6.2 – ANÁLISE DAS MATRIZES PROJETADAS E MONTADAS

As matrizes, superiores e inferiores, de pré-forma e forma final foram confeccionadas já divididas em partes, como proposto para flexibilização do processo de forjamento a quente no Capítulo 5, no item 5.3.3. Isto permitiu que as partes mais solicitadas durante o forjamento, e sujeitas a um maior desgaste e risco de fratura, fossem feitas com um material mais adequado.

Uma discussão sobre as vantagens de se dividir o ferramental em partes é feita no item 6.2.1 deste Capítulo. As Figuras 6.1 e 6.2 mostram desenhos do conjunto das matrizes finais e de pré-forma do forjado 01.

Para se definir a geometria das matrizes de pré-forma que permitam obter as pré-formas de todos os forjados que compõem uma família seguiram-se as recomendações dadas no item 5.2.2 e 5.2.3.

O conjunto das matrizes inferior e superior finais foi dimensionado de forma que os espelhos dos forjados 01 e 02 fiquem localizados na parte inferior desses forjados.

Figura 6.1 – Conjunto das matrizes inferior e superior finais do forjado 01.

extrator extrator Matriz inferior Anel inferior _Anel superior

Figura 6.2 – Conjunto das matrizes inferior e superior de pré-forma do forjado 01.

A adoção de um espelho na parte inferior do forjado foi definida em vista da pré-forma proposta – “canoa” simples – que requer um extrator menos saliente para que ele possa se alojar mais adequadamente dentro da matriz inferior final.

Para formação de um espelho localizado no meio dos forjados 01 e 02 seria necessário um extrator mais saliente o que dificultaria o posicionamento da pré-forma proposta.

Além disso, para os forjados 01 e 02, este tipo de extrator exigiria da prensa maiores cargas para deformação do material sobre o extrator, devida a sua grande penetração na peça durante a conformação, a fim de preencher a parte mais baixa da matriz inferior. Isso levaria a um desgaste elevado do extrator, ocasionado pelo maior atrito dinâmico. Quando se opta por espelho localizado no meio forjado em vista de sua geometria, a pré-forma adotada é a do tipo “bolacha” plana e, neste caso, o extrator também não é saliente.

6.2.1 – Divisão das Ferramentas em Partes

Quando se utiliza máquinas CNC, visando uma maior produtividade e qualidade de peças com geometrias complexas e que exijam precisão, não é possível a usinagem de quaisquer geometrias e/ou dimensões devido às dificuldades de acesso da ferramenta, à necessidade de ferramenta especial e às próprias limitações da máquina, como a dimensão máxima e mínima da peça possível de ser usinada. Uma maneira de contornar estas limitações é a divisão de uma peça em partes que possam ser obtidas através destas máquinas. No caso da usinagem das matrizes utilizadas no forjamento, este procedimento passou a ser adotado, uma vez que as máquinas universais foram substituídas pelas CNC. Esta divisão não somente a facilita o processo de

Matriz Inferior

(Pré-forma) Matriz Superior (Pré-forma) Anel Inferior

(Pré-forma)

Anel Superior (Pré-forma)

usinagem, agilizando a obtenção das matrizes, mas também permite outras vantagens como: 1) Adotar material resistente ao desgaste para as partes mais solicitadas: no forjamento existem determinadas partes das matrizes que sofrem maiores desgastes causados pelo atrito dinâmico gerado pelo deslizamento do material que se deforma sobre as superfícies das mesmas. Estas regiões mais desgastadas correspondem àquelas adjacentes às partes do material que sofrem maiores tensões e deformações, e podem ser vistas nos resultados da simulação via DEFORM. 2) Possibilitar a reparação ou substituição de uma determinada parte da matriz: a medida que a matriz se desgasta é necessário que se faça uma regravação – preenchimento da superfície com solda e usinagem, ou somente usinagem - ou substituição da mesma, quando não for possível recuperá-la. A divisão das matrizes em partes permite que somente aquelas cujo desgaste é prejudicial ao processo possam ser retrabalhadas ou substituídas, diminuindo-se os gastos com material. A facilidade na recuperação também é maior, uma vez que as dimensões e/ou peso das partes componentes das matrizes são menores em relação ao que seria, se as mesmas fossem formadas de uma peça única.

3) Facilitar a manipulação das matrizes durante a montagem e desmontagem das mesmas: o fato das matrizes estarem particionadas, permite que sejam manipuladas mais facilmente durante sua montagem ou desmontagem sobre o dispositivo de troca rápida, ou mesmo diretamente sobre a prensa, o que não ocorre quando a matriz é constituída de uma única peça, necessitando um maior esforço para serem manipuladas.

4) Possibilitar a padronização de partes do ferramental: os anéis superior e inferior da matrizes de pré-forma e o anel superior da matriz final poderão ser usados para diferentes forjados de outras famílias, bastando substituir as matrizes superior e inferior

Diferente do proposto por A. Thomas (Thomas, s.d.), que utiliza um suporte e chaveta para prender o inserto no porta matriz, as partes que compõem a matriz possuem uma geometria que impede o movimento relativo entre elas após a fixação do conjunto sobre a prensa, a menos da possível rotação durante o forjamento. Porém, como se trabalha com peças simétricas este movimento não afeta a qualidade do forjado. As partes componentes das matrizes, como se observa nas figuras 6.1 e 6.2, são encaixadas uma nas outras. Os ajustes entre as partes variam entre o tipo deslizante e o com folga, requerendo um cuidado especial na usinagem das mesmas. A. Thomas (Thomas, s.d.) propõe também o travamento entre o inserto e o porta matriz através do ajuste a quente, o que dificulta o processo de desmontagem do conjunto, diferentemente do

que acontece quando se utiliza um ajuste deslizante ou com folga.

Analisando-se os resultados da simulação via DEFORM para obtenção do forjado 01 a partir da pré-forma proposta verifica-se que as regiões mais deformadas do material são aquelas onde atuam o punção - conjunto superior - e o extrator - conjunto inferior. Em seguida, as regiões denominadas matriz inferior e matriz superior contribuem para a deformação do material, mas em um grau relativamente menor comparado com o promovido pelo punção e extrator. A superfície do anel é responsável pela contenção do material na finalização do processo de deformação para obter o forjado acabado. O material nesta região sofre pouca deformação não havendo grande deslizamento do mesmo sobre a superfície do anel.

Desta forma pode-se especificar um material mais resistente ao desgaste – custo maior - para o punção, extrator e matrizes superior e inferior. Os anéis superior e inferior podem ser produzidos com um material de custo menor. Assim, o punção, extrator e matrizes, superior e inferior, de pré-forma e forma final foram confeccionados com aços VMO ou VPCW tratados termicamente, enquanto os anéis, superior e inferior, das matrizes de pré-forma e forma final foram produzidos com aço SAE 1040. No caso de uma matriz não particionada, a mesma deve ser produzida com o material mais resistente ao desgaste. Além disso, ao contrário da matriz particionada que permite a substituição somente das partes desgastadas, a não particionada deverá ser inteiramente substituída quando sua recuperação for inviável.