Forjado El forjado, proceso de deformacin en el que el material se comprime entre los dados, involucra la aplicacin de esfuerzos de compresin que exceden la resistencia de fluencia del metal, usando impacto o presin gradual para formar la pieza. La diferencia depende ms del tipo de equipo que de las diferencias en la tecnologa de los procesos. Una mquina de forjado que aplica cargas de impacto se llama martinete, mientras la que aplica presin gradual se llama prensa de forjado. El Forjado es la operacin ms antigua para formado de metales y se remonta quiz al ao 5000 a.C. Hoy en da el forjado es un importante proceso industrial, mediante el cual se hacen varios componentes de alta resistencia para automviles, vehculos aeroespaciales y otras aplicaciones. La industria del acero y de otros metales, usa el forjado para obtener formas bsicas de grandes componentes que luego se maquinan para lograr su forma final y dimensiones definitivas. Una manera de clasificar las operaciones de forja es mediante la temperatura de trabajo. La mayora de las operaciones se realizan en caliente, (por arriba de la TC de recristalizacin), dada la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal de trabajo, sin embargo, el forjado en fro tambin es muy comn para ciertos productos. La ventaja del forjado en fro es la mayor resistencia que adquiere el material, que resulta del endurecimiento por deformacin

1.

Las piezas as obtenidas son, en unos casos, productos acabados (bielas, manivelas, etc.) y, en otros, sirven como preformas para un posterior mecanizado (ejes, cigeales, etc.). La accin conjunta de la energa calrica y mecnica permite conseguir considerables reducciones de seccin, modifica la macro estructura del material y crea un efecto de fibra. (1La forja en fro se aplica a metales que no son susceptibles de tratamiento trmico, bien porque no lo admiten, porque no sea deseable o porque sea muy costoso; otras veces, debido al tamao excesivamente pequeo de las piezas (pernos, roblones, tornillos), que ocasiona un enfriamiento muy rpido de las mismas, con los consiguientes inconvenientes que esto puede producir.)

Otra diferencia, entre las operaciones de forjado es el grado en que los dados restringen el flujo del metal de trabajo. De acuerdo a esta clasificacin, hay tres tipos de operaciones de forjado: a) forjado en dado abierto, b) forjado en dado impresor y c) forjado sin rebaba. (Figura 1):

Figura1. Tipos de Forjado.

En el Forjado a dado abierto el material se comprime entre dos planos, permitiendo que el material fluya sin restriccin es sus caras laterales.

En el Forjado en dado impresor, el dado de comprensin ejerce fuerza sobre la superficie de la pieza, haciendo que esta tome la forma del dado. A pesar de que aumenta la restriccin en el metal, es posible que este fluya ms all del dado impresor lo que causa un exceso de material (rebaba).

En el Forjado sin rebaba el dado restringe completamente el material dentro de la cavidad y no se produce rebaba excedente.

1 TIPOS DE FORJADO 1.1 Forjado en dado abierto El caso ms simple de forjado consiste en comprimir una parte de seccin cilndrica entre dos dados planos, muy semejante a un ensayo de la compresin. Esta operacin de forjado se conoce como recalcado o forjado para recalcar, reduce la altura de material de trabajo e incrementa su dimetro.

FIGURA 2 Deformacin homognea de una parte de trabajo cilndrica bajo condiciones ideales en una

operacin de forjado en dado abierto: (1) inicio del proceso con la parte de trabajo a su altura y dimetros originales, (2) compresin parcial y (3) tamao final.

1.1.1Anlisis del Forjado en Dado Abierto Si el forjado en dado abierto se lleva a cabo bajo condiciones ideales, sin friccin entre el material de trabajo y la superficie del dado, ocurre una deformacin homognea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura como se representa en la figura 2. Bajo condiciones ideales, el esfuerzo real que experimenta el material durante el proceso, se puede determinar por:

Donde ho = altura inicial del trabajo, (mm); y h = altura de un punto intermedio en el proceso (mm) Al final de la carrera de compresin, h = hf (su valor final) y el esfuerzo real alcanza su mximo valor. Se puede estimar la fuerza para ejecutar el recalcado. Se puede obtener la fuerza requerida para continuar la compresin a una altura dada h durante el proceso, multiplicando el rea correspondiente de la seccin transversal por el esfuerzo de fluencia:

