Noções básicas de forjamento de alumínio - forjamento a quente e forjamento a frio

O alumínio e suas ligas estão entre os metais não ferrosos mais populares, ocupando o segundo lugar na produção, depois do aço. O alumínio é o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre em peso e é mais abundante do que todos os outros metais não ferrosos juntos. Sua densidade é apenas um terço da do aço (2,7 g/cm³ para ligas de alumínio e aproximadamente 7,85 g/cm³ para o aço). Essa baixa densidade faz com que as ligas de alumínio sejam ideais para aplicações leves, com boa resistência, rigidez e alta vida útil à fadiga, o que as torna ideais para membros que transportam cargas.

As ligas de alumínio são altamente dúcteis e, portanto, adequadas para projetos complexos e forjamentos de tolerância estreita. As peças forjadas de alumínio têm características melhores do que as peças forjadas de aço em termos de resistência à corrosão, condutividade térmica e propriedades não magnéticas. Em muitos aspectos, elas são superiores às peças forjadas de aço.

As peças forjadas de alumínio têm muitas aplicações devido às suas características; são usadas em maquinário, aviação, automóveis, ferrovias, navios, construção, pontes, produtos químicos e usinas de energia. O alumínio pode ser substituído por peças forjadas de aço, o que pode diminuir o peso dos produtos mecânicos em 60% e aumentar a resistência. Isso fez com que ele fosse amplamente usado nos setores de aviação, aeroespacial e de defesa devido ao seu peso leve e alta resistência. Por exemplo, as estruturas das aeronaves contêm forjamento de alumínio na faixa de 15% a 50%. Este artigo discutirá o processo de forjamento de alumínio e as técnicas mais comuns de forjamento de alumínio, como forjamento a quente, a frio e por gota.

Características de forjabilidade do metal de alumínio

No aspecto da forjabilidade, as ligas de alumínio são quase iguais ao aço carbono e ao aço estrutural de baixa liga.

Variação na resistência à deformação em altas temperaturas

As ligas de alumínio apresentam uma ampla gama de resistência à deformação (ou tensão de fluxo), dependendo do tipo de liga. As ligas de alumínio de baixa a média resistência da série 6000 são mais suscetíveis à deformação em temperaturas elevadas. Por outro lado, as ligas de alumínio de alta resistência, especialmente as da série Alumínio série 7000 como as ligas Al-Zn-Mg-Cu, foram relatadas como oferecendo maior resistência à deformação em altas temperaturas.

Por exemplo, uma liga de alumínio duro tem um limite de resistência ao forjamento de 40 MPa a 500°C, enquanto a liga de alumínio 6061 tem um limite de resistência ao forjamento de 20 MPa. Isso significa que a carga de deformação do forjamento para a última é aproximadamente a metade da carga da primeira.

Resistência à deformação em altas temperaturas e em temperatura ambiente

À temperatura ambiente, a maioria das ligas de alumínio resistentes à deformação oferece menos resistência à deformação do que o aço carbono. Porém, em altas temperaturas, sua capacidade de resistir à deformação pode ser menor, semelhante ou até melhor do que a do aço carbono.

Sensibilidade à temperatura

As ligas de alumínio são muito sensíveis às mudanças de temperatura. Isso ocorre porque, à medida que a temperatura diminui, sua capacidade de resistir à deformação aumenta em uma taxa muito alta. Esse aumento na dureza é maior do que o do aço carbono. Para o aço-carbono e o aço estrutural de baixa liga, o limite de resistência é 1,5 vezes maior se a temperatura for reduzida em 100°C. Por outro lado, uma queda de temperatura de 50°C pode levar a um aumento de 50% a 300% na resistência das ligas de alumínio.

Métodos de forjamento de peças de alumínio

O alumínio é uma liga macia e de baixa densidade que é frequentemente usada em combinações com outros metais  como cobre, magnésio, estanho ou zinco para melhorar sua formabilidade, dureza e capacidade de reforço. As ligas de alumínio são facilmente forjáveis e, por isso, 85% das peças de alumínio são forjadas.

Os produtos forjados são relativamente mais fortes do que os produtos de alumínio fundido porque possuem as características de dois metais. Como o alumínio tem uma baixa temperatura de fusão, é mais barato do que os produtos forjados. As ligas de alumínio mais comumente usadas para aplicações de forjamento incluem: Al 6061, 6063, 6082 e 7075. Essas ligas são usadas em peças e sistemas de engenharia em que a proteção contra corrosão e a baixa densidade são importantes. As peças forjadas de alumínio são amplamente utilizadas em vários setores, como construção naval, peças automotivas internas e externas, motores, aeroespacial e outros produtos industriais de manufatura em que a capacidade de resistir a condições adversas, como em embarcações marítimas, desempenha um papel indispensável. .

Forjamento a quente de alumínio

O forjamento a quente de alumínio envolve serrar e aquecer barras de alumínio a altas temperaturas. Esse processo, chamado de recristalização, refina a estrutura de grãos do alumínio e melhora a resistência, a ductilidade e a força de escoamento das peças forjadas. O forjamento a quente também é altamente eficiente no uso do material, pois gera pouca sucata de material. O forjamento a quente de peças de alumínio pode ser feito em nossa fábrica para atender aos projetos e tamanhos exigidos por nossos clientes.

