Forjado tipos y clases
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1.- INTRODUCCIÓN
Forja es uno de los más antiguos conocidos de metalistería procesos.
Tradicionalmente, la forja fue realizada por un herrero que usa el martillo y el
yunque, aunque la introducción de la energía del agua para la producción y el
trabajo del hierro en el siglo XII llevó el martillo y el yunque en la obsolescencia.
La herrería o forja ha evolucionado durante siglos para convertirse en un centro
de los procesos de ingeniería, equipo de producción, herramientas, materias
primas y productos para satisfacer las demandas de la industria moderna.
En los tiempos antiguos, las personas empleadas forja para hacer monedas,
joyas, armas, Forja es un procesamiento de la deformación de los materiales a
través de esfuerzos de compresión. Se lleva a cabo ya sea caliente o frío.
En los tiempos modernos, la forja industrial se realiza ya sea con máquinas o
con martillos accionados por aire comprimido, electricidad, hidráulica o vapor.
Estos martillos pueden tener pesos alternativos en los miles de libras. Más
pequeños martillos de potencia, 500 libras (230 kg) o menos peso de vaivén, y
prensas hidráulicas son comunes también. Algunos martillos de vapor
permanecen en uso, pero se convirtieron en obsoletos con la disponibilidad de
las otras más convenientes fuentes de energía.
Forja tiene varias ventajas, como las precisiones dimensionales más estrechas
alcanzados requieren muy poco mecanizado después de la forja. Ahorro de
material es el resultado. Fuerza superior, mayor productividad, alto grado de
acabado superficial son otros méritos.
De todos los procesos de fabricación, conformación mecánica tiene un papel
fundamental porque produce piezas con excelentes propriedades mecánicas
con una mínima pérdida de material, ofreciendo así un menor coste de
fabricación. Parte una geometría relativamente simple, que después de
calefacción o no previo y una o más operaciones, podemos generar una o más
piezas con geometrías más complejas.
2.-FORJADO
Es el proceso básico de deformación plástica de un material en el cual se
comprime el material de trabajo entre dos troqueles usando impacto o
presión gradual para formar la pieza.
Las industrias del acero y de otros metales básicos usan el forjado para fijar
la forma elemental de grandes componentes que luego se maquinan para
lograr su forma deseada y dimensiones definitivas.
El forjado se lleva a cabo en diversos modos. Una manera de clasificar las
operaciones de forja es mediante la temperatura de trabajo.
El proceso de forja se puede realizar en frio en piezas pequeñas pero exige
la aplicación de calor para deformaciones grandes.
Cuando se tiene piezas grandes es necesario la aplicación de calor para
reducir la resistencia y aumentar la ductilidad del metal. La ventaja del
forjado en frio es que incrementa la resistencia que resulta del
endurecimiento por deformación del componente.
2.1 FORJADO DE MATRIZ ABIERTA
El forjado de una matriz abierta es la operación más simple del forjado,
consiste en comprimir una parte de sección cilíndrica entre dos matrices
planas cuya altura reduce por compresión.
El proceso también se conoce como recalcado o forjado de matriz
plana.
El abarrilamiento se produce principalmente por las fuerzas de fricción
en las interfaces matriz-pieza de trabajo que se oponen al flujo exterior
de los materiales en estas interfaces y que, por lo tanto, se pueden
minimizar con un lubricante eficaz.
En consecuencia, el material en las partes superior e inferior de dicha
pieza tiene mayor resistencia a la deformación que el de la parte central.
Por lo tanto, la parte central de la pieza se dilata hacia los lados más que
en sus extremos. El abarramiento que se produce por los efectos
térmicos puede reducirse o eliminarse mediante matrices calientes.
La forja de desbaste (también conocida como estirado) es una operación de
forjado de matriz abierta en la que el espesor de una barra disminuye por
medio de pasos sucesivos de forjado (reducciones) a intervalos determinados.
Se puede disminuir el espesor de barras y anillos mediante técnicas similares
de forjado de matriz abierta. Debido a que el área de contacto entre la matriz y
la pieza de trabajo es pequeña, puede reducirse el espesor de una sección
larga de una barra sin requerir grandes fuerzas o maquinaria pesada.
