Substituição do processo de usinagem pelo processo de forjamento a quente na fabricação da pré-forma de brocas de furação de rochas

Abstract

Este trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade da troca de processo de usinagem pelo processo de forjamento a quente na fabricação da cavidade interna da pré-forma de brocas de furação de rochas, onde se observa na comparação entre os processos uma menor perda de matéria prima na utilização do novo processo, o que caracteriza a viabilidade dessa mudança. Foram realizados ensaios de forjamento para fabricação da cavidade da broca. Primeiramente, se utilizou um punção cônico, com um formato conveniente para forjar essa cavidade em materiais de fácil modelamento físico, como plasticina e gesso, pois estes materiais têm o comportamento similar ao do aço durante o processo de forjamento a quente. Os resultados foram satisfatórios, à medida que a cavidade foi formada por este processo com a realização de uma única etapa, com pouca perda de material através da formação de rebarba. Em uma segunda etapa, foram feitos ensaios com cobre eletrolítico, que apresentam o comportamento ainda mais próximo ao aço no processo. Com os resultados obtidos nos ensaios com materiais de modelamento físico e a utilização da Teoria Elementar da Plasticidade para verificar a aproximação dos ensaios experimentais do cobre com cálculos matemáticos, foram obtidos melhores resultados, pois com a diminuição da altura inicial do billet se conseguiu a formação da cavidade e uma formação mínima de rebarba. A partir dos resultados obtidos nos experimentos acima, foi possível otimizar o projeto do ferramental, tornando o mesmo adequado ao forjamento a quente da peça desejada, sendo esta confeccionada em aço AISI 8640. Variando-se a altura e o volume do billet, chegou-se a uma pré-forma ideal, onde se forjou a cavidade da peça, com um mínimo de rebarba. Este fato demonstrou a economia de material em relação a quantidade utilizada no processo atual (por usinagem).

The objective of this work is to show the viability of replacing machining process for hot forging process in the manufacturing of the internal cavity of drill bits of rocks, where it is observed, comparing the process, a less loss of raw material using a new process, what characterizes the viability of this change. Forging tests were done to manufacture the drill cavity. At first, a conic punch was used, with a convenient format to forge this cavity in easy physical modeling materials, as plasticine and chalk, for these materials have a similar behavior as steel during the hot forging process. The results were satisfactory, while the cavity was formed by this process with only one stage, with less loss of material through flash formation. In a second stage, tests with copper, that present a closer steel process behavior, were also done. With the results obtained in tests with physical modeling materials and in the use of the Elementary Plasticity Theory to verify the proximity of experimental copper tests with mathematical calculus, the best results were obtained, because with the reduction of the initial height of the billet, cavity formation and a minimum flash formation were got. From the results obtained in the experiments above, it was possible to optimize the tooling project making it appropriate to the hot forging of the desired workpiece, manufactured with AISI 8640 steel. Varying the billet’s height and volume, it approached to an ideal preform, where the workpiece cavity was forged, with minimum flash. This fact demonstrated the economy of material in relation to the quantity used in the current process (machining).