F = Yf A Donde: F = fuerza, (N); A = rea de la seccin transversal de la parte, (mm2); Yf = esfuerzo de fluencia

El rea A se incrementa continuamente al reducirse la altura h durante la operacin. El esfuerzo de fluencia Yf se incrementa como resultado del endurecimiento por trabajo, excepto cuando el metal es perfectamente plstico (trabajo en caliente). En este caso, el exponente de endurecimiento por deformacin n = 0, y el esfuerzo de fluencia Yf iguala al esfuerzo de fluencia del metal Y. La fuerza alcanza un valor mximo al final de la carrera de forjado, donde el rea y el esfuerzo de fluencia llegan a su valor ms alto. Una operacin real de recalcado no ocurre exactamente como se muestra en la figura 2, ya que la friccin en la superficie de los dados se opone al flujo de metal; se crea un efecto de abultamiento en forma de barril, llamado abarrilamiento, mostrado en la figura 3. Cuando se realiza un trabajo en caliente con dados fros, el abarrilamiento es ms pronunciado. Esto se debe a: 1) un coeficiente de friccin ms alto, tpico del trabajo en caliente y 2) la transferencia de calor en la superficie del dado y sus cercanas, lo cual enfra el metal y aumenta su resistencia a la deformacin. El metal ms caliente se encuentra en medio de la pieza y fluye ms fcilmente que el metal ms fro de los extremos. El efecto se acenta al aumentar la relacin entre el dimetro y la altura de la pieza, debido a la mayor rea de contacto en la interface dado - material de trabajo.

FIGURA 3.Deformacin cilndrica real de una parte de trabajo en forjado en dado abierto mostrando un

abarrilamiento pronunciado: (1) inicio del proceso, (2) deformacin parcial y (3) forma final.

Todos estos factores hacen que la fuerza de recalcado sea ms grande que la prevista por la ecuacin anterior. Podernos aplicar un factor de forma a esa ecuacin para aproximar los efectos de la friccin y la relacin entre el dimetro y la altura:

F = K f Yf A Donde F, Yf y A tienen las mismas definiciones anteriores; Kf = factor de forma del forjado, definido como:

Donde m = coeficiente de friccin; D = dimetro de la parte de trabajo o cualquier dimensin que represente la longitud de contacto con la superficie, (mm); h = altura de la parte, (mm). A pesar de ser una operacin sencilla y flexible, no es practicable para la produccin a gran escala, pues es lenta y las dimensiones y forma de la pieza dependen de la destreza del operario. La forja libre se emplea en general para la fabricacin de piezas nicas o series muy pequeas, sobre todo de gran tamao como ejes de turbinas, ejes de cola de grandes barcos, etc. hasta un peso del tocho de partida de 300 Tn.

EJEMPLO: 1.1 Forjado en dado abierto Una parte cilndrica se sujeta a una operacin de recalcado en forja. La pieza inicial tiene 3.0 pulg de altura y 2.0 pulg de dimetro. En la operacin, su altura se reduce hasta 1.5 pulg. El material de trabajo tiene una curva de fluencia definida por K = 50000 lb/pulg2 y n = 0.17. Asuma un coeficiente de friccin de 0.1. Determine la fuerza al empezar el proceso, a las alturas intermedias 2.5 pulg, 2 pulg, y a la altura final 1.5 pulg. Solucin: Volumen de la pieza es:

En el momento en que hace contacto con el dado superior, h = 3.0 y la fuerza F = 0. Al principio de la fluencia, h es ligeramente menor que 3.0 pulg, y asumimos que la deformacin e = 0.002, en la cual el esfuerzo de fluencia es:

El dimetro es todava aproximadamente D = 2.0 pulg, y el rea A = 3.142 pulg2. Para estas condiciones el factor de ajuste Kf se calcula como

La fuerza de forjado es:

F =1.027 17384 3.142 = 56077lb Para h = 2.5 pulg

Si suponemos un volumen constante y despreciamos el abarrilamiento,

De igual manera, para h = 2.0 pulg, F = 211894 lb; y a una h = 1.5 pulg, F = 317 500 lb. La curva carga versus carrera de la figura 4 se construy con los valores de este ejemplo.

FIGURA 4 Fuerza de recalcado en funcin de la altura h y de la reduccin de altura (ho-h). A esta

grfica se le llama algunas veces curva carga-carrera.