2.2.-FORJADO DE MATRIZ DE IMPRESIÓN Y DE MATRIZ CERRADA
No se pueden crear formas complejas con gran precisión por medio de
técnicas de forjado en matriz abierta. Se requieren matrices
especialmente preparadas que contienen la forma negativa de la forja
que se va a producir. El proceso se simplifica hasta una secuencia de
carreras sencillas de compresión, a costa de una forma compleja e
matriz.
2.2.1.- FORJADO POR MATRIZ DE IMPRESIÓN
En el forjado por matriz de impresión, la pieza de trabajo toma la forma
de la cavidad de la matriz mientras se va forjando entre dos matrices con
forma. Por lo general, este proceso se realiza a temperaturas elevadas
para mejorar la ductilidad de los metales y disminuir las fuerzas.
En la figura se muestra la terminología estándar para una matriz común
de forjado. En vez de hacerse de una sola pieza, las matrices se pueden
fabricar de varias piezas (segmentadas), incluyendo insertos de matrices
y en particular para distintas formas complejas.
2.2.2.- FORJADO EN MATRIZ CERRADA.(FORJADO SIN REBABA)
En el forjado sin rebaba impone ciertos requerimientos sobre el control
del proceso, más exigentes que el forjado con dado impresor. más
importante es el volumen del material de trabajo debe igualar al
volumen de la cavidad del dado dentro de muy estrechas tolerancias. si
la pieza en blanco es demasiado grande, la presión excesiva puede
causar daño a la prensa.
Si la pieza es demasiado pequeña, no llenará la cavidad. Debido a esto
requerimiento especial, el proceso es más adecuado en la manufactura
de partes geométricas simples y simétricas para trabajar metales como
aluminio, el magnesio y sus aleaciones
2.2.3 FORJADO DE PRECISIÓN.
El concepto se aplica a los procesos que tienen como objetivo producir
partes de forma neta o casi neta. La forja en frio y la mayoría de la forja
en tibio y de la forja isotérmica están en esta categoría. Cuando se
aplica a la forja no isotérmica, el término indica prácticas que producen
tolerancias muchas mas altas, mejor acabado superficial, ángulos de
retiro más pequeños y mejor definición de l forma, respecto a las
practicas convencionales.
Algunos productos comunes obtenidos por forjado de precisión son los
engranes, las bielas y los álabes para turbinas. Este forjado requiere
matrices especiales y más complejas, control preciso del volumen y la
forma de la pieza en bruto, y posicionamiento exacto de dicha pieza en
la cavidad de la matriz. Además, debido a las mayores fuerzas que se
necesitan para obtener detalles finos en la parte, este proceso requiere
equipo de más capacidad. Las aleaciones de aluminio y magnesio son
adecuadas, en especial para el forjado de precisión, debido a las
cargas y temperaturas de forjado relativamente bajas que exigen;
también se pueden utilizar los aceros y el titanio en el forjado de
precisión.
Proceso Ventajas Limitaciones
Matriz abierta Matrices simples poco
costosas; amplia gama de
Limitado a formas simples; es difícil
mantener tolerancias cerradas; es
tamaños de partes: buenas
características de
resistencias; por lo general
para cantidades pequeñas.
necesario maquinar para dar forma
final; velocidad de producción baja;
utilización relativamente deficiente
del material; requiere alto grado de
habilidad.
Matriz cerrada Uso de material relativamente
adecuado; por lo general con
mejores propiedades que los
forjados de matriz abierta;
buena precisión dimensional;
altas velocidades de
producción; buena
reproducibilidad.
Alto costo de la matriz, no
económico para cantidades
pequeñas; con frecuencia es
necesario el maquinado.
De aproximación o bloqueo Costo bajo de matriz; altas
velocidades de producción.
Es necesario maquinado para dar
forma final; partes con almas
gruesas y filetes grandes.
Convencional Requiere mucho menos
maquinado que el tipo de
aproximación; altas
velocidades de producción;
utilización adecuada del
material.
Costo del matriz más elevado que el
del tipo de aproximación.
De presión Tolerancias dimensionales
cerradas; es posible producir
almas muy delgadas y
rebotes; generalmente no es
necesario en maquinado; muy
buena utilización del material.
Fuerzas elevadas de forjado;
matrices intrincadas y previsiones
para extraer la forja de las matrices
3.-
VENJAJAS Y LIMITACIONES DEL FORJADO
4.- OPERACIÓN CARACTERÍSTICA DE FORJADO Y CALIDAD DE LOS
PRODUCTOS.
