórmula P= p/q= (64~73)F/q, onde P é a tonelagem da prensa de rosca (KN), p é a força de deformação necessária para forjamento em matriz (KN), e F é a área de projeção do forjamento junto com a rebarba (cm2).
Além disso, métodos de cálculo teórico e fórmulas empíricas também são utilizados para determinar a tonelagem do equipamento.
Características de desempenho e seleção de equipamentos de forjamento
1. Martelo de forjamento
1.1 Características de desempenho
O martelo de forjamento é um equipamento de forjamento usado para produzir várias peças forjadas em condições de produção de lotes de médio a grande porte.
É versátil e pode ser usado para vários tipos de forjamento.
Devido à sua estrutura simples, alta produtividade, baixo custo e adaptabilidade ao processo de forjamento, é amplamente utilizado como equipamento de forjamento.
O papel do martelo de forjamento na moderna indústria de forjamento depende dos seguintes fatores:
- Estrutura simples e baixo custo de manutenção;
- Fácil de operar e flexível;
- O martelo de forjamento pode ser usado para forjamento de múltiplas matrizes, sem necessidade de equipamento de pré-forjamento e com grande versatilidade;
- A velocidade de conformação é rápida, adaptabilidade a diferentes tipos de peças forjadas;
- O investimento em equipamentos é baixo (apenas 1/4 do investimento em prensas de forjamento a quente).
A principal vantagem do martelo de forjamento é sua rápida velocidade de golpe, o que resulta em um curto tempo de contato com o molde e o torna ideal para situações que exigem deformação em alta velocidade para preencher o molde.
Isso inclui peças forjadas com placas nervuradas finas, formatos complexos e requisitos rigorosos de tolerância de peso.
Devido às suas características operacionais rápidas e flexíveis, possui forte adaptabilidade e às vezes é chamado de equipamento “universal”.
Portanto, é particularmente adequado para a produção de vários tipos e lotes pequenos.
Em termos de custo-benefício, o martelo de forjamento é o equipamento de conformação mais vantajoso.
1.2 Como selecionar o martelo de forjamento
A energia máxima de impacto do martelo de forjamento é o parâmetro mais crítico para determinar sua capacidade de trabalho.
Ao escolher a energia de impacto de martelamento necessária, a seguinte fórmula pode ser usada como referência:
E=25（3,5～6,3）KFtotal
Na fórmula:
- E—Energia de ataque necessária para forjados (J);
- K — Coeficiente de tipo de aço (0,9 para aço de baixo carbono; 1 para aço de médio carbono e aço de liga de baixo carbono; 1,1 para aço de médio carbono e baixa liga; 1,25 para aço estrutural de alta liga);
- Ftotal—Área de deformação total do plano de forjamento (incluindo revestimento e rebarba) (㎝2)
Quando na produção em lote é necessária uma alta produtividade, a fórmula utiliza o valor limite superior de 6,3. Nos casos onde a etapa final de forjamento pode ser executada e a produtividade não é uma preocupação, o limite inferior de 3,5 é utilizado.
2. Prensa de parafuso
2.1 Características de desempenho
A prensa de parafuso é adequada para processos de forjamento, recalque, prensagem de precisão, correção, corte e dobra.
No entanto, sua capacidade de carga excêntrica média é significativamente menor em comparação com a prensa de forjamento a quente e o martelo de forjamento.
Como resultado, não é adequado para operações de aquecimento multiprocesso (como descalcificação, pré-forjamento e corte).
Portanto, ao utilizar uma prensa de rosca para forjamento final, são necessários equipamentos adicionais para a realização de processos auxiliares.
As características de forjamento da prensa de rosca são determinadas pelo desempenho do equipamento.
Como a prensa de parafuso tem as características de trabalho duplas do martelo de forjamento e da prensa de forjamento a quente, ela possui as seguintes características:
- Ter certo impacto durante o processo de trabalho;
- O curso do controle deslizante não é fixo; o dispositivo está equipado com um dispositivo de ejeção;
- A força recebida entre o cursor e a mesa durante a formação do forjamento é recebida pela estrutura da prensa.
