PRESENTACION (FORJA).pptx

7/28/2019 PRESENTACION (FORJA).pptx

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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE INGENIERIAS FISICAS Y FORMALES

INGENIERIA MECANICA,MECANICA ELECTRICAY MECATRONICA

PROCESOS DE CONFORMADO DEMATERIALES

F O R J ADO DEMETALES


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Objetivo

Por qu Forja? Consideraciones de Diseo.

Tipos de Forja;

En dados abiertos y en dados cerrados Proceso en fro y en caliente

Tipos de Mquinas de forja y Herramientasadicionales.

Costos de Forja.

Futuro de Forja.

Conclusiones.


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Qu es la Forja?

Es el proceso de conformado donde los metalesson prensados bajo grandes cargas decompresin para generar piezas de altaresistencia y tenacidad.

El proceso generalmente es realizado en

caliente(TR


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La mayora de lasoperaciones se realiza encaliente dada la deformacin

que demanda el proceso y lanecesidad de reducir laresistencia e incrementar ladctibilidad del material de

trabajo

Forja


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Por qu Forja?

Incrementa las propiedades del material.

Para altas producciones y bajos costos.

Se reduce el maquinado de acabado.

Pueden formarse materiales con alta

dureza/tenacidad.

Tolerancias muy pequeas.

Producciones muy rpidas.


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Cualquier metal puede ser forjado.

Los ms comunes son: Aceros al carbono, aleados, inoxidables, de

alta dureza, aluminio, titanio, cobre y latn, y aleaciones refractarias

que contienen cobalto, nquel o molibdeno.

Cada aleacin tiene diferentes propiedades, niveles de resistencia y

peso, caractersticas especficas, determinadas por el usuario para un

mejor uso.

Qu Metales que se Forjan?


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ConsideracionesGenerales

Grandes Cargas.

Grandes esfuerzos para deformacin.

Altas temperaturas y cargas de impacto.

Largas vidas de servicio del equipo (>20 aos).

La Fatiga no es un problema comn en las prensas.

Los sistemas CAD han generado avances significativos en las

mquinas y en el diseo de herramientas.


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Caractersticas de los Procesosde Forja

Dado abierto Simples, baratos, tiles para pequeascantidades, amplia variedad detamaos, buena resistencia.

Dado cerrado Mejor Aprovechamiento del material,mejores propiedades que los dadosabiertos, buena precisin dimensional,alta velocidad de produccin, y buenacabado.

D. impresin Bajo costo, alta velocidad deproduccin.


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FORJA DADOS ABIERTOS


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Se llama dados abiertos por que el material no estaconfinado lateralmente, se hace generalmente entredados planos permitiendo un amplio rango de

formas y tamaos. Si se desea una pieza conexcelente integridad estructural y es de gran tamao,lo ms apropiado es forja en dados abiertos. Eltamao de la pieza slo esta limitado por el tamao

del lingote o tocho inicial.

FORJA ENDADOS ABIERTOS


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FORJA ENDADOS ABIERTOS

Ejes

1. Se sujeta eltocho con las

tenazas.

2. Se forjaen dadoabierto

3. Forjadoprogresivo

4. Se tornea a laforma final.

Discos

1. Tocho inicial 2. Forja inicial 3. Forjado progresivo

hasta las dimensiones del

disco

4. Troquelado


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CAPACIDADESDEL PROCESO

Prcticamente todos los materiales ferrosos y noferrosos son forjables, incluyendo algunosmateriales exticos como superaleaciones

endurecidos por envejecimiento y aleacionesrefractarias resistentes a la corrosin.

Su capacidad se mide en el tamao del rea

proyectada y se pueden producir formasredondas, cuadradas, hexagonales y otras.


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FORJA EN DADOS CERRADOS


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FORJA EN DADOS DE IMPRESIN(CERRADOS)

La forja en dados de impresin comprime al metal

entre dos dados (llamados herramientas) que

contienen una cavidad preformada de la pieza

deseada.

Las piezas que pueden manufacturarse van desde

unos cuantos gramos hasta decenas de toneladas. Algunas piezas pequeas pueden forjarse en fro.


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A la forja de impresin, comnmente se llamaforja en dados cerrados.