Por lo general, una operación de forjado comprende la siguiente secuencia
de pasos:
1. Preparar una pieza de metal, tocho o preforma mediante procesos
como cizallado (recorte), aserrado o tronzado. De ser necesario, limpiar
las superficies por medios como la limpieza con chorro de granalla.
2. Para forjado en caliente, calentar la pieza de trabajo en un horno
apropiado y después, de ser necesario, eliminar la cascarilla tras el
calentamiento con un cepillo de alambre, chorro de agua, vapor o
raspado. La cascarilla también se puede eliminar durante las etapas
iniciales del forjado, ya que es quebradiza y se desprende durante la
deformación.
3. Para forjado en caliente, precalentar y lubricar las matrices; para
forjado en frío, lubricar la matriz.
4. Forjar el tocho en las matrices apropiadas y en la secuencia adecuada.
De ser necesario, eliminar cualquier exceso de material (como las
rebabas) por medio de recortado, maquinado o esmerilado.
5. Limpiar la forja, verificar sus dimensiones y (de ser necesario)
maquinarla hasta obtener las dimensiones finales y las tolerancias
especificadas.
6. Efectuar operaciones adicionales, como enderezado y tratamiento
térmico (para mejorar las propiedades mecánicas). Además, realizar
las operaciones de acabado que sean necesarias, como maquinado y
rectificado.
7. Inspeccionar la forja en caso de cualquier defecto externo e interno.
5.- DIVERSAS OPERACIONES DE FORJADO Y OPERACIONES
RELACIONADAS
5.1.- ACUÑADO:
Se trata del proceso de forjado en matriz cerrada que por lo general se
utiliza el troquelado de monedas, medallas y joyería. La pieza en bruto o
trozo de metal se acuna en la cavidad de una matriz completamente
cerrada. Para detalles finos (por ejemplo el detalle de monedas recién
troqueladas). Las presiones requeridas pueden ser elevada como 5 o 6
veces la resistencia del material. En algunas partes pueden se requieran
operaciones de acunado.
5.2-CABECEADO:
También conocido como forjado por recalcado, el cabeceado es
básicamente una operación de recalcado que por lo general se efectúa
en el extremo de una barra redonda o alambre para aumenta la sección
transversal. Los ejemplos típicos son los clavos, las cabezas de tornillos,
los pernos, remaches y muchos otros sujetadores.
Las operaciones de cabeceado se efectúan en máquinas conocidas
como cabeceadoras, que suelen automatizarse en gran medida con
velocidades de producción de cientos de piezas por minuto para partes
pequeñas.
5.3 PENETRADO.
Este es un proceso de penetración de la superficie una pieza de trabajo
(aunque sin pasar a través de ella) con un punzón para producir una
cavidad o impresión. Dicha pieza puede confiar en un contenedor (como
cavidad de una matriz o dejar sin restricciones. Su deformación dependerá
de cuanto se limita su flujo conforme desciende el punzón. Ejemplos
comunes de penetrado son el ahuecamiento y la cavidad hexagonal en las
cabezal tornillos.
5.4 PUNZÓN O CAVIDADES O CLAVADO.
Este proceso consiste en prensar un punzan endurecido en geometría
especial de la punta, dentro de la superficie de un bloque d metal. La
cavidad producida se utiliza después como matriz para las operaciones
de formado como las que utilizan los artículos de meza.
Este es un proceso en el que la matriz superior se mueve a lo largo de
una trayectoria orbital da forma a la parte de manera progresiva. La
operación es similar a la acción de la mano y del mortero utilizado para
moler hierbas y semillas. Aunque no es el uso regular, los componentes
comunes se pueden forjar mediante este procesos son partes con
formas de disco y cónicas como engranes cónicos y piezas en bruto
para engranajes.
5.5.-FORJADO PROGRESIVO
En este proceso se forja una pieza en bruto dándole forma con una
herramienta que la trabaja en varios pasos pequeño. Obsérvese que
esta operación es similar ala forja de desbaste, en la que la matriz
penetra la pieza bruto a diferentes profundidad a lo largo de la superficie.
