Índice

Introducción 3Historia 3Invención de la Prensa de Forja 4Máquinas de Forja Modernas Controladas por computadora5La Forja: ¿Por qué la forja es tan utilizada? 5Propiedades direccionales. 5Forja como un Sistema 6Caracterización del material 8Herramientas y Equipos 8Fricción y Lubricación en la Interface Matriz/pieza de trabajo 8Martillo y Forja de Prensa 9Tipos de Procesos de forja 9

1. Forja por impresión cerrada con matriz con exceso de material 92. Forja por impresión cerrada con matriz sin exceso de material 93. Electro-upsetting 104. Extrusión hacia delante 105. Extrusión hacia atrás 116. Forja Radial 117. Hobbing 118. Forja Isotérmica 129. Forja con matriz abierta 1210.Forja orbital 1311.Powder metal forging (P/M) 1312.Upsseting 1413.Noising 1514.Forjado con Martinete 1515.Forjado con dado cerrado en Martinete 1516.Forjado por Recalcado 1617.Forjado en prensa 16

Piezas y partes hechas mediante forja 17Prensas para forja 18Objeto de la Forja 20Ciclo Térmico de la Forja 21Defectos de la Forja 21Operaciones básicas de la Forja 22Conclusión 22Bibliografía 22

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Introducción 

El 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 el esfuerzo de fluencia del metal. El esfuerzo puede ser aplicado rápida o lentamente. El proceso puede realizarse en frío o en 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 es un factor de menor importancia. Existen dos clases de procedimientos de forjado: forjado por impacto y forjado por presión. En el primero, la carga es aplicada por impacto y la deformación tiene lugar en un corto tiempo. Por otra parte, en el forjado por presión, se involucra la aplicación gradual de presión para lograr la cedencia del metal. El tiempo de aplicación es relativamente largo. Más del 90% de los procesos de forjado son en caliente.El forjado por impacto a su vez puede ser dividido en tres tipos:a) Forjado de herrero.b) Forjado con martinete.c) Forjado por recalcado Los procedimientos de conformación tienen sus particularidades y la forja tiene el suyo. En ese sentido se lleva a cabo a base de someter a esfuerzos violentos y continuos al material que previamente se habrá calentado a una temperatura entre la de recristalización y la de fusión. A medida que aumenta la temperatura, las deformaciones se consiguen con menor esfuerzo, pudiendo ser ilimitadas, no produciendo acritud.

 Es un procedimiento antiquísimo que se remonta a diversos pueblos antes de Cristo. Hoy día se sigue utilizando para multitud de piezas de diversas formas.

Historia de la Forja

La historia de la forja, como la historia cultural del hombre proviene de la tierra entre el Tigris y el Eufrates, alguna vez llamada Mesopotamia. Los signos más tempranos del trabajo con metales remontan aproximadamente al 4500 A.de C. Los habitantes de este valle fértil eran los sumerios. Esta gente, una mezcla de muchos fondos étnicos, fueron los fundadores verdaderos de la metalurgia como la

conocemos hoy. El arte de la forja, dar forma al metal usando calor y presión, progresó hasta la edad del oscurantismo (Alta Edad Media); al mismo tiempo que

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los avances más industriales, científicos y culturales se realizaron. Antes de este tiempo, la posesión de los metales fue considerada como un signo de riqueza. Los Romanos incluso tenían dioses dedicados a la forja, el más notable ser el Vulcano.

Durante la edad del oscurantismo (Alta EdadMedia) la producción de armas prosperó. La cultura europea y la industria fueron seriamente retrasadas debido a guerras constantes. Aún la Industria siderúrgica permaneció intacta debido a la necesidad de armas. Uno de los acontecimientos más significativos vino de la combinación del descubrimiento romano de energía hidráulica y la forja de metales. La energía hidráulica fue usada para manejar el fuelle y martillos mecánicos. Este descubrimiento significativo entró en el empleo entre los siglos X y XII D. de C.James Watt en 1794 y Deveral en 1806, intentaron mediante sendos proyectos, dar solución al forjado en caliente de piezas de forma, pero ambos fueron abandonados; transcurriendo casi medio siglo sin conseguirse soluciones prácticas.Fue en 1840, cuando François Bourdon, François Cave y James Nasmyth, pusieron en funcionamiento con éxito, martillos pilones accionados a vapor. Esta tecnología, se desarrolló ampliamente y se aplicó durante todo el siglo XIX.