1.1.2 Prctica del forjado con dado abierto El forjado caliente con dado abierto es un importante proceso industrial. Las formas generadas con dado abierto son simples. En algunas aplicaciones los dados tienen superficies con ligeros contornos que ayudan a formar el material de trabajo. ste, debe manipularse frecuentemente (girndolo en cada paso, por ejemplo) para efectuar los cambios de forma requeridos. Para el xito en estas operaciones, es factor importante la habilidad del operador. Un ejemplo de forjado en dado abierto en la industria del acero es el formado de grandes lingotes cuadrados para convertirlos en secciones redondas. Las operaciones de forja en dado abierto producen formas primarias que necesitan operaciones posteriores para refinar las piezas a sus dimensiones y geometra final. Una contribucin importante del forjado en caliente en dado abierto es la creacin de un flujo de granos y de una estructura metalrgica favorable en el metal. El forjado con dado abierto puede realizarse con dados convexos, o con dados cncavos y por secciones, como se ilustran en la figura 5. El forjado con dados convexos es una operacin de forja que se utiliza para reducir la seccin transversal y redistribuir el metal, como preparacin para operaciones posteriores de formado con forja. El forjado con dados cncavos es similar al anterior, excepto que los dados tienen superficies cncavas.

FIGURA 5 Varias operaciones de forjado en dado abierto: (a) con dados convexos, (b) con dados

cncavos y (c) por secciones.

Una operacin de forjado por secciones consiste en una secuencia de compresiones a lo largo de una pieza de trabajo para reducir su seccin transversal e incrementar su longitud, se usa en la industria siderrgica para producir lupias y planchones a partir de lingotes fundidos, en la operacin se utilizan dados abiertos con superficies planas o con un ligero contorno. Con frecuencia se usa el trmino forjado incremental para este proceso.

1.2 Forjado con dado impresor Con este proceso se eliminan las dificultades de la forja libre empleando matrices que controlan el flujo plstico del metal conformado, producindose una conformacin total. La pieza de trabajo se coloca en la matriz inferior (figura 6.1) y se deforma plsticamente llenando la cavidad del molde, suele ser comn que la pieza tenga que ser desmoldada con un eyector o expulsor. Se puede distinguir entre forja con estampa semi cerrada (figura 6.2), cuando una parte del metal fluye ms all de la matriz de impresin formando una rebaba, y forja con estampa cerrada (figura 1c), cuando no se produce rebaba excedente. La rebaba que se origina entre las caras de las matrices debido al material excedente, es recortada con un troquel especial de corte.

Existen diferentes maquinas para realizar este tipo de trabajos, como por ejemplo: martillos de vapor, y de tabla, prensas hidrulicas y mecnicas, etc. La forja con estampa es un proceso que se realiza en varias etapas, como se muestra en la figura 6.4, a partir de un producto semi elaborado, con el que se obtienen preformas que convengan a la forma definitiva a fabricar, para formas complicadas son necesarias forjas intermedias, para conseguir una mejor distribucin del material hasta llegar a la pieza final, ya que de otro modo fluira solamente en la direccin ms favorable y dejara huecos en alguna zona de la pieza. Para cada paso se necesitan cavidades separadas. Los pasos iniciales se disean para redistribuir el metal en la parte de trabajo y conseguir as una deformacin uniforme y la estructura metlica requerida para las etapas siguientes, Los ltimos pasos le dan el acabado final a la pieza. La forja con estampa se usa en la produccin de una gran variedad de piezas de formas diversas (bielas, engranes en bruto, palancas, etc. (Figura6.4)), limitadas solamente por los requerimientos del proceso o de la matriz. En general, el resultado es una estructura fibrosa favorable.

FIGURA 6 Secuencia en el forjado con dado impresor: (1) inmediatamente antes del contacto inicial

con la pieza de trabajo en bruto, (2) compresin parcial, (3) cerradura final de los dados, ocasionando la formacin de rebaba entre las placas del dado y (4) muestra una secuencia de pasos en la

fabricacin de una biela as como el dado

Las medidas que se alcanzan en este proceso tienen amplios lmites, se pueden forjar piezas de acero desde 10 gr de peso y 10 mm de longitud, hasta 2000 kg y 3,5 m. En el caso de aleaciones de aluminio, se pueden llegar a forjar hasta 10 m de longitud para cabeceras de alas de avin y 1,5 m para ruedas. En cuanto a la diversidad de formas, Spies, geomtricamente, establece una agrupacin de formas semejantes tal como se indica en la figura 7. Las tolerancias son aceptables. La calidad de las superficies es razonablemente buena, aunque en general se requiere un procesamiento adicional para obtener mejores acabados superficiales.

