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EJEMPLOS EJEMPLOS DE FORJADE FORJA

¿Qué es la Forja¿Qué es la Forja??

Es el proceso de conformado donde Es el proceso de conformado donde los metales son prensados bajo los metales son prensados bajo grandes cargas de compresión para grandes cargas de compresión para generar piezas de alta resistencia y generar piezas de alta resistencia y tenacidad.tenacidad.

El proceso generalmente es realizado El proceso generalmente es realizado “en caliente, elevando la temperatura “en caliente, elevando la temperatura antes de ser deformado. antes de ser deformado.

ForjaForja

“Forja es básicamente la acción de compresión por impacto, realizada a altas. Los tipos son en dados abiertos y cerrados. En prensas hidráulicas se pueden aplicar fácilmente cientos de toneladas de compresión”

¿Qué es la Forja¿Qué es la Forja??

ForjaForja

¿¿Por quéPor qué Forja Forja??

Incrementa las propiedades del material.Incrementa las propiedades del material.

Para altas producciones y bajos costos.Para altas producciones y bajos costos.

Se reduce el maquinado de acabado.Se reduce el maquinado de acabado.

Pueden formarse materiales con alta Pueden formarse materiales con alta dureza/tenacidad.dureza/tenacidad.

Producciones muy rápidas.Producciones muy rápidas.

Componente del tren de Componente del tren de aterrizaje de un avión aterrizaje de un avión

C5A y C5BC5A y C5B.. Pasos de forja de un eje Pasos de forja de un eje

con engrane.con engrane.

Ejemplos de ForjaEjemplos de Forja

¿Metales que se ¿Metales que se Forjan?Forjan?

Cualquier metal puede ser forjadoCualquier metal puede ser forjado. .

Los más comunes son: Aceros al carbono, Los más comunes son: Aceros al carbono,

aleados, inoxidables, de alta dureza, aluminio, aleados, inoxidables, de alta dureza, aluminio,

titanio, cobre y latón, y aleaciones refractarias titanio, cobre y latón, y aleaciones refractarias

que contienen cobalto, níquel o molibdeno.que contienen cobalto, níquel o molibdeno.

Cada aleación tiene diferentes propiedades, Cada aleación tiene diferentes propiedades,

niveles de resistencia y peso, características niveles de resistencia y peso, características

específicas, determinadas por el usuario para específicas, determinadas por el usuario para

un mejor uso.un mejor uso.

ConsideracionesConsideracionesGeneralesGenerales

Grandes Cargas.Grandes Cargas.

Grandes esfuerzos para deformaciónGrandes esfuerzos para deformación..

Altas temperaturas y cargas de impacto. Altas temperaturas y cargas de impacto.

Largas vidas de servicio del equipo (>20 Largas vidas de servicio del equipo (>20

años). años).

La Fatiga no es un problema común en las La Fatiga no es un problema común en las

prensas.prensas.

Los sistemas CAD han generado avances Los sistemas CAD han generado avances

significativos en las máquinas y en el diseño significativos en las máquinas y en el diseño

de herramientas.de herramientas.

OperacionesOperacionesde Forjade Forja

Características de los Características de los Procesos de ForjaProcesos de Forja

Dado abiertoDado abierto Simples, baratos, útiles para Simples, baratos, útiles para pequeñas cantidades, amplia pequeñas cantidades, amplia variedad de tamaños, buena variedad de tamaños, buena resistencia.resistencia.

Dado cerradoDado cerrado Mejor Aprovechamiento del Mejor Aprovechamiento del material, mejores propiedades material, mejores propiedades que los dados abiertos, buena que los dados abiertos, buena precisión dimensional, alta precisión dimensional, alta velocidad de producción, y buen velocidad de producción, y buen acabado.acabado.