A partir de 1875, evoluciona el forjado en caliente, mediante el desarrollo en Estados Unidos de América, de martillos ballesta, construidos con mazas de 25 a 250 Kg. De peso. En la misma época alcanzó mucha aceptación el martinete de Bradley.

A partir de principios del siglo XX, se han generalizado hasta nuestros días, el llamado martillo de caída libre, que se compone de dos rodillos de fricción accionados por eje-polea, que atenazan una tabla o correa plana, a la que va unida la maza de forjar. Se consigue la caída atómicamente de la maza al abrirse los rodillos que presionan la citada tabla o correa. La invención de

siglo XIX del motor de vapor nos trajo al umbral de forja moderna como lo conocemos.

Invención de la Prensa de Forja

Con la introducción de automóviles y en el particular Modelo de T de Henry Ford produjo una demanda considerable de forjas desarrolladas en los primeros años del siglo XX. Hasta 1930, cuando la Empresa de Maquinaria Nacional de los EE.UU. introdujo la primera prensa de forja (Maxipress), todas las forjas fueron producidas sobre martillos. La ventaja de la prensa fue ejemplificada por tarifas de producción más alta y un grado menor de habilidad en la producción comparada con la forja con martillo. La introducción de la prensa de forja hizo anticuado la

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forja con martillo, pero más bien desafió a los fabricantes para mejorar su producto y desde luego, muchas de las forjas son mejores hechas sobre martillos.

Máquinas de Forja Modernas Controladas por computadora

Hoy tenemos martillos controlados por computadora y prensas capaces de hacer una amplia gama de componentes en una variedad de materiales para muchos usos incluyendo la industria aeroespacial, automotriz, minería y agrícola, por mencionar unos cuantos. La Forja como una forma de arte comenzada con el deseo de producir objetos decorativos de metales preciosos. Hoy, la forja es una industria principal mundial que considerablemente ha contribuido al desarrollo de hombre.

La Forja: ¿Por qué la forja es tan utilizada?

Desde los comienzos el trabajo en metales ha asegurado la resistencia, la dureza, la fiabilidad, y la calidad más alta en una variedad de productos. Hoy, estas ventajas de componentes forjados asumen la importancia mayor como temperaturas de funcionamiento, cargas, y el aumento de esfuerzos. Los componentes forjados hacen posibles diseños que acomodan las cargas más altas y esfuerzos. Avances recientes en la tecnología de la forja han aumentado enormemente la gama de propiedades disponibles en forjas. Económicamente, los productos forjados son atractivos debido a su inherente fiabilidad superior, capacidades de tolerancias mejoradas, y la eficacia más alta con la cual las forjas pueden ser trabajadas a máquina y procesadas por métodos automatizados. El grado de fiabilidad estructural alcanzada en una forja es poco comparable con cualquier otro proceso de trabajo en metales. No hay bolsillos internos de gases o vacíos que podrían causar el fracaso inesperado bajo tensión o impacto. A menudo, el proceso de forja ayuda en el mejoramiento de la segregación química gracias a la acción de la forja de mover el material a varias posiciones.

Para el diseñador, la integridad estructural del producto forjado quiere decir factores de seguridad basados en que el material responderá fiable a su ambiente sin costos o tratamientos especiales para corregir defectos internos. Al empleado de producción, la fiabilidad estructural del producto forjado redujo exigencias de inspección, la respuesta uniforme al tratamiento térmico, todo para contribuir tarifas de producción más rápidas y gastos inferiores.

Propiedades direccionales.