Figura 7: Ordenacin segn geometra de las piezas forjadas (segn Spies).

La pieza de trabajo inicial es cilndrica. Al cerrarse el dado y llegar a su posicin final, el metal fluye ms all de la cavidad del dado y forma una rebaba en la abertura entre las placas del dado, esta tiene una funcin importante en el forjado, ya que cuando la rebaba empieza a formarse, la friccin se opone a que el metal siga fluyendo por la abertura, de esta manera fuerza al material trabajado a permanecer en la cavidad. En el formado en caliente, la restriccin del flujo de metal es mayor debido a que la delgada rebaba se enfra rpidamente contra las placas del dado, incrementando la resistencia a la deformacin. El flujo restringido de metal en la abertura hace que se incrementen significativamente las presiones de compresin, forzando al material a llenar los detalles a veces intrincados de la cavidad del dado, con esto se obtiene un producto de alta calidad. Con la formacin de rebaba en el forjado con dado impresor y debido a las formas complejas, las fuerzas en este proceso son considerablemente ms grandes y ms difciles de analizar, respecto del forjado con dado abierto. Con frecuencia se usan frmulas y factores de diseo relativamente simples para estimar las fuerzas en el forjado con dado impresor. La frmula de la fuerza es la misma para el forjado en dado abierto, pero su interpretacin es ligeramente diferente:

F = K f Yf A Donde F = fuerza mxima en la operacin, (N); A = rea proyectada de la parte, incluyendo la rebaba, (mm2); Yf = esfuerzo de fluencia del materia (MPa); Kf = factor de forma del forjado

En el forjado en caliente, el valor apropiado de Yf es la resistencia a la fluencia del metal a temperatura elevada. En otros casos, la seleccin del valor apropiado del esfuerzo de fluencia es difcil porque para las formas complejas el esfuerzo vara a travs de la pieza de trabajo, Kf es un factor con el que se intenta tomar en cuenta el incremento de la fuerza requerida para forjar formas complejas, La tabla 1 muestra la escala de valores de Kf para diferentes formas de piezas. El problema al especificar el valor apropiado de Kf para una forma dada de trabajo, limita la precisin de la estimacin. Tabla 1 Valores tpicos de Kf para varias formas forjadas con dado impresor y con dado cerrado.

La ecuacin F = K f Yf A se aplica para el clculo de la fuerza mxima durante la operacin, sta determinar la capacidad de la prensa o martinete que se emplear en la operacin. La fuerza mxima se alcanza al final de la carrera o golpe de forjado donde el rea proyectada es ms grande y la friccin es mxima. El forjado con dado impresor no tiene tolerancias estrechas de trabajo y frecuentemente se requiere el maquinado para lograr la precisin necesaria. El proceso de forjado genera la geometra bsica de la parte y el maquinado realiza los acabados de precisin que se requieren en algunas porciones de la pieza (Ej. perforaciones, cuerdas y superficies que deben coincidir con otros componentes). Las ventajas del forjado sobre el maquinado completo de la parte son: velocidad de produccin ms alta, conservacin del metal, mayor resistencia y orientacin ms favorable de los granos de metal. En la figura 8 se ilustra una comparacin del flujo granular en el forjado y en el maquinado

FIGURA 8 Comparacin del flujo de granos metlicos en una parte que es: (a) forjada en caliente con

acabado maquinado y (b) completamente maquinada

Las mejoras en la tecnologa del forjado con dado impresor han dado como resultado la capacidad de producir forjados con secciones ms delgadas, formas ms complejas, tolerancias ms estrechas y la virtual eliminacin de concesiones al maquinado. Los procesos de forjado con estas caractersticas se conocen como forjado de precisin. Los metales ms comunes que se usan en el forjado de precisin son el aluminio y el titanio. En la figura 9 se muestra una comparacin del forjado de precisin y el forjado convencional con dado impresor. Ntese que el forjado de precisin en el ejemplo no elimina las rebabas, aunque si las reduce. Algunas operaciones de forjado de precisin se realizan sin producir rebaba. El forjado de precisin se clasifica propiamente como un proceso de forma neta o casi neta, dependiendo de la necesidad del maquinado para acabar la forma de la pieza.

