FORJA

CARACTERISTICAS DEL PROCESO

El forjado es un proceso en el que por medio de fuerzas de compresión sucesivas aplicadas a

través de matrices, dados o herramientas se conforma la pieza. Es uno de los procesos más

antiguos de trabajo con metales, 8000 A.c., se utilizaba para la obtención de monedas,

joyería…martillando el metal con herramientas de piedra.

Se puede realizar la forja de forma tradicional con un marro de mano, o maceta y un yunque.

Sin embargo, la mayor parte de las forjas requieren un conjunto de matrices, prensas o

marinetes. Las operaciones de forjado a diferencia que las operaciones de laminado producen

piezas discretas.

Los productos más típicos que se pueden obtener a través del forjado son: tornillos, remaches,

ejes de turbinas, engranajes, bielas, piezas estructurales para maquinaria, aviones,

ferrocarriles…

Para que las piezas forjadas tengan buena resistencia y tenacidad se puede controlar el flujo

del metal y la estructura del grano, así se pueden usar en aplicaciones donde se requieran

grandes resistencias.

El forjado se puede realizar a temperatura elevada (forjado en caliente) o a temperatura

ambiente (forjado en frío).

En el forjado en caliente se requieren menores esfuerzos pero se obtiene un acabado

superficial y una precisión dimensional no tan buena como en el forjado en frío que aunque

requiere mayores fuerzas por la alta resistencia que ofrece el material se obtienen mejores

resultados de precisión y acabado superficial, también existe el inconveniente que en el forjado

en frío el material de la pieza debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente.

En general, las piezas que ya han sido forjadas requieren operaciones de acabado, como

tratamiento térmico para modificar sus propiedades, o maquinado para obtener las dimensiones

exactas. Estas operaciones pueden ser reducidas al mínimo con el forjado de precisión así

pues se consigue una reducción del coste de manufacturación para llegar al producto final.

Formulas

Fuerza necesaria para realizar la forja:

F forja=Y f∗K j∗A

donde si se trata de forja con estampa A es el área proyectada de la pieza incluyendo la rebaba

y Kf (factor de forma) se obtiene de tablas. En forja libre A es el área de contacto entre la matriz

y la pieza y Kf se obtiene de:

Kj=1+0.4∗μ∗D

h

Donde   es el coeficiente de rozamiento entre el material y la prensa, y D y h son el diámetro

(o longitud de contacto) y la altura de la pieza en el instante calculado.

Cálculo del esfuerzo de fluencia:

Y f =K∗en

Donde K es el coeficiente de resistencia a la fluencia del material y n es el coeficiente de

endurecimiento por acritud.

Cálculo de la deformación:

ε=lnhih j

donde hi es la altura inicial del bruto de partida y hf es la altura final.

Forjado con dado abierto

Este forjado es un proceso muy sencillo, la mayor parte de piezas forjadas con este método

pesan de 15 a 500 Kg, se han forjado piezas hasta de 300 toneladas, como por ejemplo hélices

de barco.

Forjado con dado abierto

Este proceso se puede describir como una pieza sólida colocada entre dos matrices planas o

dados, cuya altura se reduce por compresión. Este proceso también recibe el nombre de

recalcado o forjado con dado plano. Las superficies del dado pueden tener cavidades sencillas

para producir forjados sencillos. En este proceso se mantiene el volumen constante, toda la

reducción de la altura provoca el aumento del diámetro de la pieza forjada.

En las operación reales de forjado con dado plano la pieza no se deforma exactamente de

forma uniforme sino que desarrolla una forma abarrilada llamada “pancaking” debida

principalmente a las fuerzas de rozamiento en la interfaces entre pieza y dado que se opones al

flujo de los materiales hacia fuera, éste fenómeno puede reducirse con el uso de un lubricante

eficaz.

Ventajas y desventajas del forjado con dado abierto

Este proceso de forjado cuenta con una serie de ventajas y desventajas.

-Ventajas:

Sencillez de sus dados que hacen el proceso bastante económico.

Útil para un número pequeño de piezas a realizar.

Amplia gama de tamaños disponibles.

Altos valores de resistencia.

-Desventajas:

Limitación en la forma del dado a la hora de crear piezas complejas.

Necesidad de obtener la forma final mediante maquinaria.