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

Se usan prensas hidralicas, mecnicas ymartillos, con capacidades por arriba de 50,000tons, 20,000 tons y 50,000 lbs. respectivamente.


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PIEZAS FORJADASEN DADOS CERRADOS

Mango forjado condado de impresin(izq), con operacionesde maquinado, y

producto terminado(der).

Rebaba (Flash)despus de laoperacin de cortede las mordaza

mvil.


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Dos o ms dados forman la cavidad de impresin de lapieza que al cerrarse deforman plsticamente al material.

El material fluye, restringido por el contorno del dado, y

se forman piezas muy complejas y de tolerancias mscerradas que con una forja en dados abiertos.

Se tiene amplia flexibilidad de formar piezas simtricas y

no simtricas, que son posibles por los diversasoperaciones de preformado (a veces de doblado) previosal forjado en dados de acabado.


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Las geometras van desde sencillas como las esfricas,slidos rectangulares o en forma de disco hasta las mscomplejas con secciones delgadas y largas que tienennervaduras.

Muchas piezas son simtricas y otras tienen varioselementos de diseo (perforaciones, bordes, cavidades,etc.) que combinados hacen que las piezas forjadas seanasimtricas.

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


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FORJA EN DADOS DEIMPRESIN

Se produce una lnea de particin en la pieza y

rebaba que deber removerse.

Generalmente requieren operaciones demaquinado para obtener buena precisin

dimensional y buen acabado superficial.


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APLICACIONES DE LAFORJA DE IMPRESIN

Aeroespacial

Implantes Mdicos

Rines Deportivos


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FORJA EN DADOS CERRADOS


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FORJA EN FRO

Muchas forjas se hacen en caliente, a temperaturas

superiores a 1250 C. Pero la forja de impresin se

puede realizar en fro.

La forja en fro o recalcado o acuado el material se

deforma a bajas temperaturas.

La temperatura va desde temperatura ambiente

hasta varios cientos de grados.


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FORJA EN FRO

La extrusin directa reduce el dimetrodel tocho e incrementa su longitud paraproducir piezas como ejes y cilindros. Yen la extrusin inversa el material fluyehacia atrs y alrededor del punzn para

formar piezas en forma de copa.

El recalcado o cabeceado es una tcnicacomn para hacer tornillos, pernos eincrementar el dimetro a lo largo de la

longitud de la pieza.


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FORJADO DE PRECISIN

En este tipo de proceso hay poco exceso de material en lapieza forjada que se debe quitar por esmerilado o portroquelado. los dados especiales consiguen que las piezasfinales obtengan unas dimensiones ms precisas que las

obtenidas mediante el forjado con dados de estampado,adems requieren menos maquinado.


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FORJADO ROTATORIO

En el forjado rotatorio, llamado simplementeembutido o forjado radial, una varilla solida o un tubose somete a fuerzas radiales de impacto mediante unconjunto de rodillos en una caja, en una accin

parecida a la de, un rodamiento similar.En este proceso se pueden fabricar los canalesinternos del can de las armas.


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OPERACIONES RELACIONADAS CON

EL FORJADO

ACUACIN

PENETRADO

CABECEADO


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ACUADO

Uso para producir monedas, medallones y joyera.

Se puede usar Lubricacin.

Puede usarse para mejorar el acabado.

Proceso de Forja en Dados Cerrados.


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PENETRADO

El penetrado es un proceso de identacion (sinatravesar) de la superficie de una pieza con unpunzon, para producir una cavidad o una impresin.

La pieza puede estar confinada en una cavidad deldado o puede no estar restringida. Al penetrado lepuede seguir las perforacin, punzonado o taladrado,para producir un orificio en la pieza.


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CABECEADO

El cabeceado, encabezado o cabeceo esesencialmente una operacin de recalcado, quenormalmente se hace de una varilla o alambre

redondos, para producir una seccin transversalmayor.


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OTRAS OPERACIONES


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OTRAS OPERACIONESRELACIONADAS AL FORJADO

El forjado orbital es unproceso en el que el dadosuperior describe una

trayectoria en rbita yforma la pieza en formaincremental. La operacinse parece a lo que sucedecon un mortero y supistilo.


