Forjamento em matriz fechada ou aberta

Como escolher entre forjamento em matriz fechada e aberta: custo do ferramental e lote de equilíbrio, saídas, tamanho, inspeção e quando pedir duas propostas.

Nesta página

3 perguntasquantidade, forma, tamanho
±0,8 mmtolerância típica até 150 mm
5–520 kgnossa faixa em matriz fechada
15.000 tcapacidade anual

As duas rotas começam com um tarugo aquecido e terminam numa peça cujo fluxo de fibra acompanha o contorno em vez de cortá-lo. A diferença está no que conforma o aço: uma cavidade usinada para aquela peça, ou um par de matrizes planas guiadas por manipulador e operador. É essa diferença que decide custo do ferramental, tolerância, material deixado para usinagem e a quantidade a partir da qual compensa.

Esta página trata da decisão, não da descrição do processo. O processo está na página de forjamento em matriz fechada; a outra comparação que o comprador costuma fazer ao mesmo tempo está em forjamento contra fundição. Aqui a pergunta é mais estreita: para qual rota mandar o desenho.

As duas rotas lado a lado

A tabela é a versão curta. A decisão real vem das três perguntas a seguir.

Matriz abertaMatriz fechada
FerramentalMatrizes planas, em V ou de conformação, sem ferramental dedicadoUm jogo de matrizes por peça, projetado e usinado para a forma
FormaSólidos simples: blocos, discos, eixos, camisas, formados por passes sucessivosO contorno acabado, com cavidades profundas em prensas multidirecionais
Tolerância bruta típicaAmplia; a peça é usinada em todas as facesCerca de ±0,8 mm em comprimento e largura até 150 mm, crescendo com o tamanho; espessura no plano de partição aproximadamente +1,5/−0,5 mm
SobremetalMaior, sobretudo em peças grandesMenor, e redutível com projeto near-net
Lote que compensaPeças únicas e séries pequenasA partir de algumas centenas, com a matriz amortizada
TamanhoPeças muito grandes, acima da faixa de matrizes5–520 kg na Longrui; 800 kg sujeito a análise da peça
Prazo para peça novaSem prazo de ferramentalProjeto e fabricação da matriz acrescentam semanas
Custo dominanteHoras máquina, volume removido, tratamento de seções grandesCusto da matriz rateado no lote, mais material e tempo de prensa
Uso típicoEixos pesados, blocos, anéis, peças únicas de equipamentoCorpos e castelos de válvula, pré-formas de engrenagem, flanges, peças hidráulicas

Pergunta 1: quantas peças você vai pedir?

Esta pergunta resolve a maioria dos casos, e é aritmética, não julgamento. O ponto de equilíbrio é o custo da matriz dividido pela economia por peça.

Economiza-se em duas frentes: usinagem, porque a peça em matriz fechada chega perto do contorno final, e material, porque uma peça em matriz aberta é usinada em todas as faces e o tarugo precisa carregar sobremetal em cada superfície.

O resultado vai contra a intuição da maioria: são as peças pequenas que exigem volume. A matriz é projetada para uma peça e seu custo sobe com peso e classe de prensa, mas sobe mais devagar que a economia por peça, porque uma peça pesada devolve muito mais aço e tempo de máquina em cada unidade. Assim, uma peça de 5–30 kg precisa de quase mil unidades para amortizar a matriz, e uma acima de 150 kg, de algumas centenas. Por isso cotamos a matriz como item separado em vez de escondê-la no preço unitário, e por isso ela é devolvida ao atingir o volume combinado: o cliente não carrega o equilíbrio no primeiro pedido.

Pergunta 2: que forma tem e precisa de saída?

Toda face de uma peça em matriz fechada paralela ao movimento da matriz precisa de ângulo de saída para ser extraída, e os cantos internos precisam de raios para a matriz não trincar. Rebaixos negativos não podem ser formados em duas meias matrizes: a forma ficaria presa na cavidade. Quando é preciso conformar em mais de uma direção, como num corpo de válvula com furo em dois eixos, é questão de capacidade da prensa e não da matriz. Nossas prensas são multidirecionais, e é assim que conformamos corpos e castelos de válvula numa peça só, em vez de soldá-los.