Portanto, o forjamento da prensa de rosca possui as seguintes características:
- O controle deslizante da prensa de parafuso tem uma velocidade de curso lenta e impacto mínimo, permitindo múltiplas deformações em uma única ranhura. Como resultado, pode fornecer ampla energia de deformação para grandes processos de deformação (como recalque e extrusão) e também pode produzir força de deformação significativa para processos de deformação menores (como prensagem de precisão e estampagem).
- Como o curso do controle deslizante não é fixo e possui um dispositivo de ejeção, ele é adequado para recalque para forjamento de matriz sem rebarba e forjamentos de haste longa. Para o processo de extrusão e corte, um dispositivo de limite de curso deve ser adicionado ao molde.
- A prensa de parafuso tem capacidade limitada para lidar com cargas excêntricas e geralmente é usada para forjamento em matriz de ranhura única. A peça bruta é normalmente produzida em outros equipamentos auxiliares. Em casos de pequenas forças excêntricas, é possível ter duas ranhuras, como no processo de dobramento por prensa seguido de forjamento final ou recalque seguido de forjamento final.
O uso de uma prensa de rosca para forjamento é limitado por fatores desfavoráveis, incluindo tonelagem do equipamento, baixa velocidade de operação e necessidade de equipamento auxiliar para estampagem. É normalmente usado para a produção de lotes pequenos e médios de peças forjadas de pequeno e médio porte.
2.2 Adaptabilidade a outras matrizes de forjamento pressair
A prensa de parafuso opera usando energia de impacto e possui características de trabalho semelhantes às de um martelo de forjamento. O curso do controle deslizante de pressão é ajustável e pode retornar a qualquer posição antes de atingir seu ponto mais baixo. A quantidade de energia de impacto e o número de golpes podem ser controlados com base no trabalho de deformação necessário para o forjamento.
Porém, durante o forjamento, a resistência à deformação do forjamento é equilibrada pela deformação elástica do sistema de fechamento do leito. A prensa de rosca possui estrutura semelhante à de uma prensa de forjamento a quente, o que a torna um dispositivo de forjamento com certa capacidade de sobrecarga.
A capacidade de carga excêntrica média da prensa de parafuso é menor em comparação com a da prensa de forjamento a quente e do martelo de forjamento CNC, tornando-a adequada apenas para forjamento em matriz de ranhura única. Equipamento adicional pode ser necessário para completar o processo auxiliar ao usar uma prensa de rosca para forjamento final.
O controle deslizante da prensa de parafuso tem uma velocidade de curso mais lenta e uma frequência de operação mais baixa, e só pode realizar deformação de golpe único em uma ranhura. Durante a deformação de impacto único, a parte central da peça bruta sofre deformação significativa, fazendo com que ela flua horizontalmente e forme uma grande borda ruiva, dificultando o preenchimento do metal em ranhuras profundas e aumentando a probabilidade de dobramento em comparação com o forjamento com martelo. Isto é particularmente pronunciado para peças forjadas com formas transversais complexas.
Além disso, a prensa de parafuso tem pouca flexibilidade e uma vida útil mais curta da matriz em comparação com um martelo de forjamento CNC. É adequado para forjar peças com formato relativamente simples, baixos requisitos de precisão e alta energia de deformação. A energia e a frequência de impacto são geralmente determinadas pelo operador com base no trabalho de deformação necessário para o forjamento.
No entanto, a prensa de parafuso tem um desempenho de controle ruim em comparação com um martelo de forjamento CNC, levando a uma qualidade de forjamento instável e dificuldades na automação. Geralmente é usado para produção de lotes pequenos e médios de peças forjadas de pequeno a médio porte.
2.3 Como selecionar Prensa de parafuso
A fórmula de cálculo para selecionar a tonelagem da prensa de rosca é a seguinte:
1）P= p/q=（64～73）F/q
Na fórmula:
- P—Tonelagem da prensa de parafuso (KN);
- p—Força de deformação necessária para forjamento em matriz (KN)；
- F—Peça forjada junto com a área projetada do flash (㎝2)；
- (64~73)—O coeficiente de forjados complexos é 73, e os forjados simples é 64；
- q—q é um coeficiente de deformação, que pode ser dividido em curso e trabalho de deformação no forjamento de uma prensa de parafuso:
- Para peças forjadas que requerem um grande curso de deformação, deformação e trabalho de deformação para forjamento em matriz, o valor de q deve estar entre 0,9 e 1,1.