La forja es el proceso por el cual el metal es calentado y es formado mediante deformación plástica por la aplicación de esfuerzos de compresión. Por lo general la fuerza compresiva es en forma de martillazos que usan un martillo de poder o una prensa. La forja refina el grano y mejora las propiedades

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mecánicas del metal. Con el diseño apropiado, el flujo de grano puede ser orientado en la dirección de esfuerzos principales encontrados en el empleo real. El flujo de grano es la dirección del modelo que los cristales toman durante la deformación plástica. Propiedades mecánicas (como la resistencia, la ductilidad y la dureza) son mucho mejor en una forja que en el metal base, que tiene, cristales orientados al azar. Las forjas son homogéneas, sin porosidades, vacíos, inclusiones y otros defectos. También con operaciones superficiales como el revestimiento o la pintura se obtienen excelentes resultados debido a una superficie buena, que necesita muy poca preparación.

Forja como un Sistema

Un sistema de forja comprende todas las variables de entrada como el lingote o la pieza en bruto que se trabaja (la geometría y el material), la herramienta (la geometría y el material), las condiciones en el interfaz de instrumento/material, la mecánica de deformación plástica, el equipo usado, las características del producto final, y finalmente el ambiente de planta donde el proceso está siendo llevado a cabo. El “system approach” en la forja permite el estudio de las relaciones entre entradas y salidas y el efecto de las variables del proceso en la calidad del producto y economía de proceso. La Fig. 5 demuestra diversos componentes del sistema de forja. La clave para un exitoso proceso de forja, es decir, la obtención de forma y características deseadas, es la comprensión y el control del flujo del metal. La dirección del flujo del metal, la magnitud de deformación, y las temperaturas influencian fuertemente las características de los componentes formados. El flujo del metal determina las propiedades mecánicas relacionadas con la deformación local y la formación de defectos tales como grietas sobre o bajo de la superficie.

El flujo local del metal alternadamente es influenciado por las variables de proceso resumidas abajo:

Tensión del flujo en función de la composición química, estructura metalúrgica, tamaño de grano, segregación, historia anterior de esfuerzos aplicados, temperatura de la deformación, grado de deformación o filtrar, y índice de la tarifa de la deformación, y de la microestructura.

La Forjabilidad como una función del grado de deformación, temperatura, grado de esfuerzo.

Textura superficial

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Propiedades térmico-físicas (densidad, punto de fusión, calor específico, conductividad térmica y expansión, resistencia a la corrosión y oxidación)

Condiciones Iníciales (composición, temperatura, pre-deformación) La anisotropía plástica Tamaño y grosor de la palanquilla o tocho.

Herramientas / Matrices

la geometría de Instrumento Condiciones Superficiales, lubricación Material –tratamiento térmico-dureza Temperatura

Condiciones de temperaturas en la Interfaz Matriz/tocho

El tipo Lubricante y la temperatura El Aislamiento y las características de enfriamiento de la cara de interfaz. Lubricidad y esfuerzo de corte Características relacionadas con el uso del lubricante y la remoción.

La Zona de Deformación

La mecánica de deformación, modelo usado para el análisis El flujo Metálico, velocidades, tensión, grado de deformación (cinemática) Esfuerzos (la variación durante la deformación) Temperaturas (la generación de calor y la transferencia)

El Equipo

Grado de Velocidad/producción Capacidades de Fuerza/energía Rigidez y la exactitud

El producto

Geometría Precisión /tolerancia Dimensional Acabado superficial La Microestructura, propiedades metalúrgicas y mecánicas

El Ambiente

La mano de obra Disponible El Aire, el ruido, y la contaminación de aguas negras Planta e instalaciones de producción y control

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Caracterización del material

Para una composición dada de material y la historia de deformación / tratamiento térmico (la microestructura), la tensión de flujo y la viabilidad (o forjabilidad) en varias direcciones (la anisotropía) son las variables materiales más importantes en el análisis de un proceso de forja de metal. Para una microestructura dada, la

tensión de flujo, , es expresado como una función de la deformación, , grado

de deformación, y temperatura, T:

Ec. 1

La viabilidad, forjabilidad, o formabilidad es la capacidad del material de deformarse sin la ruptura, esto depende de (a) condiciones que existen durante el tratamiento de deformación (como la temperatura, el grado de deformación, esfuerzos, y la historia de deform.) y (b) variables de material (como la composición, vacancias, inclusiones, y lamicroestructura inicial). En procesos de forja en caliente, gradientes de temperaturas en el material de deformación (por ejemplo, debido al enfriando local de la matriz) también influyen en el flujo metálico y fenómenos de fractura.