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FORJADO ISOTERMICO

Es un termino que se aplicaa operaciones de forjado

caliente donde la parte deltrabajo se mantiene atemperaturas cercanas a suelevada inicial durante ladeformacin a travs de los

dados.


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DISEO DE DADOS

Los dados se hacen deaceros paraherramienta, forjados ytratados o endurecidos.

Deben soportar altosimpactos.

Deben resistirtermofluencia yoxidacin.

Son factores quelimitan la forja.

La vida del dado es lallave al xito delforjado en caliente

Vida promedio: La vida promedio de los

dados es muy variable. El 12% de las

operaciones de forjacausaron el 94% de lafalla de los dados.

Se ha mejoradonotablemente la vidapromedio de los dados

hasta mas de 1200iezas.

l l


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Los materiales comunes en losdados son loa aceros deherramientas y para dados, que

contiene cromo, nquel,molibdeno y vanadio. Losdados se fabrican a partir debloques, que a su vez se forjana partir de fundicin, y despusse maquinan y terminan a laforma y acabados superficialesdeseados.


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Lubricacin:

En el forjado se puede usar una gran variedad delubricantes. Para una forja en caliente se usan grafito,disulfuro de molibdeno y, a veces, vidrio. Para la forja enfrio los, lubricantes comunes son aceites minerales y

jabones, aplicados despus del recubrimiento deconversin de las piezas brutas.

DEFECTOS EN LOS MATERIALES FORJADOS


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DEFECTOS EN LOS MATERIALES FORJADOS

Los defectos en forja pueden

causas fallas por fatiga yoriginar otros problemascomo la corrosin y eldesgaste durante la vida del

componente, Resulta obviala importancia deinspeccionar las piezasforjadas antes de su puesta

en servicio, en especial enaplicaciones criticas.

Punzn con fractura

FALLAS EN LOS DADOS


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FALLAS EN LOS DADOS

Diseo inadecuado.

Defectos del material.Tratamiento trmico y operaciones demaquinado inadecuado.

Sobrecalentamiento y agrietamientotrmico.

Desgaste trmico.

Sobrepeso (carga).

Mal uso .

Manejo inadecuado.


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Tipos de Mquinas

Prensas Las ms comunes son

hidrulicas.

Las otras son mecnicas y detornillo.

Se caracterizan por sucapacidad de prensado.

Las ms lentas se usan parapiezas complejas.

Martillos

Incluyen las de cada libre,potencia y doble impacto.

Apropiados para piezaspequeas.

Se clasifican por la energa

liberada al dado.


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Prensas Mecnicas


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PRENSAS HIDRULICAS

M ill


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Martillos

Velocidades de Forja


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Velocidades de Forja

Equipo m/s .

Prensa Hidrulica 0.06-0.30

Prensa Mecnica 0.06-1.50Prensa de Tornillo 0.6-1.2

Martillo de Cada libre 3.6-4.8

Martillo de Potencia 3.0-9.0

Martillo de Doble Impacto 4.5-9.0


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Martillos

Ms baratos que lasprensas hidrulicas.

Mantenimiento ms

difcil. No existen grandes

deflexiones.

Rango decapacidades de900,000 ft-lb.


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Costos de Forja

El diseo de maquinariaespecial puede costarmillones de dlares.

Los dados puedenfabricarse en laempresa y los costosdependen del tamao,material y tratamientotrmico.

$30,000 US para unmartillo pequeo yusado.

Las ventas de piezasforjadas estn porarriba de 90,000

millones de dlaresen EU.


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Futuro de la Forja

Forja Isotrmica

Produce la piezafinal.

El material y loscostos son reducidosconsiderablemente.

Se emplean parapiezas de la industriaaeroespacial.

Forja sin rebaba

Elimina material dedesperdicio.

Requiere dados degran precisin ymartillos de alta

capacidad. Se emplea en piezas

donde laspropiedades sonmu im ortantes.


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Conclusiones

La forja es un proceso antiguo, pero el CAD yel mtodo de anlisis por elemento Finito hamejorado los diseos.

Los dados son las piezas ms importantes deuna mquina de forja.

La forja isotrmica y sin rebaba, son los

avances en la forja para la eliminacin deprocesos secundarios.

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