D. impresiónD. impresión Bajo costo, alta velocidad de Bajo costo, alta velocidad de producción.producción.

Forja dados Forja dados abiertosabiertos

Forja en dados abiertosForja en dados abiertos

Forja Forja

Forja en dados abiertosForja en dados abiertos

Forja de anillosForja de anillos

Equipos de ForjaEquipos de Forja

Se llama dados abiertos por que el Se llama dados abiertos por que el material no esta confinado lateralmente, material no esta confinado lateralmente, se hace generalmente entre dados planos se hace generalmente entre dados planos permitiendo un amplio rango de formas y permitiendo un amplio rango de formas y tamaños. Si se desea una pieza con tamaños. Si se desea una pieza con excelente integridad estructural y es de excelente integridad estructural y es de gran tamaño, lo más apropiado es forja en gran tamaño, lo más apropiado es forja en dados abiertos. El tamaño de la pieza sólo dados abiertos. El tamaño de la pieza sólo esta limitado por el tamaño del lingote o esta limitado por el tamaño del lingote o tocho inicial. tocho inicial.

Forja en Forja en dados abiertosdados abiertos

EjesEjes

1. Se sujeta el tocho con las

tenazas.

2. Se forja en dado abierto

3. Forjado progresivo

4. Se tornea a la forma final.

DiscosDiscos

1. Tocho inicial 2. Forja inicial 3. Forjado progresivo hasta las dimensiones del

disco

4. Troquelado


AnillosAnillos

1. Montado de material.

2. Se reduce el espesor

3. Se incrementa el diámetro del anillo.

4. Aproximación a la forma final.

Tubos MecánicosTubos Mecánicos

1. Perforación del cilindro. 2.Reducción progresiva del diámetro exterior e incremento de la longitud del tubo (diámetro interior constante).


Capacidades Capacidades del Procesodel Proceso

Prácticamente todos los materiales Prácticamente todos los materiales ferrosos y no ferrosos son forjables, ferrosos y no ferrosos son forjables, incluyendo algunos materiales exóticos incluyendo algunos materiales exóticos como superaleaciones endurecidos por como superaleaciones endurecidos por envejecimiento y aleaciones refractarias envejecimiento y aleaciones refractarias resistentes a la corrosión.resistentes a la corrosión.

Su capacidad se mide en el tamaño del Su capacidad se mide en el tamaño del área proyectada y se pueden producir área proyectada y se pueden producir formas redondas, cuadradas, hexagonales formas redondas, cuadradas, hexagonales y otras.y otras.

Forja en dados Forja en dados abiertosabiertos

Conjuntos de herramientas para Conjuntos de herramientas para forja en dados abiertosforja en dados abiertos


Ejes sólidos con diferentes diámetros, que Ejes sólidos con diferentes diámetros, que se incrementan o disminuyen a lo largo de se incrementan o disminuyen a lo largo de su longitud. su longitud.

Formas cilíndricas huecas, con longitudes Formas cilíndricas huecas, con longitudes más grandes que el diámetro, con más grandes que el diámetro, con variaciones en el espesor de pared y/o variaciones en el espesor de pared y/o cambios en diámetro exterior o interior. cambios en diámetro exterior o interior.

Piezas en forma de anillos o arandelas Piezas en forma de anillos o arandelas unidos a cilindros, con diferentes relaciones unidos a cilindros, con diferentes relaciones de altura/espesor. de altura/espesor.

Forja en Dados abiertosForja en Dados abiertos


Cuerpos de maquinaria en forma de Cuerpos de maquinaria en forma de recipientes de presión que tienen recipientes de presión que tienen boquillas y otras salientes. boquillas y otras salientes.

Pueden combinarse diferentes Pueden combinarse diferentes operaciones sucesivas de forja, en una operaciones sucesivas de forja, en una secuencia de dados abiertos, para secuencia de dados abiertos, para producir la forma requerida. producir la forma requerida.