Herramientas y Equipos

La selección de una máquina para un proceso dado es influenciada por el tiempo, la precisión, y la relación carga / energía característicos de aquella máquina. La selección del equipo óptimo requiere la consideración del sistema de forja entero, incluyendo el tamaño de la pieza, condiciones en la planta, efectos ambientales, y exigencias de mantenimiento, así como las exigencias de la pieza específica y el proceso a considerar. Las variables de la herramienta incluyen al (a) diseño y la geometría, (b) el acabado superficial, (c) la rigidez, y (d) propiedades mecánicas y térmicas bajo condiciones de empleo.

Fricción y Lubricación en la Interface Matriz/pieza de trabajo

La mecánica de fricción de interfaz es muy compleja. Un modo de expresar la fricción cuantitativamente es por un coeficiente de fricción, µ, o un factor de fricción de corte, m. Así, el esfuerzo friccional de corte,τ:

Τ = µσn

Con n como el esfuerzo normal en la interface, como la tensión de flujo del material deformado y f es el factor de fricción.

Hay varios métodos de evaluar la fricción, p. ej., estimando el valor de µo m.

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Zona y mecanismos de deformación.

En la forja, el material es deformado plásticamente para generar la forma del producto deseado. El flujo metálico es influido principalmente por (a) la geometría de instrumento, (b) condiciones de fricción, (c) las características del material a forjar, y(d) condiciones térmicas que existen en la zona de deformación. Los detalles de flujo metálico influyen en la calidad y las propiedades del producto formado y los esfuerzos y las exigencias de energía del proceso. La mecánica de deformación, p. ej., el flujo metálico, esfuerzos, grados de deformación, puede ser investigada usando uno de los métodos aproximados de análisis (p.ej., el análisis de elemento finito, la diferencia finita, desbaste plano, la cota superior, etc.)

Geometría del producto y propiedades

La macro y micro geometría del producto p ej su dimensión, acabado superficial, son influenciados por las variables del proceso. Las condiciones del proceso (Tº, deformación, esfuerzos).

Determinan las variaciones microestructurales que ocurren durante la deformación y a menudo influye en las propiedades de producto finales. Por consiguiente, un acercamiento de sistema realista debe incluir la consideración de (a)las relaciones entre propiedades y microestructura del material formado y (b) las influencias cuantitativas de condiciones de proceso y programas de tratamiento térmico sobre variaciones microestructurales.

Martillo y Forja de Prensa

Generalmente, los componentes forjados son formados por un martillo o la prensa. La forja con martillo es realizado en una sucesión de impresiones producto de golpes repetidos. La calidad de la forja, economía y la productividad del proceso de martillo depende del labrado y la habilidad del operador. El advenimiento de martillos programables ha influido sobre menos dependencia de operador y ha mejorado la consistencia de proceso. En una prensa, el metal , por lo general es golpeado sólo una vez y el diseño de cada impresión se hacen más importantes mientras la habilidad de operador es menos importante.

Tipos de Procesos de forja

Hay un gran número de procesos de forja, los que pueden ser resumidos así:

1. Forja por impresión cerrada con matriz con exceso de material2. Forja por impresión cerrada con matriz sin exceso de material3. Electro-upsetting4. Extrusión hacia delante5. Extrusión hacia atrás6. Forja Radial7. Hobbing

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8. Forja Isotérmica9. Forja con matriz abierta10.Forja orbital11.Powder metal forging (P/M)12.Upsseting13.Noising

Forja por impresión cerrada con matriz con exceso de material

En este proceso, un tocho (palanquilla) es formado (en caliente) en una matriz (por lo general con dos mitades) tal que el flujo de metal de la cavidad de la matriz es restringido. El material de exceso es sacado por un hueco restrictivo estrecho y aparece exceso de material alrededor de la forja en la línea de partición de la matriz.

