No forjamento em matrizes, o lubrificante tem um papel muito importante. Para conhecê-lo melhor podemos traçar paralelas com uma tinta. Assim como uma tinta, o lubrificante de matriz é uma dispersão de pigmentos em solvente. Ele é fornecido concentrado e precisa ser diluído para ser aplicado. Como concentrado, ele tem as suas propriedades das quais as mais importantes são o tipo e a granulometria do lubrificante sólido, o teor de sólidos e a viscosidade que diz respeito à facilidade de diluição. O teor de diluição é um dado empírico, experimental, que depende do tipo de lubrificante sólido, do equipamento de aplicação e da complexidade do shape da gravura. A taxa de diluição costuma ser um dado de processo do cliente ao qual ele chegou por experiência com seu tipo de peça, procurando a diluição máxima. Depois de aplicado o lubrificante deverá deixar um revestimento, uma camada na superfície da gravura. É justamente esta camada que interessa ao forjamento. A camada lubrificante atua na interface entre a matriz e a geratriz. Lá, ela reduz o coeficiente de atrito, facilitando o enchimento das gravuras da matriz, e protege a matriz contra a pressão exercida pela máquina de forjar e o calor do tarugo. Como resultado, uma menor força de prensagem para preenchimento da gravura será necessária e uma vida de matriz maior será a consequência lógica.
O solvente/diluente/veículo usado no lubrificante de matriz é a água potável, com raríssimas exceções. A grande diferença com a tinta, além de o pigmento ser o lubrificante sólido, é a temperatura da superfície na qual ele será aplicado, que vai de pouco abaixo de 100ºC até acima de 400ºC, enquanto a tinta é aplicada em substratos próximos da temperatura ambiente.
A camada lubrificante precisa ser recomposta após cada ciclo de forjamento, pois a ideia é que ela seja toda consumida no ciclo de forjamento. O grafite é queimado e se transforma em CO2 e vapor d’água. A formação da camada, por meio da aplicação, também tem a sua função bem definida. O calor trazido pelo tarugo e pelo atrito do fluxo metálico sobre a superfície das gravuras tem que ser removido para evitar que o aço da matriz caia fora de sua faixa de trabalho, perca a dureza e sofra fadiga térmica. Esta remoção de calor é conseguida pela evaporação da água, veículo do lubrificante. A água é evaporada e o lubrificante sólido permanece aderido na superfície por intermédio de um processo de cozimento. A isso se chama de molhamento. Em geral, a faixa de temperatura de formação de camada vai desde 100ºC a 300ºC. Alguns lubrificantes conseguem molhar abaixo de 100ºC e outros conseguem fazê-lo até 400ºC.
A origem do lubrificante de matrizes está na invenção do DAG (Defloculated Acheson Graphite) por Edward Goodrich Acheson há mais de 100 anos quando Thomas Edison encomendou uma solução para a trefilação do tungstênio do filamento da lâmpada incandescente que estava inventando. Sabendo da extrema severidade do processo, Acheson escolheu fazer uma grafitização completa de carvão vegetal e obteve um grafite sintético de altíssima pureza numa granulometria ao redor de 1 µm. Vale dizer que este produto continua sendo usado pelos fabricantes de filamentos pelo mundo na sua fórmula original.
Os sistemas de aplicação iniciais foram inspirados nos sistemas usados em usinagem para aplicação dos fluidos refrigerantes. Na forjaria, estes sistemas antes aplicavam óleo mineral ou óleo grafitado num processo chamado de flooding, inundação. Uma bomba centrífuga bombeia o lubrificante através de tubos de pequeno diâmetro para as gravuras que as inunda. O calor das gravuras provoca a evaporação da água e separa o lubrificante que se adere sobre a superfície. Como apenas uma parte do lubrificante evapora e forma camada, recolhe-se o restante e reencaminha-se para o suprimento. Perfeito. Mas aí surgiram gravuras maiores e os sistemas tiveram que ser ampliados. Os tubos não eram mais suficientes para levar o lubrificante às regiões mais internas da gravura. Aí, adicionou-se ar comprimido para aumentar o alcance do jorro numa pulverização grosseira com gotas grandes. Como o consumo de lubrificante aumentou começou a procura por lubrificantes mais baratos, o que significa grafites com pureza menor, naturais e de granulometria maior. Pouco a pouco tornou-se claro que o grafite natural de granulometria maior não se adapta tão bem ao flooding do que o grafite sintético fino. Outro problema foi o aparecimento do efeito Leidenfrost, com vapor superaquecido isolando a superfície que evita a aderência da camada lubrificante por causa das partículas maiores que não conseguem lidar com o molhamento como as partículas menores. Também, devido às partículas maiores, o menor poder de cobertura levou a consumos maiores e o overspray começou a ser depositado em todo o ambiente de forjamento, tornando-o sujo e cheio de grafite.
O outro problema do grafite de custo menor é a diminuição da temperatura de molhamento. Mas enquanto a temperatura da superfície da gravura da matriz não ultrapassasse 300ºC isso não seria problema, mesmo que nos processos usuais da época, de produtividade menor, a temperatura não chegaria a esses valores. Em extremo, havia tempo suficiente para fazer uma refrigeração da superfície com aplicação do próprio lubrificante.
Em 1995, foi implementado nos equipamentos de aplicação a técnica da pulverização externa que, junto à mobilidade da condução robótica e da refrigeração, a água melhorou em muito a aplicação de lubrificantes de matrizes com grafite natural e de granulometria maior. Desta forma, a viabilidade deste tipo de lubrificante de matriz foi assegurada.
Entretanto, atualmente, com a forte pressão de custos em nível internacional, a saída das forjarias na busca da competitividade são os processos de forjamento de alta velocidade, em que, devido à maior frequência de chegada de tarugos, o aporte de calor aumenta e os tempos disponíveis para refrigeração/lubrificação vão sendo cada vez menores, sendo necessários lubrificantes de matriz capazes de formar camada a altas temperaturas, o que certamente é uma volta às raízes.