Debido a que el área del contacto de la matriz es pequeña, este proceso
requiere fuerza mucho menores en comparación con el forjado
convencional por matriz de impresión y las herramientas son más
simples y menos costosa.
5.6.- FORJADO ISOTÉRMICO
También se conoce como forjado por matriz en caliente. Las matrices en
este proceso se les elevan la temperatura a la misma que la de la pieza
de trabajo en caliente. Como permanece en caliente, durante el forjado s
mantienen la resistencia baja y alta ductilidad de la piza de trabajo.
Además la carga de forjado es baja y mejora el flujo de material dentro
de la cavidad de la matriz.
Se pueden forjar isotérmicamente pares complejas con buena precisión
dimensional para una forma casi neta de un golpe en una prensa
hidráulica.
Por lo general las matices para forjado en caliente de aleaciones de alta
temperatura están hechas de aleaciones de níquel y molibdeno (debido
a las resistencias de altas temperaturas) aunque para as aleaciones de
aluminio pueden utilizar matices de acero.
5.7 FORJADO ROTATORIO
En este proceso ( también conocido como forjado radial, forjado rotatorio
o simplemente estampado), una barra sólida o tubo se somete a fuerzas
de impacto radial por medio de una serie de matrices reciprocaste de la
máquina Los movimientos de las matrices se obtienen mediante una
serie de rodillos en una jaula, por miedo de una acción similar a la de un
rodamiento de rodillos. La pieza de trabajo se mantiene estacionaria y las
matrices giran (mientras se mueven radialmente en sus ranuras),
golpeando la pieza a velocidades tan altas como 20 golpes por segundo.
En las máquinas de estampado con matrices de cierre, los movimientos
de las matrices se obtienen mediante el movimiento alternativo de cuñas
Las matrices se pueden abrir más que las de las forjadoras rotatorias,
soportando así partes de diámetro grande o variable. En otro tipo de
máquina, las matrices no giran, sino que se mueven radialmente adentro
y afuera. Los productos comunes fabricados por este método son las
hojas de los desarmadores y las puntas de hierro para soldadoras.
6.- CONCLUSIÓNES
Forja es un proceso de fabricación mecánica que implica energía fuerza
precisa y fuerza bruta aplicada mediante la mano del hombre o por
maquinarias de alto desempeño.
La forja y sus diversos tipos son empelados en áreas, materiales y
condiciones específicas para la creación de elementos alternativos y
necesarios para las industrias y seres humanos.
Se crean elementos más precisos y de alta dureza y flexibilidad, el
esfuerzo puede ser aplicado rápida o lentamente.
El proceso puede realizarse en frio o caliente, la selección de
temperatura es decidida por factores como la facilidad y costo que
involucre la deformación, la producción de piezas con ciertas
características mecánicas o de acabado superficial en un factor de
menor importancia.
Es importante recalcar que no todos los tipos de forjado son actos para
ciertos materiales de allí radica la importancia de catalogarlos y
conocerlos a ciencia cierta.
7.- BIBLIOGRAFIA
LIBROS
- Mikell P. Grover PROCESOS DE MANUFACTURA MODERNA tercera edición año 2007
- John A. Schey PROCESOS DE MANUFACTURA tercera edición año 2002
- MANUFACTURA, INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA de los autores Serope Kalpakjian, Steven R. Schmidt, Gabriel Sánchez García, Ulises Rev. Téc Figueroa López del año 2002 cuarta edición
- PROCESOS BASICOS DE MANUFACTURA Enrique Guzman de la Joya.
PAGINAS WEB
- http://www.expansion.com/autonomos/siderurgia/laminacion-y-extrusion- de-metales-no-ferricos/index.html
- http://pelandintecno.blogspot.com/2010/10/conformacion-de-metales- extrusion.html
- http://www.mater.upm.es/polimeros/Documentos/Cap6_2Extrusion.pdf - http://blog.utp.edu.co/juancjimenez/files/2013/09/Para-Extrusi%C3%B3n-
dise%C3%B1o-industrial.pdf- http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/
132.248.52.100/2548/09-MPM-Cap6-Final.pdf?sequence=9- http://www1.herrera.unt.edu.ar/faceyt/typp/files/2012/05/Tema-n
%C2%BA9-Formado-de-metales.pdfhttp://www.buenastareas.com/materias/extrusion-de-metales/0