Equipo. Yunque y martillos de contragolpe, hidráulicos, mecánicos, y prensas de tornillo.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio, berilio, aceros inoxidables, aleaciones de níquel, titanio y aleaciones de titanio, super aleaciones de hierro, níquel y cobalto, niobio y aleaciones de niobio, tántalo y aleaciones de tántalo, molibdeno y aleaciones de molibdeno, aleaciones de tungsteno.

Variaciones de Proceso. Forja por impresión cerrada con matriz con exceso de material lateral, longitudinal y sin flash.

Uso. Producción de forjas para coches, camiones, tractores, equipos de carretera, avión, ferrocarril y equipo de minería, industria general mecánica, y producciones ingenieriles relacionadas con la energía.

Forja por impresión cerrada con molde sin exceso de material

En este proceso, un tocho con volumen controlado cuidadosamente es deformado (caliente o frío) por una apisonadora para llenar la cavidad de la matriz sin pérdida de material. La apisonadora y la matriz pueden ser hechos de una o varias piezas.

Equipo. Prensas hidráulicas, prensas mecánicas con multichoque.

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Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre.

Variaciones de Proceso. Forja de corazón, forja de precisión, forja en frío y caliente, forja P/M.

Uso. Forjas de precisión, forjas huecas, accesorios, codos, tes, etc.

Electro-upsetting

Proceso de forja en caliente que junta una cantidad grande de material hacia uno de los extremos de una barra redonda calentada eléctricamente y empujándolo contra una quijada fija plana o la cavidad de la matriz.

Equipo. Prensas eléctricas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, titanio.

Uso. Preformas para forjas terminadas.

Extrusión hacia delante

En este proceso, una apisonadora comprime un tocho (caliente o frío) limitado en un contenedor de modo que el material del tocho fluya por una matriz en la misma dirección que la apisonadora.

Equipo. Prensas hidráulicas y mecánicas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio, aleaciones de titanio.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz sin exceso de material, forja P/M.

Uso. Dado un diámetro para ejes sólidos, partes tubulares con múltiple diámetro

Extrusión hacia atrás

En este proceso, una apisonadora móvil aplica una presión estable a una pieza en bruto (caliente o frío) limitado en una matriz, se fuerza al metal a fluir alrededor de la apisonadora en una dirección opuesta a la dirección de viaje de la perforadora.

Equipo. Prensas hidráulicas y mecánicas.

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Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio, aleaciones de titanio.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz sin exceso de material, forja P/M.

Uso. Partes huecas que tienen un fondo cerrado, partes ahuecadas con agujeros cilíndricos, cónicas, o de otras formas.

Forja Radial

Este proceso de forja en caliente o frío utiliza dos o más quijadas radialmente móviles o matrices para producir componentes sólidos o tubulares con secciones transversales constantes o variables a lo largo de su longitud.

Equipo. Máquinas de forja radiales.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de titanio, tungsteno, berilio, y super aleaciones de alta temperatura.

Variaciones de Proceso. circular swaging..

Uso. Esta es una técnica que es usada para fabricar partes simétricas. Reducir los diámetros de lingotes y barras, forja de ejes, forja de cañones de arma y de fusil, producción de componentes tubulares con y sin perfiles internos.

Hobbing

Es el proceso acuñar una impresión en un bloque para matrices en frío o caliente apretando con una perforadora.

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Equipo. Prensas hidráulicas, martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación.

Uso. La fabricación de moldes o matrices con impresiones relativamente bajas.

Forja Isotérmica

La forja isotérmica es un proceso donde la matriz y el tocho están aproximadamente a la misma alta temperatura.

Equipo. Prensas hidráulicas.

Materiales. Aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz con o sin exceso de material, forja P/M.

Uso. Industria aeronáutica.

Forja con matriz abierta

Es un proceso de forja en caliente en el cual el metal es formado por martillado o apretado entre la cavidad o contorno del molde o matriz.

Equipo. Prensas hidráulicas, martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de titanio, todos los materiales forjables.

Variaciones de Proceso. La forja de losa, la forja de eje, la forja de anillo.

Uso. Forjado de lingotes, forjas grandes y voluminosas, se terminaciones para pre-formas.

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Forja orbital

La forja orbital es el proceso de forjar incrementalmente (en caliente o frío) una pieza en bruto entre una matriz orbital superior y una no rotativa inferior. Esta última es levantada axialmente hacia la superior, que es fijada axialmente, pero cuyo eje hace movimientos orbitales, espirales, planetarios, o constantes.