FIGURA 9 Secciones transversales de (a) forjado convencional y (b) forjado de precisin. Las lneas

punteadas en (a) indican los requerimientos de maquinado posterior para convertir una pieza de forjado convencional en una forma equivalente a la de forjado de precisin. En ambos casos tiene que

recortarse la rebaba.

1.3 Forjado sin rebaba En el forjado con dado cerrado, la pieza de trabajo original queda contenida completamente dentro de la cavidad del dado durante la compresin y no se forma rebaba. La secuencia del proceso se ilustra en la figura 10.

FIGURA 10 Forjado sin rebaba: (1) inmediatamente antes del contacto inicial con la pieza de trabajo, (2) compresin parcial y (3) final de la carrera del punzn y cierre del dado. Los smbolos v y F indican movimiento (v = velocidad) y fuerza aplicada, respectivamente.

Este proceso es identificado como forjado sin rebaba. Este proceso impone ciertos requerimientos sobre el control del forjado, ms exigentes que el forjado con dado impresor. El parmetro ms importante es que el volumen del material de trabajo debe igualar al volumen de la cavidad del dado dentro de muy estrechas tolerancias. Si la pieza de trabajo inicial es demasiado grande, la presin excesiva puede daar al dado o a la prensa. Si la pieza de trabajo es demasiado pequea, no se llenar la cavidad. Debido a este requerimiento, el proceso es usado en la manufactura de partes geomtricas simples y simtricas, y para trabajar metales como el aluminio, el magnesio o sus aleaciones. El forjado sin rebaba se clasifica como un proceso de forjado de precisin.

Las fuerzas en el forjado sin rebaba alcanzan valores comparables a las del forjado con dado impresor. Estas fuerzas se pueden, estimar usando los mismos mtodos para el forjado con dado impresor.

FIGURA 11 Operacin de acuado: (1) inicio del ciclo, (2) tiempo de compresin y (3) remocin de la

parte terminada.

El acuado es una aplicacin especial del forjado sin rebaba mediante el cual se imprimen los finos detalles del dado en la superficie superior y en el fondo de la pieza de trabajo. En el acuado hay poco flujo de metal; no obstante, las presiones requeridas para reproducir los detalles superficiales de la cavidad del dado son altas, como se indica por el valor de Kf en la tabla 1. Una aplicacin comn del acuado es la acuacin de monedas, que se ilustra en la figura 11. El proceso se usa tambin para dar acabados superficiales y de precisin dimensional a algunas piezas fabricadas por otras operaciones

2. Efectos que produce la forja Elimina cavidades internas, los altos esfuerzos a los que se somete el material, producen

condensacin del mismo y por lo tanto la eliminacin de poros, sopladuras, burbujas, etc. Afina el grano. Durante la forja juegan dos efectos complementarios: la deformacin

plstica de los cristales y la posterior recristalizacin y por lo tanto la consecucin de un grano ms fino.

3. Materiales forjables Puesto que el trabajo de forja est basado en la aptitud de re cristalizacin y crecimiento de grano, slo podrn forjarse los materiales que cumplan esos requisitos.

- Metales puros: Al, Cu, Fe, Ti, Zn - Aleaciones formadas por una o varias soluciones slidas: Acero, aleaciones del aluminio

(Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn, Al-Mn), de magnesio (Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Mn), de cobre (latones Cu-Zn, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Pb, Cu- Zn-Ni y bronces, Cu-Al, Cu-Ni, Cu-Si).

4. Fases en el trabajo de forja y operaciones de forja ms comunes Las fases son:

- Calentamiento (hornos para forja, fraguas). - Deformacin. - Enfriamiento (no debe ser brusco para evitar grietas por contracciones rpidas).

Las operaciones de forja ms comunes se pueden clasificar del siguiente modo: - Forja libre. - Forja con estampa semi cerrada (matriz de impresin semi cerrada). - Forja con estampa cerrada (matriz de impresin cerrada). - Forja por recalcado.

- Forja en fro.