Forja en dados Forja en dados cerradoscerrados

Forja en dados de Forja en dados de impresión (cerrados) impresión (cerrados)

La forja en dados de impresión comprime al La forja en dados de impresión comprime al metal entre dos dados (metal entre dos dados (llamados llamados herramientasherramientas) que contienen una cavidad ) que contienen una cavidad preformada de la pieza deseada. preformada de la pieza deseada.

Las piezas que pueden manufacturarse van Las piezas que pueden manufacturarse van desde unos cuantos gramos hasta decenas desde unos cuantos gramos hasta decenas de toneladas.de toneladas.

Algunas piezas pequeñas pueden forjarse Algunas piezas pequeñas pueden forjarse en “frío”. en “frío”.


Herramientas para forja en dados Herramientas para forja en dados cerradoscerrados

Capacidades Capacidades del Proceso del Proceso

A la forja de impresión, comúnmente se A la forja de impresión, comúnmente se llama llama “forja en dados cerrados“forja en dados cerrados”.”.

Produce una variedad ilímitada de Produce una variedad ilímitada de formas en 3-D, (desde unos gramos formas en 3-D, (desde unos gramos hasta piezas de más de 25 tons.).hasta piezas de más de 25 tons.).

Se usan prensas hidraúlicas, mecánicas Se usan prensas hidraúlicas, mecánicas y martillos, con capacidades por arriba y martillos, con capacidades por arriba de 50,000 tons, 20,000 tons y 50,000 de 50,000 tons, 20,000 tons y 50,000 lbs. respectivamente. lbs. respectivamente.

Forja en dados cerradosForja en dados cerrados

Forja en Dados cerradosForja en Dados cerrados

Piezas forjadas Piezas forjadas en dados cerradosen dados cerrados

Mango forjado con dado de impresión (izq), con operaciones de maquinado, y producto terminado (der).

Rebaba (Flash) después de la operación de corte de las mordaza móvil.


Dos o más dados forman la cavidad de impresión Dos o más dados forman la cavidad de impresión de la pieza que al cerrarse deforman plásticamente de la pieza que al cerrarse deforman plásticamente al materialal material. .

El material fluye, restringido por el contorno del El material fluye, restringido por el contorno del dado, y se forman piezas muy complejas y de dado, y se forman piezas muy complejas y de tolerancias más cerradas que con una forja en tolerancias más cerradas que con una forja en dados abiertos. dados abiertos.

Se tiene amplia flexibilidad de formar piezas Se tiene amplia flexibilidad de formar piezas simétricas y no simétricas, que son posibles por los simétricas y no simétricas, que son posibles por los diversas operaciones de preformado (a veces de diversas operaciones de preformado (a veces de doblado) previos al forjado en dados de acabado. doblado) previos al forjado en dados de acabado.

ForjaForja

Gancho de acero AISI-Gancho de acero AISI-

4140 Forjado.4140 Forjado.

Se muestra las líneas Se muestra las líneas

de flujo (Textura) de flujo (Textura)

resultado del forjado.resultado del forjado.


Las geometrías van desde sencillas como las Las geometrías van desde sencillas como las esféricas, sólidos rectangulares o en forma esféricas, sólidos rectangulares o en forma de disco hasta las más complejas con de disco hasta las más complejas con secciones delgadas y largas que tienen secciones delgadas y largas que tienen nervaduras. nervaduras.

Muchas piezas son simétricas y otras tienen Muchas piezas son simétricas y otras tienen varios elementos de diseño (perforaciones, varios elementos de diseño (perforaciones, bordes, cavidades, etc.) que combinados bordes, cavidades, etc.) que combinados hacen que las piezas forjadas sean hacen que las piezas forjadas sean asimétricas. asimétricas.

Adicionalmente las piezas se pueden doblar Adicionalmente las piezas se pueden doblar en uno o varios planos, y pueden ser en uno o varios planos, y pueden ser longitudinales, equi-dimensionales o planas. longitudinales, equi-dimensionales o planas.

Forja en Forja en dados cerradosdados cerrados

Forjado de Forjado de una una cavidad en cavidad en un billet un billet cilíndrico cilíndrico mostrando mostrando las líneas las líneas de flujo.de flujo.