Alumínio CForjamento antigo

O forjamento a frio de alumínio é particularmente adequado para componentes de alumínio porque o alumínio é altamente dúctil e fácil de manipular. Essa técnica resulta em peças altamente precisas que exigem pouca ou nenhuma usinagem adicional e é mais adequada para a fabricação de produtos simétricos. O forjamento a frio é mais econômico do que o forjamento a quente na maioria dos casos. O processo de forjamento a frio envolve dobrar o estoque de barras no formato necessário e, em seguida, comprimi-lo entre uma matriz para obter o formato final. Entretanto, devido à natureza relativamente macia do alumínio, recomenda-se o tratamento térmico para aumentar a dureza das peças forjadas. Essas características tornam as peças forjadas de alumínio essenciais em muitos setores e aplicações.

Nesse processo, a parte superior da matriz é fixada no martelo e a parte inferior da matriz é fixada na bigorna. A peça de trabalho de alumínio aquecida é colocada na bigorna dentro da metade inferior da matriz. Em seguida, a peça de trabalho é forçada a entrar na cavidade da matriz com uma força uniforme até ocupar completamente a cavidade da matriz. Nesse estágio, qualquer excesso de alumínio é ejetado pelas aberturas entre as duas metades da matriz. Esse excesso de material, chamado de flash, é recolhido e utilizado novamente no processo de produção.

Forjamento de gota de alumínio

O forjamento por queda é um método de forjamento que envolve a colocação de uma peça de alumínio entre duas metades de uma matriz e o uso de um martelo para moldar o material, tornando-o ideal para a produção em larga escala de peças de alumínio. As ligas de alumínio são preferidas para forjamento por gota devido ao seu peso leve, e as ligas das séries 6000 e 7000 são as mais adequadas. Depois que a peça de trabalho é forjada, qualquer excesso de material, chamado de flash, é cortado e as peças podem ser processadas posteriormente.

Sabe-se que o alumínio é reforçado, endurecido e tem características de fadiga aprimoradas pelo processo de forjamento por queda. Esse processo de deformação controlada permite obter alta precisão e uniformidade, o que o torna um processo barato e sem desperdício que pode ser usado para fabricar formas complexas.

As características da liga de alumínio são as seguintes:

Metais como o alumínio têm uma característica conhecida como plasticidade, que é a capacidade do material de se deformar sob forças externas elevadas. O alumínio tem a capacidade de manter sua estabilidade estrutural. A ductilidade das ligas de alumínio define sua processabilidade e as circunstâncias em que o forjamento em matriz pode ser realizado.

Embora as ligas de alumínio apresentem uma taxa de fluxo de 50% da do aço, seu coeficiente de atrito nas superfícies do molde é três vezes maior. Isso resulta em alta aderência, baixa trabalhabilidade e baixa ductilidade durante as operações de forjamento.

Como forjar alumínio: Um guia abrangente

O forjamento de alumínio é um processo de prensagem do alumínio em várias configurações de design usando uma prensa de forjamento ou um martelo. Esse processo ajuda a replicar vários padrões de design de protótipos para uso industrial, como defesa, automotivo e aeroespacial.

Etapa 1: Preparação

Em primeiro lugar, o tarugo de alumínio deve ser obtido adequadamente, o que significa que deve ser puro, livre de impurezas e ter as dimensões corretas para o uso pretendido.

Etapa 2: Aquecimento

Aqueça o tarugo até a temperatura correta antes do processo de forjamento. Essa etapa torna o alumínio mais maleável do que o aço e, portanto, mais fácil de trabalhar do que o aço. A temperatura depende do tipo específico de liga e do formato do produto final a ser produzido. Normalmente, as ligas de alumínio são forjadas em temperaturas que variam de 700 a 950 graus F, mas algumas ligas podem exigir até 1100 graus F.

Etapa 3: Forjamento de alumínio

Quando o tarugo atinge a temperatura necessária, ele está pronto para ser forjado. Em uma oficina de forjamento, uma grande força é usada para moldar o alumínio por meio de uma prensa de forjamento ou martelo. O processo de forjamento envolve três etapas principais:O processo de forjamento envolve três etapas principais:

• Revolvimento: Exercer pressão em uma extremidade do tarugo para alongá-lo e torná-lo mais fino.
• Estiramento: O tarugo é então esticado até o comprimento e o formato necessários da barra.
• Acabamento: ajuda a replicar a forma final e a cortar o material desnecessário da superfície das peças.

Etapa 4: Resfriamento

O alumínio forjado é então resfriado gradualmente à temperatura ambiente. O resfriamento em uma taxa alta pode levar à formação de rachaduras ou distorções, especialmente em peças forjadas grandes

Etapa 5: Usinagem e acabamento de superfície

Esse processo envolve o uso de ferramentas, como brocas ou ferramentas de corte, para moldar as peças forjadas na forma e no tamanho finais desejados. A etapa final do processo é polir ou revestir o material para melhorar o acabamento da superfície e garantir que ele não seja corroído facilmente no futuro.