5. Forja por recalcado La forja por recalcado es una operacin de deformacin en la cual una pieza de trabajo cilndrica aumenta su dimetro y reduce su longitud. Esta operacin se analiz en el forjado en dado abierto, sin embargo, es una operacin industrial que puede tambin ejecutarse como un forjado en dado cerrado como se observa en la figura 12 y consiste en una acumulacin de material en una zona limitada de un producto acabado, generalmente en forma de barra redonda o perfil poligonal. Como se realiza por compresin axial, se produce un acortamiento de la pieza de trabajo, la que se coloca en una matriz estacionaria, luego la herramienta se mueve longitudinalmente, recalcando la pieza en la cavidad de la matriz. Los materiales usados para este tipo de conformado son, aceros bajos de carbono, cobre, aluminio y sus aleaciones. Existen una gran variedad de recalcadores, produciendo piezas a gran velocidad.

FIGURA 12 Una operacin de recalcado para formar la cabeza de un perno u otro artculo similar. El ciclo consiste en: (1) el alambre se alimenta hasta el tope, (2) los dados mordaza se cierran apretando

el material y el tope se retira, (3) el punzn avanza y (4) loca fondo para formar la cabeza.

FIGURA 12 Ejemplos de formacin de cabezas (forjado recalcado): (a) cabeza de clavo usando dados abiertos, (b) cabeza redonda formada por el punzn, (c) y (d) cabezas formadas por el dado, y (e) perno

de carro formado por el dado y el punzn.

Este tipo de procesos tiene aplicacin para forjar cabezas de pernos, tornillos, clavos, vlvulas, acoplamientos y muchos otros componentes de pequeo tamao, as, se producen ms partes por recalcado que por cualquier otra operacin de forjado. El recalcado se realiza como una operacin de produccin masiva en fro, en tibio o en caliente, con mquinas de recalcado por forja, llamadas formadoras de cabezas. En general, estas mquinas se equipan con deslizaderas horizontales, en

lugar de las verticales usadas en los martinetes y prensas convencionales. El material con que se alimentan estas mquinas son barras o alambres, se forman las cabezas en los extremos de las barras y luego se corta la pieza a la longitud adecuada para hacer el artculo de ferretera deseado. Se usa el laminado de cuerdas para formar las piezas completas de pernos y tornillos. Hay lmites para la deformacin que se puede alcanzar en el recalcado, definidos como la longitud mxima del material a forjar. La longitud mxima que se puede recalcar en un golpe, es tres veces el dimetro de la barra inicial. Al intentar una deformacin mayor, el metal se dobla o arruga en lugar de comprimirse para llenar adecuadamente la cavidad. Las tolerancias y la calidad de las superficies estn determinadas por las oxidaciones y lubricantes, principalmente.

6.- Forja en fro En la forja en fro se obtienen cantidades de produccin enormes. Con esta operacin el metal es comprimido dentro de la matriz, que le confiere la forma deseada (figura 13).

Figura 13: Forja en fro.

Este proceso tiene la ventaja del alto aprovechamiento del material, as como las excelentes propiedades mecnicas que resultan. Este proceso se usa en la fabricacin de clavos y pernos. En la forja en frio, se obtiene excelentes acabados superficiales; las tolerancias se encuentran en torno a 0.05 mm para dimetros y 0.2 mm para longitudes.

7. Mquinas martinetes y prensas y Dados de forjado. El equipo usado en forjado consiste en mquinas de forja, que se clasifican en martinetes, prensas, dados de forjado y herramientas especiales que se usan en estas mquinas; equipos auxiliares como hornos para calentar material de trabajo, dispositivos mecnicos para cargar y descargar el material de trabajo y estaciones de recorte para recortar las rebabas del forjado con dado impresor. Martinetes de forja Estos martinetes descargan una maza que impacta contra el material de trabajo. Se usa el trmino martinete de cada libre para designar, estas mquinas, por la forma de liberar la energa de impacto (vanse figuras 14(a)) Los martinetes se usan ms frecuentemente para forjado con dado impresor. La parte superior del dado de forjado se fija al pisn y la parte inferior se fija al yunque, el material de trabajo se coloca en el dado inferior, el pisn se eleva y luego se deja caer sobre la pieza de trabajo. Cuando la parte superior del dado golpea el material de trabajo, la energa del impacto ocasiona que la parte tome la forma de la cavidad del dado. Se necesitan varios golpes de martillo para lograr el cambio deseado de forma. Los martinetes se pueden clasificar en martinetes de cada libre y martinetes de potencia. Los martinetes de cada libre generan energa por el peso del pisn que cae libremente, la fuerza del golpe se calcula por la altura de cada y el peso del pisn. Los martinetes de potencia aceleran el pisn con presin de aire o vapor figura 14(b). Una desventaja del martinete de cada libre es que gran parte de la energa del impacto se trasmite a travs del yunque al piso de anclaje.