A matriz aberta é o acordo inverso: sólidos simples, formados passe a passe, com a geometria complexa criada depois pela usinagem. É eficiente quando a peça é essencialmente um bloco, disco, eixo ou camisa e o acabamento é sobretudo torneamento e mandrilamento. É desperdício quando a peça acabada é uma cavidade, porque a cavidade é cavada em aço maciço em vez de ser conformada.

Um fator geométrico entra aqui: a razão de forjamento. Na matriz aberta para eixos e seções pesadas, a especificação costuma exigir redução mínima a partir do tarugo, tipicamente 3:1, para garantir que o núcleo da seção foi trabalhado. A matriz fechada obtém a deformação pela cavidade, então ali se escreve um requisito de propriedade, não uma razão.

Pergunta 3: qual o tamanho?

Peso e tamanho costumam eliminar uma rota antes de se falar em custo. Nossa faixa vai de 5 a 520 kg: a prensa de 6.000 t cobre 150–520 kg, a de 3.000 t cobre 30–150 kg e a de 2.000 t cobre 5–30 kg, com equipamento até 800 kg sujeito a análise da estrutura. Usinagem máxima Ø600 × 1000 mm.

Acima disso é matriz aberta. No nosso caso vem de outra unidade do grupo, então uma única consulta cobre as duas rotas e a resposta é uma comparação, não uma recusa. Peças grandes com volume são o ponto interessante: uma peça pesada com alto consumo anual às vezes pode ser reprojetada para a faixa de matrizes, e essa conversa custa menos antes de congelar o desenho.

Onde a diferença aparece na inspeção

Peças em matriz fechada são rastreáveis por lote de corrida e inspecionadas perto da forma final, então os END cobrem as superfícies que ficarão em serviço e o relatório dimensional é curto. As de matriz aberta partem de uma seção muito maior: o ultrassom segue a norma e o nível de aceitação indicados no pedido, a razão de forjamento é registrada e o relatório dimensional descreve um esboço com sobremetal em cada face.

Isso muda o que perguntar na consulta. Em matriz fechada: lote de corrida, cobertura de END no contorno final e análise de produto. Em matriz aberta: razão de forjamento, norma de ultrassom e posição dos corpos de prova, porque as propriedades no núcleo de uma seção grande são as que importam e não são as da superfície.

Quando pedir as duas propostas

Algumas consultas caem exatamente na linha e merecem duas cotações:

O que fazemos

A Longrui forja em matriz fechada: três prensas multidirecionais de 6.000, 3.000 e 2.000 t, peças de 5 a 520 kg, 15.000 toneladas por ano, matrizes projetadas e usinadas em casa e cinco patentes de ferramental. É também a matriz fechada que cobre nossa licença API Spec 20C e a qualificação NORSOK M-650, e por isso corpos e castelos de válvula para óleo e gás são a maior parte do que sai da planta.

A matriz aberta é fornecida por outra unidade do grupo. Envie o desenho e o consumo anual: a resposta dirá para qual rota cada especificação aponta, qual ferramental é necessário e quanto separa as duas.

Leitura relacionada

Perguntas frequentes

Matriz fechada é sempre mais caro por peça?

Não. A matriz é custo único e a peça em si costuma sair mais barata: menos material, menos usinagem, ciclo mais curto. Passa a ser a rota mais econômica quando a matriz se rateia por peças suficientes: algumas centenas nas prensas grandes e quase mil nas pequenas.

Uma peça em matriz aberta alcança a mesma tolerância?

No estado forjado, não. A matriz aberta é um esboço com sobremetal em cada face e a tolerância vem da usinagem. A matriz fechada chega mais perto da forma final, com cerca de ±0,8 mm em comprimento e largura até 150 mm, ampliando com o tamanho.

O que decide a prensa numa peça em matriz fechada?

Peso, área projetada e quanto da forma precisa ser conformado em mais de uma direção. 6.000 t cobre 150–520 kg, 3.000 t cobre 30–150 kg e 2.000 t cobre 5–30 kg.

Vocês fazem matriz aberta?

Não nesta planta. Nossas prensas, matrizes e certificações cobrem a matriz fechada; a matriz aberta vem de outra unidade do grupo, então uma consulta ainda cobre as duas rotas.

Envie um desenho e indicamos a rota

Ver imagem