O forjamento de alumínio é um processo comum que envolve a modelagem de metais por meio da aplicação de força e é usado para produzir uma ampla gama de produtos, desde peças pequenas até estruturas grandes.

Dicas úteis para forjamento de alumínio

Considere as dicas a seguir para garantir o sucesso do forjamento de alumínio:

1. Selecione a liga de alumínio correta: Selecione a liga apropriada para seu produto, pois diferentes ligas têm diferentes temperaturas e propriedades de forjamento.
2. Gerencie a temperatura: Certifique-se de que o tarugo de alumínio esteja dentro da temperatura adequada para a liga específica, observando-a com frequência.
3. Use o equipamento certo: Use uma prensa de forjamento ou um martelo com a tonelagem e o curso corretos para o trabalho que precisa ser feito.
4. Colaborar com empresas especializadas em forjamento de alumínio: Para os iniciantes no forjamento de alumínio, é aconselhável procurar uma empresa que esteja no ramo há algum tempo, como a Sincere Tech. Eles podem ajudá-lo a escolher a liga, a temperatura e o equipamento corretos, além de fornecer orientação durante todo o processo de forjamento.

Benefícios das peças de alumínio forjado

As peças de alumínio forjado oferecem vários benefícios, incluindo:As peças de alumínio forjado oferecem vários benefícios, incluindo:

Força

O forjamento de alumínio cria peças mais robustas do que aquelas criadas por meio de fundição e usinagem. O fluxo de grãos no material se adapta ao formato do componente durante o forjamento, o que aumenta a resistência do material e, portanto, a vida útil do componente. O alumínio forjado também é preferido em aplicações em que os componentes são submetidos a cargas de impacto repetidas, cargas cíclicas e outras condições estressantes.

Custo

O forjamento de alumínio é geralmente mais econômico em termos de prazo de entrega, custo do material e outras considerações de fabricação. Em comparação com a fundição de alumínio, o forjamento é relativamente mais barato em termos de ferramentas e tem uma taxa de produção mais alta.

Características mecânicas

A conformação de metais altera a microestrutura das ligas de alumínio de forma positiva, melhorando suas características mecânicas. Esse processo aumenta a resistência à tração, a resistência ao escoamento, a tenacidade e as propriedades de fadiga.

Durabilidade e confiabilidade

Outras técnicas de conformação de alumínio podem produzir peças com porosidade e vazios, o que pode comprometer o desempenho. Esses problemas são resolvidos no forjamento, pois ele envolve a aplicação de forças de compressão que melhoram o desempenho, a resistência e a confiabilidade dos produtos forjados.

Precisão dimensional

O alumínio é uma liga livre de encolhimento no forjamento, pois é aquecido até sua temperatura de recristalização, seja um pouco abaixo ou acima. Os tarugos de alumínio são processados em formas sólidas e, portanto, os produtos finais possuem um alto grau de precisão em termos de dimensão.

Retenção de propriedade

O processo de forjamento não altera de forma alguma as excelentes características do alumínio. O metal é dobrado, torcido e deformado e nenhum dos atributos positivos do metal é afetado.

Redução de resíduos de materiais

O setor de manufatura atual se concentra principalmente em minimizar o desperdício para economizar custos, e inovações estão sendo feitas para usar técnicas sem impactos negativos sobre o meio ambiente. Durante o forjamento de alumínio, o flash ocorre durante o forjamento de matriz aberta e fechada, e isso pode ser facilmente utilizado e reciclado após a conclusão do ciclo. Portanto, a geração de material residual é bastante baixa, pode-se dizer que é insignificante. O alumínio está entre os metais mais reciclados do mundo e essa propriedade o torna ideal para aplicações que exijam peças ou produtos sustentáveis que possam adornar ambientes adversos. .

Produção de alto volume

O forjamento de alumínio é uma abordagem meticulosa de metalurgia que pode criar milhares de componentes intrincados e detalhados em um tempo mínimo. O processo geralmente leva menos tempo, desde a transformação do projeto até a conclusão do produto, podendo chegar a dois meses. O forjamento de alumínio é um processo que produz uma grande quantidade de produtos de alumínio, mas tem uma produção mínima de sucata.

Principais conclusões

Alumínio forjamento O forjamento de alumínio se tornou um método de fabricação adaptável e um dos mais eficazes e amplamente utilizados em diferentes setores. A adesão às etapas e dicas fornecidas neste guia resultará em um forjamento de alumínio bem-sucedido e na produção de produtos de qualidade que atendam às exigências dos clientes. Recomenda-se escolher a liga de alumínio correta, controlar a temperatura, usar ferramentas adequadas e trabalhar com uma empresa de forjamento experiente. Portanto, é possível fabricar produtos de alumínio que atendam aos mais altos padrões de qualidade e desempenho usando os métodos corretos de pré-aquecimento, forjamento, resfriamento e acabamento.

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