Poca capacidad de producción.

Mala utilización del material a procesar.

Destreza para llevar a cabo el proceso correctamente.

Fuerza de forjado con dado abierto

La fuerza de forjado γ en una operación de forjado con dado abierto sobre una pieza sólida

cilíndrica, se puede calcular con la fórmula:

Y f=K∗en

Forjado con dado impresor o forjado con dado cerrado

El forjado con dado impresor o forjado con matriz de impresión la pieza a fabricar adquiere la

forma de los huecos o cavidades al forjarse entre dos matrices con perfil. Cuando se realiza

esta operación algo de material fluye hacia fuera y forma una rebaba, ésta tiene un papel

importante en el flujo del material en el estampado ya que es delgada, se enfría rápidamente y

al ejercer una resistencia gracias a la fricción que existe entre la rebaba y la matriz, somete a

grandes presiones al material en la cavidad de la matriz causando así el rellenado de la

cavidad.

Forjado con dado cerrado

Las piezas a forjar pueden ser preparadas previamente con otras operaciones como:

a) Corte o recorte de una barra estirada o extraída.

b) Operaciones de pre conformado, como por ejemplo la metalurgia en polvos.

c) Fundido. Una pieza bruta preformada en un forjado anterior. La pieza en estado bruto se

coloca en el dado inferior y al empezar a descender el dado superior la forma de la pieza

cambia de forma progresiva.

Los procesos de preformado, como el forjado con dados convexos y cóncavos, se utilizan para

distribuir el material en las diferentes zonas de la pieza bruta, parecido a cómo se conforma la

masa para hacer bizcochos.

En el forjado con dado cóncavo, el material de la pieza se aleja de una región. En el forjado con

dado convexo se junta en una región localizada. Seguidamente a la pieza se le da la forma

aproximada de la forma final con un proceso llamado bloqueo utilizando dados bloqueadores.

Finalmente es el acabado del proceso de forja en matrices de estampado en el que la pieza

obtiene su geometría final. La rebaba se elimina normalmente mediante troquelado.

Ventajas y desventajas del forjado con dado cerrado

Este proceso de forjado cuenta con una serie de ventajas y desventajas.

-Ventajas:

Buena utilización del material a procesar.

Obtención de piezas con mejores propiedades mecánicas que las obtenidas en forja con

dado abierto.

Buena precisión dimensional.

Gran capacidad de producción y reproductibilidad.

-Desventajas

Gran coste de los dados para bajo número de piezas a producir.

Necesidad del maquinado para la obtención del producto final.

Fuerza de forjado con dado cerrado

La fuera γ de forjado necesaria en una operación de estampado se puede calcular con la

fórmula:

γ=K∗Yf∗A

Donde K es un factor multiplicativo. Para formas sencillas sin rebaba el valor de K puede ir

desde 3 hasta 5, y con rebaba desde 5 hasta 8, para formas complejas con rebaba el valor

puede ir desde 8 hasta 12. Yf es el esfuerzo de flujo del material a la temperatura de forjado, y

A es el área proyectada incluida también la rebaba.

En operaciones de forjado en caliente la presión necesaria para la mayoría de los metales va

de valores de 550 MPa a 1000 MPa.

formas valor K

formas sencillas, sin rebaba 3-5

formas sencillas, con rebaba 5-8

formas complejas, con rebaba 8-12

Forja libre

Es el tipo de forja industrial más antiguo y se caracteriza porque la deformación del metal no

está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para fabricar piezas únicas o pequeños

lotes de piezas, donde normalmente éstas son de gran tamaño. Además este tipo de forja sirve

como preparación de las preformas a utilizar en forjas por estampa.

Forja con estampa

Antes y después de aplicar el proceso de forja con estampa

Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una

cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que

avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el material se va deformando y

adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría deseada.

Forjado isotérmico

El forjado isotérmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles es

significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional.

Recalcado

A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este además puede

realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material en una zona

determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra).

Efectos que producen la forja en caliente y el forjado isotérmico

Orientación de la fibra: Las propiedades mecánicas del producto variarán, mejorándolas si

el esfuerzo se aplica en la dirección de la fibra formada por el proceso y empeorándolas si

se aplica en dirección perpendicular.