Equipo. Prensas de forja orbitales.

Materiales. Aceros al carbono y aceros de baja aleación, aleaciones de aluminio y cobre, aceros inoxidables, todos los materiales forjables.

Variaciones de Proceso. También se le llama a este proceso forja de plaza circular, forja de oscilación. En algunos casos, el más molde inferior también puede girar.

Uso. Engranajes, partes de embrague de garra, tapas de ruedas, rodamientos de anillos.

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Powder metal forging (P/M)

Proceso de forja cerrado que funciona con polvos metálicos

Equipo. Prensas hidráulicas y mecánicas.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aceros inoxidables, aleaciones bajas de cobalto, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio, aleaciones bajas de níquel.

Variaciones de Proceso. Forja cerrada con matriz con o sin exceso de material

Uso. Forjas y partes terminadas para coches, camiones, y equipos off-highway.

Upsseting

Proceso realizado en caliente o en frío de modo que el área transversal de una pieza, es aumentada.

Equipo. Prensas hidráulicas, mecánicas, atornille prensas; martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aceros inoxidables, todos los materiales forjables.

Variaciones de Proceso. Electro-upsetting, forja con molde abierto.

Uso. Pernos, tuercas, bridas, etc.

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Nosing

Proceso de forja en caliente o en frío en el cual el extremo de un casquete o componente tubular es cerrado mediante presión.

Equipo. Prensas mecánicas e hidráulicas, martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio.

Variaciones de Proceso. Hundimiento de tubo, ampliación de tubo.

Usos. Forja para extremos abiertos de casquetes de municiones; forja de contenedores de gas a presión.

Coining

Durante el proceso, el metal intencionadamente es adelgazado o reducido para alcanzar espesores requeridos o secciones levantadas. Extensamente es usado para el deletreado sobre el metal de hoja o componentes como monedas. El profundizado es un tipo de proceso de coining donde la presión que profundiza causa la reducción del grosor en el área que se dobla.

Equipo. Prensas y martillos.

Materiales. Aceros al carbono y de aleación, aceros inoxidables, aleaciones resistentes al calor, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de plata y de oro.

Variaciones de Proceso. Coining con y sin exceso de material, coining en molde cerrado.

Usos. Monedas metálicas; artículos decorativos, como vajilla decorada, medallones y botones metálicos; apresto de coche y componentes de motor de avión.

FORJADO CON MARTINETE

Este es el equivalente moderno del forjado de herrero en donde la fuerza limitada del herrero ha sido reemplazada por un martillo mecánico o de vapor. El proceso puede llevarse a cabo en forjado abierto donde el martillo es reemplazado por un mazo y el metal es manipulado manualmente sobre un yunque.

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Martillo para forja por caída libre

FORJADO CON DADO CERRADO EN MARTINETE La forja con dado cerrado en martinete es ampliamente usada, el mazo y el yunque son reemplazados por dados. Los dados están machihembrados para ser fijados en el yunque y en el mazo. Además tienen una serie de ranuras y cavidades labradas en ellos y la pieza de trabajo se pasa en secuencia, a través de las series de formado.La Figura anterior ilustra el principio de una forja de impacto. La forja masiva es actualmente producida por el proceso de forja con dado y martinete. La Figura siguiente muestra un ejemplo de los dados usados para este proceso (el ejemplo muestra un dado de dos estaciones). El número de estaciones dependerá de la complejidad de la forja.