Piezas por forja en dados Piezas por forja en dados cerradoscerrados


Los metales señalados, normalmente se Los metales señalados, normalmente se pueden forjar mediante dados de impresión pueden forjar mediante dados de impresión peropero materiales sensibles a la temperatura y materiales sensibles a la temperatura y velocidad de deformación como el magnesio, velocidad de deformación como el magnesio, aleaciones base níquel, aleaciones aleaciones base níquel, aleaciones refractarias, requieren de sofisticados refractarias, requieren de sofisticados procesos o equipos de forja.procesos o equipos de forja.

Las piezas se pueden forjar en diversas Las piezas se pueden forjar en diversas cavidades en el mismo dado cambiando cavidades en el mismo dado cambiando gradualmente su formagradualmente su forma..

Aplicaciones de la Aplicaciones de la forja de impresiónforja de impresión

AeroespacialAeroespacial Implantes MédicosImplantes Médicos Rines DeportivosRines Deportivos

Forja en dados de Forja en dados de impresiónimpresión

Se produce una línea de partición Se produce una línea de partición en la pieza y rebaba que deberá en la pieza y rebaba que deberá removerse.removerse.

Generalmente requieren Generalmente requieren operaciones de maquinado para operaciones de maquinado para obtener buena precisión obtener buena precisión dimensional y buen acabado dimensional y buen acabado superficial. superficial.

Diseño de dadosDiseño de dados

Los dados se hacen Los dados se hacen de aceros para de aceros para herramienta, forjados herramienta, forjados y tratados o y tratados o endurecidos.endurecidos.

Deben soportar altos Deben soportar altos impactos.impactos.

Deben resistir Deben resistir termofluencia y termofluencia y oxidación.oxidación.

Son factores que Son factores que limitan la forja.limitan la forja.

““La vida del dado es La vida del dado es la llave al éxito del la llave al éxito del forjado en caliente”forjado en caliente”

Vida promedio:Vida promedio: La vida promedio de La vida promedio de

los dados es muy los dados es muy variable. variable.

El 12% de las El 12% de las operaciones de forja operaciones de forja causaron el 94% de la causaron el 94% de la falla de los dados.falla de los dados.

Se ha mejorado Se ha mejorado notablemente la vida notablemente la vida promedio de los dados promedio de los dados hasta mas de 1200 hasta mas de 1200 piezas.piezas.

Dados abiertos Dados abiertos y cerradosy cerrados

Forja de RecalcadoForja de Recalcado

Se aplica a piezas de diámetro uniforme, Se aplica a piezas de diámetro uniforme, sujetándolas entre dados hembra divididos sujetándolas entre dados hembra divididos y un dado de cabeceo (punzón) comprime y un dado de cabeceo (punzón) comprime al material aumentando el diámetro de la al material aumentando el diámetro de la pieza. pieza.

Puede usarse una secuencia de dados en Puede usarse una secuencia de dados en forma de cavidad para que la pieza forma de cavidad para que la pieza adquiera la forma final gradualmente. Éste adquiera la forma final gradualmente. Éste es un proceso de formado puede realizarse es un proceso de formado puede realizarse en frío.en frío.

Características del Características del ProcesoProceso

Incrementa el diámetro sólo en un extremo, Incrementa el diámetro sólo en un extremo,

comprimiendo su longitud.comprimiendo su longitud.

El diámetro se puede incrementar hasta tres El diámetro se puede incrementar hasta tres

veces con respecto al originalveces con respecto al original. .

Generalmente se forman piezas complejas en una Generalmente se forman piezas complejas en una

secuencia de dados independientes.secuencia de dados independientes.

Las impresiones pueden estar en el punzón, en el Las impresiones pueden estar en el punzón, en el

dado de sujeción o en ambos. dado de sujeción o en ambos.

Generalmente no se requiere de rebabeo. Generalmente no se requiere de rebabeo.