- Para peças forjadas que requerem um curso de deformação menor e trabalho de deformação para forjamento em matriz, o valor de q é 1,3.
- Para peças forjadas que requerem apenas um pequeno curso de deformação, mas requerem uma grande força de deformação para prensagem de precisão, o valor de q é 1,6.
2） P=（17,5～28）K·Ftotal(KN)
Na fórmula:
- Ftotal—Área total projetada de peças forjadas junto com rebarba (㎝2)；
- K — Coeficiente de tipo de aço (0,9 para aço de baixo carbono; 1 para aço de médio carbono e aço de liga de baixo carbono; 1,1 para aço de médio carbono e baixa liga; 1,25 para aço estrutural de alta liga);
- (17,5~28)—O coeficiente 28 é usado para dificuldades de deformação (como deformação por extrusão, deformação de borda flash, etc.) e alta produtividade. Caso contrário, o coeficiente é considerado 17,5.
A fórmula acima se aplica ao cálculo da tonelagem do equipamento necessária para cursos de forjamento duplos a triplos. Se for necessário um único golpe de forjamento, o cálculo deverá ser multiplicado por dois.
3. Prensa de forjamento a quente
3.1 Características de desempenho
As características do forjamento em prensas de forjamento a quente são determinadas pelo projeto estrutural da prensa. Possui os seguintes recursos notáveis:
A rigidez da estrutura da prensa de forjamento a quente e do mecanismo de articulação da manivela é alta, resultando em deformação elástica mínima durante a operação, levando a maior precisão nas peças forjadas produzidas.
O controle deslizante apresenta uma estrutura adicional semelhante a um nariz, melhorando o comprimento da guia e melhorando a precisão da guia. Com orientação precisa e o uso de uma matriz combinada com um dispositivo de guia, as prensas de forjamento a quente são capazes de produzir peças forjadas com maior precisão. As ranhuras de cada degrau são feitas em um prático inserto e fixadas à fôrma universal por meio de parafusos de fixação, eliminando contra-ataques durante a operação.
O curso de trabalho da prensa é fixo, com uma etapa concluída em um só golpe e um dispositivo de ejeção automática incluído.
3.2 Adaptabilidade a outros equipamentos de forjamento:
A prensa de forjamento a quente tem um determinado curso e opera em uma velocidade lenta, o que permite que a peça bruta sofra a deformação predeterminada em um único golpe. No entanto, isso resulta em deformação significativa no meio do tarugo, fazendo com que ele flua facilmente na direção horizontal e forme uma grande rebarba, o que impede que o metal em ranhuras profundas seja preenchido de forma eficaz.
Além disso, é mais provável que ocorra dobramento de peças forjadas do que martelamento, especialmente para aquelas com formas transversais complexas.
Para superar esses desafios, é necessário usar uma etapa de moldagem para aproximar a peça bruta do formato de forjamento desejado, o que requer um projeto cuidadoso da etapa de forjamento da matriz. Por outro lado, os martelos de forjamento têm um grande número de golpes por minuto e podem controlar o peso do martelo para atender aos requisitos de deformação da peça bruta. Isso torna mais fácil operar e forjar peças forjadas, como alongamento e laminação.
No entanto, os processos de laminação longa e de laminação são difíceis de realizar em uma prensa de forjamento a quente. Para blanks longos do tipo haste com grandes diferenças de seção transversal, outros equipamentos, como martelos pneumáticos, máquinas de forjamento de rolos ou máquinas de forjamento plano, devem ser usados para estampagem e estiramento/laminação.
A prensa de forjamento a quente também enfrenta dificuldades na remoção da incrustação de óxido na superfície da peça bruta, principalmente em suas extremidades, que é facilmente pressionada na superfície do forjamento.
Para evitar isso, deve-se utilizar aquecimento elétrico e outros métodos de aquecimento sem oxidação. A prensa de forjamento a quente adota uma matriz combinada com um dispositivo de guia, e as ranhuras de cada etapa são feitas em inserções convenientes.
Este design torna o tamanho das matrizes de inserção muito menor do que o dos martelos, economizando efetivamente o material do molde e tornando a fabricação, uso e reparo dos moldes de inserção muito mais convenientes.