Elementos típicos de un dado para forja cerrada FORJADO POR RECALCADOEste proceso fue desarrollado originalmente para colectar o recalcar metal para formar las cabezas de tornillos. Actualmente el propósito de esta máquina ha sido ampliado para incluir una vasta variedad de forjas. Es esencialmente una prensa de doble acción con movimientos horizontales en lugar de verticales. La máquina de forja tiene dos acciones. En la primera, un dado móvil viaja horizontalmente hacia un dado similar estacionario. Estos dos dados tienen ranuras horizontales semicirculares las cuales sujetan las barras. Una barra calentada en un extremo es insertada entre el dado móvil y el estacionario. Mientras está sujeta de esta manera, un extremo de la barra es recalcado o presionado dentro de la cavidad del dado por una herramienta cabeceadora montada sobre un ariete que se mueve hacia el frente de la máquina. Si se desean cabezas hexagonales, la herramienta cabeceadora recalcará algo del metal dentro de la cavidad de forma hexagonal del dado. Para forjas más complejas pueden usarse hasta seis dados diferentes y herramientas cabeceadoras a un tiempo, de manera similar a las diferentes estaciones en un dado de forjado por martinete.

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 FORJADO EN PRENSA

 Mientras que el forjado por impacto usualmente involucra una prensa mecánica, por otro lado en el forjado en prensa se requerirá de fuerza hidráulica. Las grandes forjas invariablemente son producidas en grandes prensas hidráulicas. Estas tienen arietes que se mueven vertical y lentamente hacia abajo, bajo presión considerable. El equipo requerido es, por tanto, mucho mayor en la Figura siguiente se muestra este tipo de forja.

 Piezas y partes hechas mediante forja

Fabricación de bridas: Luego de obtener un disco mediante forja con matriz abierta, se ahueca su centro. Para obtener los espesores de discos requeridos se realiza un proceso llamado “ringrolled”.

Prensas para forja

Las prensas de forjado emplean una acción lenta de compresión deformando el metal plástico, contrariamente al rápido impacto del golpe del martillo. La acción de compresión es mantenida completamente hasta el centro de la pieza que está prensándose, trabajando a fondo la sección completa. Estas prensas son del tipo vertical y pueden ser operadas ya sea mecánica o hidráulicamente. Las prensas mecánicas, cuya operación es más rápida, pueden ejercer una fuerza de 4 a 90 MN. La presión necesaria para formar el acero a temperatura de forja varía desde 20hasta 190

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MPa. Tales presiones están basadas en la superficie de la sección transversal de la pieza forjada cuando ésta se mide sobre la línea de partición del dado. Para el forjado de pequeñas piezas, se usan estampas, y una sola carrera del apisonador es normalmente necesaria para realizar la operación de forja. La máxima presión es alcanzada en el extremo de la carrera cuando se fuerza al metal dentro de la forma. Los dados pueden montarse como unidades separadas, o todas las impresiones pueden ponerse en un solo bloque. Para pequeñas piezas forjadas son más convenientes unidades individuales de dados. Existen algunas diferencias para el diseño de dados para metales diferentes. La forja de aleaciones de cobre puede hacerse con menos ensayos que en acero; consecuentemente, pueden producirse formas más complicadas. Estas aleaciones fluyen bien en el dado y son extruidas rápidamente. En el forjado en prensa una mayor proporción del trabajo total puesto en la máquina es trasmitida al metal que en una prensa de martillo de caída libre. Mucho del impacto del martillo de caída libre es absorbido por la máquina y su cimentación. La reducción del metal con prensa es más rápida, y el costo de operación consecuentemente es menor. La mayoría de las prensas de forjar son deformas simétricas con superficies que son totalmente lisas, y proporcionan unas tolerancias más cerradas que las obtenidas con un martillo de caída libre. Sin embargo, muchas piezas de formas irregulares y complicadas pueden forjarse más económicamente por forja abierta. Las prensas de forjado se usan frecuentemente para operaciones de calibrado sobre partes hechas por otros procesos.

Prensa hidráulica de 12000 kN de forja en caliente (preformado).

Prensa hidráulica de 20000 kN de calibrado en frío.

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Prensa hidráulica de 15.000 kN. Para aplastado en caliente Para Prensa hidráulica de 5.000 kN.

recalcar en caliente

Prensa mecánica Forja

OBJETO DE LA FORJA (fenómenos o consecuencias) Con la forja se realizan dos tipos de trabajo:

Piezas acabadas, a las que la forja les da su forma definitiva Preformas, que serán acabadas por mecanizado

 Con la forja logramos que las propiedades mecánicas de las piezas se mejoren sustancialmente debido a que, con los golpes y el calor al que son sometidas, se afina el grano y se orientan las fibras. Además, pueden reducirse o eliminarse los defectos que pudieran tener esos materiales. 