Puede realizarse en frío en materiales dúctiles.Puede realizarse en frío en materiales dúctiles.

Forja en FríoForja en Frío

Muchas forjas se hacen en caliente, a Muchas forjas se hacen en caliente, a temperaturas superiores a 1250° C. Pero temperaturas superiores a 1250° C. Pero la forja de impresión se puede realizar en la forja de impresión se puede realizar en frío. frío.

La forja en frío o recalcado o acuñado el La forja en frío o recalcado o acuñado el material material se deforma a bajas temperaturasse deforma a bajas temperaturas. .

La temperatura va La temperatura va desde temperatura desde temperatura ambiente hasta varios cientos de grados.ambiente hasta varios cientos de grados.


La extrusión directa reduce La extrusión directa reduce el diámetro del tocho e el diámetro del tocho e incrementa su longitud para incrementa su longitud para producir piezas como ejes y producir piezas como ejes y cilindros. Y en la extrusión cilindros. Y en la extrusión inversa el material fluye inversa el material fluye hacia atrás y alrededor del hacia atrás y alrededor del punzón para formar piezas punzón para formar piezas en forma de copa.en forma de copa.

El recalcado o cabeceado es El recalcado o cabeceado es una técnica común para una técnica común para hacer tornillos, pernos e hacer tornillos, pernos e incrementar el diámetro a lo incrementar el diámetro a lo largo de la longitud de la largo de la longitud de la pieza.pieza.

Orientación del flujo en Orientación del flujo en forja en fríoforja en frío

Este cuerpo de bujía fue forjada en frío. El corte muestra el flujo de granos favorable, lo que incrementa la resistencia de la pieza.

La precisión dimensional es muy buena por lo que no requiere maquinado posterior o muy poco.


La Forja en Frío puede producir piezas con una mínima cantidad de rebaba.

Pasos de forja en fríoPasos de forja en frío

Recalcado en FríoRecalcado en Frío

Producción de pernos Producción de pernos forjados en fríoforjados en frío

Acuñado

Uso para producir monedas, medallones y joyería.Uso para producir monedas, medallones y joyería. Se puede usar Lubricación.Se puede usar Lubricación. Puede usarse para mejorar el acabado.Puede usarse para mejorar el acabado.

• Proceso de Forja en Dados Cerrados.Proceso de Forja en Dados Cerrados.

Forja RotativaForja Rotativa

Tipos de MáquinasTipos de Máquinas

PrensasPrensas Las más comunes son Las más comunes son

hidráulicas.hidráulicas. Las otras son Las otras son

mecánicas y de tornillo.mecánicas y de tornillo. Se caracterizan por su Se caracterizan por su

capacidad de prensado.capacidad de prensado. Las más lentas se usan Las más lentas se usan

para piezas complejas.para piezas complejas.

MartillosMartillos Incluyen las de caída Incluyen las de caída

libre, potencia y doble libre, potencia y doble impacto.impacto.

Apropiados para piezas Apropiados para piezas pequeñas.pequeñas.

Se clasifican por la Se clasifican por la energía liberada al energía liberada al dado.dado.

VENTAJASVENTAJAS

Prensas HidráulicasPrensas Hidráulicas

Sources: www.lasco.com , www.schultzsteel.com 2,000 ton press

MartillosMartillos

Source: Ceco drop forges

Velocidades de Velocidades de ForjaForja

EquipoEquipo m/s m/s ..

Prensa HidráulicaPrensa Hidráulica 0.06-0.06-0.300.30

Prensa MecánicaPrensa Mecánica 0.06-0.06-1.501.50

Prensa de TornilloPrensa de Tornillo 0.6-1.2 0.6-1.2

Martillo de Caída libreMartillo de Caída libre 3.6-4.83.6-4.8

Martillo de PotenciaMartillo de Potencia 3.0-9.0 3.0-9.0

Martillo de Doble ImpactoMartillo de Doble Impacto 4.5-9.0 4.5-9.0


La deflexión en la parte La deflexión en la parte superior del marco se superior del marco se disminuye.disminuye.