3.3 Como selecionar a prensa de forjamento a quente
A tonelagem da prensa de forjamento a quente é determinada com base na resistência máxima à deformação no final do processo de forjamento. A pressão de forjamento (P) pode ser calculada usando a seguinte fórmula empírica:
P=（64～73）KF
Na fórmula:
- F —Área de projeção de peças forjadas, incluindo pontes flash (cm2)；
- K — Coeficiente de tipo de aço (0,9 para aço de baixo carbono; 1 para aço de médio carbono e aço de liga de baixo carbono; 1,1 para aço de médio carbono e baixa liga; 1,25 para aço estrutural de alta liga);
Para peças forjadas com formato simples, grande superfície redonda, nervuras baixas e grossas e parede espessa, o coeficiente de complexidade tem um valor pequeno, e o oposto é verdadeiro.
Tabela de comparação de desempenho de prensa de forjamento de três matrizes
|
Item |
Martelo a vapor | Prensa de parafuso | Manivela |
Morrer martelo de forjamento |
| Velocidade de ataque (m/s) | 4~7 | 0,6~0,8 | 0,3~0,7 | 4~6 |
| Tempo de ataque frio (ms) | 2~3 | 30~60 | 30~60 | 2~3 |
| Tempo de formação (ms) | 5~15 | 30~150 | 80~120 | 5~15 |
| Frequência de ataque | 80~100 | 6~15 | 40~80 | 80~110 |
| Flexibilidade | Bom | Ruim | Ruim | Bom |
| Rácio de investimento | 1 | 1~2 | 4 | 2 |
| Adaptabilidade | Pequeno lote multi-variedade | Peça única em grandes quantidades | Peça única em grandes quantidades | Pequeno lote multi-variedade |
| Complexidade da estrutura | Mais simples | Média | Mais complicado | Simples |
| Grau de automação | Ruim | Ruim | Bom | Bom |
| Princípio de forjamento | Formação de múltiplos martelos | Um impacto formando | Formação de pressão estática | Formação de múltiplos martelos |
| Precisão de trabalho | Ruim | Ruim | Alto | Alto |
| Comparação do consumo de energia | 15 | 2~3 | 3 | 1 |
Relação equivalente de equipamentos de forjamento de três matrizes
Ao selecionar equipamentos de forjamento com capacidades semelhantes, a relação de conversão entre as capacidades do equipamento de forjamento é a seguinte: um martelo de forjamento de 25KJ (martelo de dupla ação de 1 tonelada) é equivalente a uma prensa de forjamento a quente de 10.000 KN, que por sua vez é equivalente a uma prensa de rosca de 3.500 a 4.000 KN.
Como escolher a tonelagem apropriada da prensa de forjamento com base nos diferentes tipos de peças forjadas?
A seleção da tonelagem de forjamento apropriada requer consideração inicial do tamanho e da deformação das peças forjadas. Para diferentes tipos de peças forjadas, o equipamento de forjamento necessário, o consumo da unidade de combustível, o consumo do molde e muito mais variam, o que significa que a escolha da tonelagem deve ser baseada nas circunstâncias específicas das peças forjadas.
Por exemplo, as ligas de titânio têm alta resistência à deformação durante o processo de forjamento, portanto, ao escolher o equipamento de tonelagem de forjamento, atenção especial deve ser dada ao tamanho e à deformação das peças.
Além disso, o grau do forjamento é uma consideração importante.
De modo geral, peças forjadas com maior resistência e dureza podem suportar maiores cargas e pressões, o que significa que o grau do forjado também deve ser levado em consideração ao selecionar a tonelagem do forjamento. Por exemplo, o aço grau 3 tem maior resistência e dureza do que o aço grau 2, portanto, a escolha da tonelagem de forjamento pode exigir equipamentos maiores para atender às suas necessidades de processamento.
A escolha da tonelagem correta de forjamento requer uma consideração abrangente do tamanho e da deformação das peças forjadas, da qualidade do material e dos custos de produção.
Na prática, isso pode ser conseguido calculando a tonelagem da pressão de forjamento e organizando a posição da cavidade do molde em conjunto com o espaço de trabalho e a estrutura do equipamento, permitindo o projeto geral dos componentes do molde de forjamento. Isto garante não apenas a qualidade das peças forjadas, mas também um controle eficaz sobre os custos de produção.