FIGURA 14 (a) Martinete de vapor con doble marco (b) Martinete de cada libre (c) presa de forja

hidrulica de treinta y cinco mil toneladas.

Prensas de forjado Estas aplican presin gradual, en lugar de impactos repentinos, para realizar las operaciones de forja figura 14(c). Las prensas de forjado incluyen prensas mecnicas, prensas hidrulicas y prensas de tornillo. Las prensas mecnicas funcionan por medio de excntricos, manivelas y juntas o articulaciones de bisagra que convierten el movimiento giratorio de un motor en movimientos de traslacin del pisn. Las prensas mecnicas alcanzan fuerzas muy altas en el fondo del recorrido de forjado. Las prensas hidrulicas usan un cilindro hidrulico para accionar el pisn. Las prensas de tornillo aplican la fuerza por medio de un tornillo que mueve al pisn vertical. Tanto las prensas de tornillo como las hidrulicas operan a velocidades bajas del pisn o ariete y pueden suministrar una fuerza constante a travs de la carrera. Estas mquinas son apropiadas para las operaciones de forjado (y otras operaciones de formado) que requieren grandes carreras. Dados de forjado Es importante el diseo de los dados para el xito de la operacin de forjado. Las partes que se forjan deben disearse con el conocimiento de los principios y limitaciones de este proceso. Nuestro objetivo es describir parte de la terminologa y algunos lineamientos que se usan en el diseo de dados para forja. El diseo de los dados abiertos es generalmente trivial ya que su forma es relativamente simple. Nuestros comentarios se aplican a los dados impresores y a los dados cerrados. La figura 15 define parte de la terminologa en un dado de impresin.

FIGURA 15 Terminologa para un dado convencional en forjado con dado impresor.

En la revisin de la siguiente terminologa de los dados de forjado se indican algunos de los principios y limitaciones en su diseo, que deben considerarse para el diseo de las partes o para la seleccin de los procesos de manufactura: - Lnea de separacin. La lnea de separacin, particin o lnea de rebaba, es el plano que divide las partes superior e inferior del dado. Su mala seleccin afecta el flujo de los granos en la pieza, la carga requerida y la formacin de rebaba. Ahusamiento (ngulo de salida). Es el grado de inclinacin que se requiere en los lados de la pieza para poder retirarla del dado. El trmino se aplica tambin al ahusamiento en los lados de la cavidad del molde. Los ngulos tpicos de salida son de 3 para el aluminio y el magnesio, y de 5 a 7 para partes de acero. Los ngulos de tiro para forjados de precisin son cercanos a cero. Membranas y costillas. Una membrana es una porcin delgada del forjado que es paralela a la lnea de separacin, mientras que una costilla es una porcin delgada perpendicular a la lnea de separacin. Estas caractersticas de la parte producen dificultad en el flujo de metal al adelgazarse. Filetes y radios de las esquinas. Los radios pequeos de los filetes y las esquinas, tienden a limitar el flujo de metal e incrementar la resistencia en las superficies del dado durante el forjado. Rebaba. La formacin de rebaba juega un papel crtico en el forjado con dados de impresin porque causa una acumulacin de presin dentro del dado que promueve el llenado de la cavidad. Esta acumulacin de presin se controla diseando un campo y un canal para la rebaba dentro del dado, como se ve en la figura 15. El campo determina el rea superficial a lo largo del cual ocurre el flujo lateral del metal, controlando as el incremento de presin dentro del dado, el canal permite que escape el material en exceso y evita que la carga de forjado se eleve a valores extremos.

8.- Estampado con forja y forjado radial Son procesos de forjado usados para reducir el dimetro de un tubo o barra slida. El estampado se ejecuta sobre el extremo de una pieza de trabajo para crear una seccin redonda.

FIGURA 16 Proceso de estampado para reducir material en barra slida; los dados giran al martillar el material de trabajo. En el forjado radial el material gira mientras los dados permanecen en posicin fija

martillando el material de trabajo.