Afinamiento del grano: Esto se produce a temperaturas superiores a la de re cristalización

pero inferiores a la de equicohesión y la forja se realiza con martillos pilones, de modo

intermitente.

Eliminación de cavidades, poros, sopladuras, etc.: Debido a las enormes presiones a las

que el material es sometido en la operación, éste es compactado y desaparecen las

cavidades, poros, sopladuras, etc. (siempre que las paredes de estos defectos no estén

oxidadas)

CARACTERISTICAS DEL EQUIPO O MAQUINARIA

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 pequeñas.

Producciones muy rápidas.

Metales que se Forjan

Cualquier metal puede ser forjado.

Los más comunes son: Aceros al carbono, aleados,

inoxidables, de alta dureza, aluminio, titanio, cobre y

latón, y aleaciones refractarias que contienen cobalto,

níquel o molibdeno.

Cada aleación tiene diferentes propiedades,

niveles de resistencia y peso, características

específicas, determinadas por el usuario para un

mejor uso.

Consideraciones Generales

Grandes Cargas.

Grandes esfuerzos para deformación.

Altas temperaturas y cargas de impacto.

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

La Fatiga no es un problema común en las prensas.

Los sistemas CAD han generado avances significativos en las máquinas y en el diseño de herramientas.

http://www.forging.org/facts/opdie.htm

Características de la herramienta o utillaje

Herramientas para forja en dados cerrados

A la forja de impresión, comúnmente se

llama “forja en dados cerrados”.

Produce una variedad ilimitada de formas

en 3-D, (desde unos gramos hasta piezas

de más de 25 ton.).

Se usan prensas hidráulicas, mecánicas y

martillos, con capacidades por arriba de

50,000 tons, 20,000 tons y 50,000 lbs.

respectivamente.

Herramientas para forja en dados abiertos

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

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

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

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

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

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

Caracterización del producto

CARACTERÍSTICAS DE FABRICACIÓN

Herramienta compuesta por:

- Mango y mordaza móvil forjados de una sola pieza en acero normalizado al carbón y

con dentado integrado.

- Dentados endurecidos mediante temple por inducción hasta 55-60 HRC.

- Durezas de cuerpo de mango y cabeza entre 35-45 HRC.

- Ángulo de inclinación entre dentados de mordaza móvil y mango de 10º para una

correcta sujeción del tubo.

- Cajetilla de chapa de acero unida al mango por pasador y refuerzo de soldura lateral

- Roldana moleteada de acero y dureza entre 32-48 HRC.

- Roscado interior adaptado a la rosca de la mordaza móvil.

- Muelle de retención para suavizar el movimiento de la mordaza móvil.

- Acabado superficial en pavonado para la mordaza móvil.

- En pintura epoxi color rojo para el resto de piezas y barniz antioxidante en partes

no pintadas.

UTILIDAD Y MODO DE EMPLEO

- Herramienta de maniobra para tubos enfocada a la fontanería y sector industrial

- No se deben utilizar prolongaciones sobre el mango con el objetivo de sobrecargar la

capacidad de la llave

- De la misma manera no se debe golpear la herramienta con martillo, etc.

- El trabajo debe realizarse por torsión y nunca empujando la herramienta.

- La llave stillson debe asentarse en la cabeza de la tuerca formando un Angulo recto

con el eje de este ultimo.

- No se debe utilizar la llave para golpear otros objetos.

- Se recomienda tener cuidado con los nudillos evitando que golpeen contra objetos al

realizar trabajos.

PARTES DE LA LLAVE STILLSON

1. Cajetilla

2. Roldana

3. Muelle

4. Mango

5. Pasador

6. Mordaza móvil

Cómo funciona una llave Stillson

Esta herramienta es muy sencilla y fácil de emplear. Basta girar el anillo roscado y el

engranaje, con uno de los soportes de apriete, se cierra o abre dando el diámetro deseado para

el ajuste. La mayoría de estas llaves poseen dos muelles, que son como suspensiones, los

cuales sirven para que al ajustar la boca se apriete.

Además, tiene la particularidad de variar la apertura de sus quijadas en función del tamaño de

la tuerca o tornillo. Los dientes tienen la forma de un tornillo de banco, el mismo que es capaz

de poder sujetar firmemente, sin resbalar, piezas como cañerías lisas, tuercas, tornillos

desgastados o rodados.