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EL AFINO DEL GRANOLos metales están formados por granos agrupados en una masa metálica. A medida que se golpea esa masa, los granos se van triturando y van siendo más pequeños. Cuanto más fuerte sea el golpe y más baja la temperatura, el grano se triturará más. Golpes grandes y lentos es más eficaz que muchos golpes pequeños. Es una operación que tiene que hacerse con cierta rapidez, ya que si no el metal se enfriaría y deberíamos volver a calentar. ORIENTACIÓN DE LAS FIBRASCon los golpes de la forja se van aplastando y alargando las fibras, eliminándose las impurezas excepto en algunas zonas, normalmente las de sección perpendicular, donde se produce un fenómeno distinto.La forja es capaz de eliminar defectos tales como sopladuras, segregaciones y dendritas ya que, al golpear en caliente, es casi como si se soldasen.  METALES PARA FORJAEn principio todos los metales se pueden forjar, ya que poseen plasticidad, que es una cualidad inherente a la naturaleza metálica. Por tanto, todos los metales puros son aptos para la forja y algunas aleaciones como los aceros. Los metales muy duros no. CICLO TÉRMICO DE LA FORJA

La conformación por forja se hace en tres fases:

Calentamiento del metal: este calentamiento se hace a una temperatura determinada, que se llama temperatura de forja. Debe hacerse de forma suave, ya que la pieza a forjar tiene una determinada masa y, si la calentamos muy rápido, la zona externa estará a la temperatura adecuada cuando la zona interna aún esté fría, pudiendo las dilataciones romper la pieza. Aquí aparece el término “velocidad de calentamiento”, que depende del tipo de metal y de su espesor. Otro aspecto a tener en cuenta es que no se debe realizar el calentamiento de forma local, es decir, hay que calentar la pieza en todas las partes por igual. La temperatura de forja está comprendida entre unos valores límites y existen unas tablas orientativas. Superada esa temperatura, a medida que sigamos calentando, menos es la resistencia que presenta ese material al golpe.

    Conformación: es el proceso de forja propiamente dicho, es decir, cuando se aplican los esfuerzos al material.

      Enfriamiento: es dejar enfriar el metal hasta una temperatura determinada. Este enfriamiento no debe hacerse rápido, ya las contracciones podrían romper la pieza. OPERACIONES BÁSICAS DE LA FORJA

Sirviendo de base una forja manual, veremos las herramientas y, sobre todo, las operaciones que pueden ser hechas con ellas.

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PROCESOS DE MANUFACTURA

Las operaciones son diversas, siendo las fundamentales:

Estirado: operación que persigue alargar un material.      Otra operación es la que se hace con las gubias y el asentador, que son útiles

para operaciones de ensanche y estirado del materia.l  Degüello: operación que trata de conseguir una disminución de sección.  Recalcado: trata de aumentar la sección.

Estampado: se utiliza una herramienta que se llama estampa, que es una herramienta que reproduce su forma en el interior de dos.Curvado: trata de conseguir el radio deseado.

      Doblado: se apoya la pieza sobre un perfil y se golpea para conseguirlo.      Punzonado: utiliza un punzón para hacer un agujero.      Mandrilado: se repasa el agujero hecho con el punzón con el mandril para darle

cierta tolerancia a agujero.     Corte: utilización de la tajadera para cortar.     Torsión: un giro con más o menos vueltas de un material.      Soldadura: calentar las dos piezas a unir poniéndolas de la forma más idónea y

golpeando. En este caso hay que tener ciertas precauciones (limpieza entre piezas, posición adecuada,…) para producir una unión muy buena. DEFECTOS DE LA FORJA

Aparezcan elementos extraños en el momento de la forja. Al golpear y deformar haya zonas en las que falte material, produciéndose

pliegues y repliegues. Cuando no se calienta el material adecuadamente pueden aparecer grietas

de forja.

¿Qué es la forja en frío?

El proceso de la forja en frío está basado en la deformación del acero, partiendo de rollos de alambrón, por medio de estampadoras horizontales de hasta 6 golpes.

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