El proceso de estampado, que se muestra en la figura 16, se realiza por medio de dados rotatorios que golpean en una pieza de trabajo radialmente hacia dentro para redondearla conforme la pieza avanza dentro de los dados. El forjado radial es similar al estampado en su accin contra la pieza y se usa para crear formas similares. La diferencia es que en el forjado radial los dados no giran alrededor de la pieza de trabajo; en su lugar, el material de trabajo es el que gira al avanzar dentro de los dados martillo.

9.- Forjado con rodillos Proceso de deformacin que se usa para reducir la seccin transversal de una pieza de trabajo cilndrica (o rectangular), sta pasa a travs de una serie de rodillos opuestos con canales que igualan la forma requerida por la parte final. La operacin tpica se ilustra en la figura 17. El forjado con rodillos se clasifica como un proceso de forja, aun cuando utiliza rodillos. Los rodillos no giran continuamente, sino solamente a travs de una porcin de revolucin que corresponde a la deformacin que requiere la pieza. La piezas forjadas con rodillos son ms fuertes y poseen una

estructura granular favorable con respecto a otros procesos como el maquinado que puede usarse para producir estas mismas piezas.

FIGURA 17 Forjado con rodillos.

10.- Forjado orbital En este proceso, la deformacin ocurre por medio de un dado superior en forma de cono que presiona y gira simultneamente sobre el material de trabajo, como se ilustra en la figura 18. El material de trabajo se comprime sobre un dado inferior que tiene una cavidad. Debido a que el eje del cono est inclinado, solamente una pequea rea de la superficie del material de trabajo se comprime. Al revolver el dado superior, el rea bajo compresin tambin gira. Estas operaciones caractersticas del forjado orbital producen una reduccin sustancial en la carga requerida de la prensa para alcanzar la deformacin del material del trabajo.

FIGURA 18 Forjado orbital. Al final del ciclo de deformacin, el dado inferior se eleva para expulsar la

parte,

11.- Punzonado El punzonado en forja es un proceso de deformacin en el cual se prensa una forma endurecida de acero sobre un bloque de acero suave (u otro metal suave). El proceso se usa frecuentemente

para hacer cavidades de moldes para moldeo de plsticos y fundicin en dados, como se muestra en la figura 19. La forma de acero endurecido se llama punzn o fresa y tiene la geometra de la parte que se va a moldear. Para forzar la fresa dentro del bloque de metal suave se requiere una presin que se logra con una prensa hidrulica. La formacin completa de la cavidad del dado en el bloque requiere de varios pasos, como el punzonado seguido del recocido para remover el endurecimiento por deformacin. Cuando el material se ha deformado significativamente, como se ve en la figura, se elimina el exceso por maquinado. La ventaja del punzonado en esta aplicacin es que es ms fcil maquinar la forma exterior que erosionar la cavidad. Esta ventaja se multiplica en los casos donde se tienen que hacer cavidades mltiples en el bloque del dado.

FIGURA 19 Punzonado: (1) antes de la deformacin y (2) al completarse el proceso.

Ntese que el material en exceso formado por la penetracin de la fresa debe removerse por maquinado.

12.- Forjado isotrmico El forjado en caliente con dados calientes, se llama isotrmico, la pieza de trabajo se mantiene a temperaturas elevadas durante todo el proceso. Al calentar los dados que se usan, la pieza de trabajo no se enfra al contacto con los dados, como sucede en el forjado convencional, as, el metal fluye ms fcilmente y la fuerza requerida para el proceso se reduce. El forjado isotrmico es ms costoso que el forjado convencional y se reserva para metales difciles de forjar, como el titanio y las super aleaciones, y para partes complejas. El proceso se lleva a cabo algunas veces al vaco para evitar la oxidacin rpida del material del dado.

13.- Recortado El recortado es una operacin que se usa para remover la rebaba de la parte de trabajo en el forjado con dado impresor. El recortado en la mayora de los casos se realiza por cizallamiento como en la figura 20, en la cual un punzn fuerza el material de trabajo a travs de un dado de corte, cuyo contorno tiene el perfil de la parte deseada. El recorte se hace usualmente mientras el material de trabajo est an caliente, esto significa que se debe incluir una prensa de recortado por cada martinete o prensa.

FIGURA 20 Operacin de recorte (proceso de cizalla) para remover la rebaba despus del forjado con

dado impresor.