Inversión inicial alta, Inversión inicial alta, pero de fácil pero de fácil mantenimiento.mantenimiento.

Se pueden generar Se pueden generar fuerzas de hasta 80,000 fuerzas de hasta 80,000 tons.tons.

La lenta velocidad de La lenta velocidad de forja causa forja causa calentamiento en los calentamiento en los dados.dados.

¿Qué tanta deflexión?¿Qué tanta deflexión?

= = FLFL33

48EI48EI If If =.1”, L=8 ft.,=.1”, L=8 ft., E=60,000psiE=60,000psi I=492 E6 inI=492 E6 in44


Sources: www.lasco.com , www.schultzsteel.com 2,000 ton press

Prensas MecánicasPrensas Mecánicas

La rigidez del La rigidez del yunque es de gran yunque es de gran importancia.importancia.

Rodamientos de Rodamientos de carga sobre el carga sobre el marco y la biela.marco y la biela.

La transferencia de La transferencia de calor y la fatiga calor y la fatiga pueden ser un pueden ser un problema.problema.

Capacidad limite Capacidad limite hasta 12,000 tons.hasta 12,000 tons.

Prensas MecánicasPrensas Mecánicas

El husillo debe El husillo debe resistir pandeo y resistir pandeo y fatiga.fatiga.

Capacidades Capacidades máximas hasta máximas hasta 32,000 tons.32,000 tons.

El marco de carga El marco de carga debe resistir debe resistir grandes momentos grandes momentos torsionales.torsionales.

MartillosMartillos

Más baratos que Más baratos que las prensas las prensas hidráulicas.hidráulicas.

Mantenimiento Mantenimiento más difícil.más difícil.

No existen grandes No existen grandes deflexiones.deflexiones.

Rango de Rango de capacidades de capacidades de 900,000 ft-lb.900,000 ft-lb.

MartillosMartillos

Source: Ceco drop forges

Costos de ForjaCostos de Forja

El diseño de El diseño de maquinaria especial maquinaria especial puede costar millones puede costar millones de dólares.de dólares.

Los dados pueden Los dados pueden fabricarse en la fabricarse en la empresa y los costos empresa y los costos dependen del dependen del tamaño, material y tamaño, material y tratamiento térmico.tratamiento térmico.

$30,000 US para $30,000 US para un martillo un martillo pequeño y usado.pequeño y usado.

Las ventas de Las ventas de piezas forjadas piezas forjadas están por arriba de están por arriba de 90,000 millones de 90,000 millones de dólares en EU.dólares en EU.

Futuro de la ForjaFuturo de la Forja

Forja IsotérmicaForja Isotérmica

Produce la pieza Produce la pieza final.final.

El material y los El material y los costos son costos son reducidos reducidos considerablemente.considerablemente.

Se emplean para Se emplean para piezas de la piezas de la industria industria aeroespacial.aeroespacial.

Forja sin rebabaForja sin rebaba

Elimina material de Elimina material de desperdicio.desperdicio.

Requiere dados de Requiere dados de gran precisión y gran precisión y martillos de alta martillos de alta capacidad.capacidad.

Se emplea en Se emplea en piezas donde las piezas donde las propiedades son propiedades son muy importantes.muy importantes.

ConclusionesConclusiones

La forja es un proceso antiguo, pero el La forja es un proceso antiguo, pero el CAD y el método de análisis por elemento CAD y el método de análisis por elemento Finito ha mejorado los diseños.Finito ha mejorado los diseños.

Los dados son las piezas más importantes Los dados son las piezas más importantes de una máquina de forja.de una máquina de forja.

La forja isotérmica y sin rebaba, son los La forja isotérmica y sin rebaba, son los avances en la forja para la eliminación de avances en la forja para la eliminación de procesos secundarios.procesos secundarios.

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