El forjado es uno de los métodos más antiguos para dar forma a los metales y consiste en comprimir el material entre dos dados para darle la forma deseada. Se utiliza para producir piezas como tornillos, engranajes y bielas. El forjado incrementa las propiedades del material, permite altas producciones a bajos costos y reduce el maquinado de acabado. Existen tres tipos principales de forjado: forjado a dado abierto, forjado en dado impresor y forjado sin rebaba.
2. Forja de Metales
El proceso de forjado fue el primero de los procesos del tipo de
compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de
formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de
compresión que exceden la resistencia de fluencia del metal. En este
proceso de formado se comprime el material entre dos dados, para que
tome la forma deseada.
Los productos más típicos que se pueden obtener a través del forjado
son: tornillos, remaches, ejes de turbinas, engranajes, bielas, piezas
estructurales para maquinaria, aviones, ferrocarriles.
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5. ¿Por que usa el forjado?
Incrementa las propiedades
del material.
Para altas producciones y
bajos costos
Se reduce el maquinado de
acabado.
7. Metales que se pueden forjar
Cualquier metal puede ser forjado, los mas comunes son
aceros al carbono, aleados, inoxidables, de alta dureza,
aluminio, titanio, cobre y latón, y aleaciones refractarias
que contienen cobalto, níquel o molibdeno.
8. Existen tres tipos de operación de
forjado
Forjado a dado abierto: El material se comprime entre dos planos,
permitiendo que el material fluya sin restricción en sus caras laterales.
9. Ventajas y desventajas del forjado con dado abierto
-Ventajas:
Sencillez de sus dados que hacen el proceso bastante
económico.
Útil para un número pequeño de piezas a realizar.
Amplia gama de tamaños disponibles.
Altos valores de resistencia.
-Desventajas:
Limitación en la forma del dado a la hora de crear piezas
complejas.
Necesidad de obtener la forma final mediante maquinaria.
Poca capacidad de producción.
Mala utilización del material a procesar.
Destreza para llevar a cabo el proceso correctamente.
10. Forjado en dado impresor: El dado de compresión
ejerce fuerza sobre la superficie de la pieza, haciendo
que esta tome la forma del dado. A pesar de que
aumenta la restricción en el metal, es posible que este
fluya más alta del dado impresor lo que causa un
exceso de material (rebaba).
11. Ventajas y desventajas del forjado con dado cerrado
-Ventajas:
Buena utilización del material a procesar.
Obtención de piezas con mejores propiedades mecánicas
que las obtenidas en forja con dado abierto.
Buena precisión dimensional.
Gran capacidad de producción y reproductibilidad.
-Desventajas
Gran coste de los dados para bajo número de piezas a
producir.
Necesidad del maquinado para la obtención del producto
final.
12. Forjado sin rebaba o de precisión: El dado restringe completamente
el material dentro de la cavidad y no se produce rebaba excedente. Los
productos principales producidos con forjados de precisión son:
engranajes, cajas, bielas y álabes de turbinas. Sin embargo, se
desperdicia menos material y no se precisa tanto maquinado final
porque la pieza está más cercana a lograr su forma final. Por lo anterior,
para elegir entre el forjado normal y el de precisión se requiere de un
análisis económico especialmente en lo que concierne al volumen de
producción.
Alabe de turbina por
forjado de precisión
13. Las ventajas de realizar una forja de precisión son:
Las tolerancias cerradas.
Con frecuencia no se requieren operaciones de maquinado.
Muy buena utilización del material.
Factible con almas y bridas muy delgadas.
Como inconveniente podemos decir que:
Se requieren grandes fuerzas.
Que los dados son intrincados.
Se requieren medios para separar la forjadura de los dados.
Entre los procesos de forjado con dado cerrados
podemos destacar:
La acuñación que se usa esencialmente para producir
monedas, medallones y joyería.
14. Diversas operaciones de forjado
Acuñado: se trata de un proceso de forjado en matriz cerrada que por
lo general se utiliza en el troquelado de monedas, medallas y joyería. La
pieza en bruto o trozo de metal se acuña en la cavidad de una matriz
completamente cerrada. Para producir detalles finos (por ejemplo, el
detalle de las monedas recién troqueladas).
15. Cabeceado: también conocido como forjado por
recalcado, es básicamente una operación de recalcado que
por lo general se efectúa en el extremo de una barra
redonda o alambre para aumentar la sección transversal,
como ejemplo tenemos los clavos, la cabeza de los tornillos,
los pernos, remaches y muchos otros sujetadores.
16. Penetrado: Este es el proceso de penetración de la
superficie de una pieza de trabajo (aunque sin pasar a
través de ella) con un punzón para producir una
cavidad o una impresión.
17. Forjado artesanal: En este caso, la forja es el arte y el
lugar de trabajo del forjador o herrero, cuyo trabajo
consiste en dar forma al metal por medio del fuego y
del martillo.
18. Defectos del forjado
Además de agrietamiento de la superficie durante el forjado, también se
pueden desarrollar otros defectos debido al patrón de flujo del material en la
matriz. Por ejemplo, si no existe suficiente volumen de material para llenar la
cavidad de la matriz, el alma se puede torcer durante el forjado y desarrollar
pliegues. Por otro lado, si el alma es demasiado gruesa, el exceso de material
fluye nuevamente sobre las partes ya formadas de la forja y desarrolla grietas
internas.
19. Equipos Especiales utilizados para la
forja de los metales
Prensas mecánicas: Estas prensas son básicamente de tipo manivela o
excéntrica. La prensa mecánica utiliza la energía de un volante activado por un
motor eléctrico, para activar el patín que ejercerá una fuerza sobre el material
que se tiene que deformar. Se usan para trabajos de corte, estampación, forja y
pequeñas embuticiones. Generalmente son de bajo costo, rápidas y fáciles de
mantener.
20. Prensa hidráulica: Estas prensas funcionan a velocidades constantes
y son de carga limitada o restringida. En otras palabras, una prensa se
detiene si la carga requerida excede su capacidad. Se pueden transmitir
grandes cantidades de energía a una pieza de trabajo por medio de una
carga constante a través de un recorrido, cuya velocidad se puede
controlar. Se usan en operaciones de embutición profunda y en
procesos de altas solicitaciones como acuñado. Son menos rápidas que
las mecánicas. .
21. Prensas de tornillo: Estas prensas obtienen su energía de
un volantín, por lo que son de energía limitada. La carga de
forjado se transmite a través de un tornillo vertical grande y
el ariete se para cuando se dispara la energía del volantín. Si
las matrices no cierran al final del ciclo, la operación se
repite hasta que se complete el forjado. Las prensas de
tornillo se utilizan para varias operaciones de matriz
abierta y matriz cerrada.
22. Martillos: Los martillos obtienen su energía de la energía
potencial de ariete, que se convierte en energía cinética, por
lo que son de energía limitada. A diferencia de las prensas
hidráulicas, los martillos operan a altas velocidades y el
tiempo reducido de formado minimiza el enfriamiento de
una forja en caliente.
Martillo atmosférico
23. Martinetes: En los martinetes mecánicos, el recorrido
del ariete hacia abajo se acelera con presión de vapor,
aire o hidráulica hasta casi 100 psi.
24. Contramartillos: Este martillo tiene dos arietes que se
acercan al mismo uno al otro, horizontal o verticalmente, a
fin de forjar la parte. Como en las operaciones de forjado de
matriz abierta, la parte se puede girar entre impactos para
formar la pieza de trabajo de manera adecuada durante el
forjado.