En qué lugares es utilizada

La llave Stillson es hogareña porque generalmente no falta una en casa. Ésta es comúnmente

usada para ajustar o aflojar tornillos y tuercas de diferentes mobiliarios que tenemos en el

hogar. También es una herramienta primordial para los plomeros que la utilizan para ajustar o

aflojar las cañerías.

La llave Stillson o de grifa también es empleada en las fábricas o industrias pues posee

diferentes medidas para poder adaptarse a todo tipo y tamaños de tuercas, tubos o tornillos.

Qué tamaños tienen las llaves Stillson

Los tamaños o medidas de las llaves Stillson son muy variadas. Las que se usan en el hogar

generalmente son de 8, 10, 12 y 14 pulgadas. Las de mayor tamaño como las de 18, 24, 36, 48

y 60 pulgadas que son para uso industrial, o para realizar trabajos más pesados y de grandes

dimensiones.

Recomendaciones:

En caso de usar la llave Stillson en tubos cromados, como los caños o duchas, es

recomendable poner un paño entre la llave y el tubo. De tal manera, éste no se marcará o se

dañará con los dientes ubicados en la apertura de las quijadas de la herramienta. También se

puede utilizar papel España o similar.

Luego de utilizar, es importante limpiar la herramienta y se puede colocar algún aceite

lubricante y protector en el engranaje.

Una recomendación especial: no debe faltar una llave Stillson en su hogar.

normativas

Las herramientas están sometidas a análisis y ensayos específicos llevados a

condiciones extremas con el objeto de asegurar el óptimo funcionamiento en

condiciones normales de trabajo

referencia Longitud

(pulgadas)

∅ tubo

(pulgadas)

Peso

(gr.)

código

61486 10” 1” 550 596.976

61487 12” 114 ” 770 370.320

61488 14” 112

960 340.357

61489 18” 2” 1.500 370.321

61490 24” 212

2.900 370.322

ficha técnica

I. DESCRIPCION AMPLIADA:

llave para tubo, modelo stillson

II. ESPECIFICACIONES TECNICAS:

- MATERIAL:

* mango y cabeza en acero forjado

* Tratamiento termico suplementario a 54 hrc

localizado en la parte dentada

- ACABADO: rectificado con mango pintado

- CARACTERISTICAS:

* cabeza y mango muy resistentes

* ajuste rapido y de facil manipulacion

* agarre firme sobre los tubos con superficies

uniformes

- DIMENSIONES:

* longitud: 14" (350 mm)

* alcance de agarre maximo: 1 1/2" (44 mm)

- peso: 960 g

Como funciona una llave Stillson

Esta herramienta es muy sencilla y fácil de emplear. Basta girar el anillo roscado y

el engranaje, con uno de los soportes de apriete, se cierra o abre dando el diámetro

deseado para el ajuste. La mayoría de estas llaves poseen dos muelles, que son

como suspensiones, los cuales sirven para que al ajustar la boca se apriete.

Además, tiene la particularidad de variar la apertura de sus quijadas en función del

tamaño de la tuerca o tornillo. Los dientes tienen la forma de un tornillo de banco,

el mismo que es capaz de poder sujetar firmemente, sin resbalar, piezas como

cañerías lisas, tuercas, tornillos desgastados o rodados.

En qué lugares es utilizada

La llave Stillson es hogareña porque generalmente no falta una en casa. Ésta es

comúnmente usada para ajustar o aflojar tornillos y tuercas de diferentes

mobiliarios que tenemos en el hogar. También es una herramienta primordial para

los plomeros que la utilizan para ajustar o aflojar las cañerías.

La llave Stillson o de grifa también es empleada en las fábricas o industrias pues

posee diferentes medidas para poder adaptarse a todo tipo y tamaños de tuercas,

tubos o tornillos.

Recomendaciones:

En caso de usar la llave Stillson en tubos cromados, como los caños o duchas, es

recomendable poner un paño entre la llave y el tubo. De tal manera, éste no se

marcará o se dañará con los dientes ubicados en la apertura de las quijadas de la

herramienta. También se puede utilizar papel España o similar.

Luego de utilizar, es importante limpiar la herramienta y se puede colocar algún

aceite lubricante y protector en el engranaje.

Una recomendación especial: no debe faltar una llave Stillson en su hogar.