El material presentado aqui complementa pero no sustituye el material dado en clase y el material discutido en el libro de texto del curso.

Si el estudiante se ausenta de clases, ste es responsable de indagar con la profesora o sus compaeros de clase sobre el material cubierto en clase.

ObjetivosConocer aspectos generales sobre los procesos de deformacin y posibles aplicaciones.

Conocer caractersticas de los productos fabricados mediante los procesos de deformacin a base de rodillos, forjadura, extrusin y estirado.

Aprender a calcular efectivamente fuerzas y presiones requeridas en los troqueles para producir la deformacin deseada en los procesos de deformacin a base de rodillos, forjadura, extrusin y estirado.

Conocer e identificar y sugerir como prevenir defectos en piezas fabricadas mediante los procesos de deformacin a base de rodillos, forjadura, extrusin y estirado.

IntroduccinLos procesos de deformacin de metales aprovechan las propiedades de flujo plstico del material a medida que es deformado para producir la forma deseada.

Para estos procesos comenzamos con el material fundido en forma de lingotes o barras.

Estos procesos se dividen en dos grupos:

deformacin a metales con dimensiones similares ("bulk deformation")

deformacin a metales en forma laminar.

Para el diseo de productos que sern procesados mediante deformacin, debemos tomar en consideracin lo siguiente:

Modelos de curvas de esfuerzo vs. deformacin

Efecto de endurecimiento por deformacin ("strain hardening")

Criterios de deformacin

Propiedades del material

Temperaturas de operacin

La deformacin puede ocurrir a diferentes temperaturas:

al fro

al caliente

isotrmica

tibio

Los procesos que estudiamos en la clase son los siguientes:

Deformacin mediante rodillos

Forjadura

Extrusin y estirado

Modos de trabajar el materialTrabajo al calienteEl material se deforma a temperaturas que estn por encima de la temperatura de rescristalizacin. Esto permite que la pieza pueda ser deformada a un nivel ms alto que si se trabajara al fro.

El xito del proceso depende de la habilidad de controlar las condiciones trmicas.

Algunos procesos llevados a cabo al caliente forjadura

deformacin con rodillos

extrusin

Trabajo al froEl material se deforma a temperaturas que estn por debajo de la temperatura de rescristalizacin. Esto resulta en un proceso ms barato que si se trabajara al caliente. Usualmente la temperatura de operacin es la temperatura ambiente.

Las propiedades del material se afectan cuando son trabajados al fro. Por lo tanto es necesario que el diseador conozca el impacto del cambio que sufre la pieza en sus propiedades en las condiciones de operacin de la pieza.

Algunos procesos llevados a cabo al fro forjadura

deformacin con rodillos

extrusin

operaciones en metales en forma laminar

Trabajo tibioLas temperaturas son Entre trabajo al fro y al calor, es un punto intermaedio que puede ser una alternativa cuando los extremos son muy costosos

An se esta desarrollando, no se ha caracterizado la conducta del material en esa gama de temperaturas

Deformacin isotrmicaLa deformacin ocurre a una temperatura de operacin constante.

Las aleaciones a base de titanio y nquel tienen un esfuerzo de rendimiento ("yield") que depende de la temperatura, para deformarlos se calientan los troqueles y se mantiene una distribucin de temperatura bastante uniforme durante el proceso.

La vida de los troqueles se afecta negativamente pero el producto tiene una mejor calidad.

Variables de los procesos de deformacinVariables independientesmaterial para comenzar

geometra inicial del material

geometra del troquel o heramientas

lubricacin

temperatura inicial

velocidad de operacin

cantidad de deformacin

Variables dependientesfuerza y potencia requerida

propiedades del material o producto

temperatura de salida

terminado de superficie y precision

naturaleza del flujo de material

Parmetros generales para deformacin de materialesel material a ser deformado

velocidad de la operacin

friccin, lubricacin y temperatura

Repaso de temas relacionados con deformacin de metales (estudiar material de la clase)Para ver ejemplo de deformacin de materiales seleccione aqu

Definiciones deformacin de ingeniera

deformacin de corte ("shear")

esfuerzo nominal o de ingeniera

Mdulo de elasticidad

por ciento de elongacin

por ciento de reduccin en rea

esfuerzo verdadero

deformacin verdadera

deformacin elstica

deformacin plstica

esfuerzo de rendimiento o cedencia ("yield")

Curvas de esfuerzo y deformacin verdaderasmodelos de esfuerzo vs. deformacin

modelo de endurecimiento por deformacin

K = constante

n = constante

mtodos para determinar K y n:

regresin logartmica

grfico

rpido

concepto de inestabilidad en tensin simple y la formacin del cuello

prueba de compresin

estado de esfuerzos triaxiales

criterios de deformacin de materiales

criterio de von misses

se le llama tambin criterio de energa mxima

establece que el metal falla cuando la raiz cuadrada de la suma de los cuadrados de los esfuerzos cortantes principales alcanza cierto lmite.

criterio de Tresca

se le llama tambin criterio de esfuerzo cortante mximo

establece que el metal falla cuando el esfuerzo cortante mximo alcanza cierto lmite

Destrezas a ser evaluadas en el examenIdentificar el mejor proceso de deformacin para producir una pieza.

En el caso de piezas que requieran una combinacin de operaciones de deformacin, proponer una secuencia lgica y econmica de operaciones de deformacin para fabricar la pieza sin problemas.

Calcular efectivamente fuerzas y presiones requeridas en los troqueles para producir la deformacin deseada en los procesos de deformacin a base de rodillos, forjadura, extrusin y estirado.

Proponer magnitud de deformacin, fuerzas y presiones en los moldes y otros parmetros requeridos de acuerdo al proceso para fabricar una pieza sin defectos.

Visita a lugares relacionados con este temaProcesos de deformacin mediante rodillos

Procesos de forjadura

Procesos de extrusin y estirado

laminacin

http://www.geocities.com/CollegePark/Den/1108/laminado/laminado06.html

1IntroduccinUn lingote de acero tiene un uso muy reducido hasta que le es dada una forma tal que pueda usarse en un proceso de manufactura. Si el lingote es admitido en fro, se vuelve bastante difcil, si no imposible, convertir el material por medios mecnicos en una forma estructural, acero en barra o lmina. Sin embargo, si el lingote se trabaja en caliente, puede martillarse, prensarse, rolarse o extruirse en otras formas. Debido a la desoxidacin y otras desventajas del trabajo en caliente a temperaturas elevadas, la mayora de los metales ferrosos se trabajan en fro o se terminan en fro despus del trabajo en caliente para obtener un buen acabado superficial, alta exactitud dimensional y mejorar las propiedades mecnicas.La forja fue el primer mtodo de trabajo en caliente como se muestra en la histrica fotografa de la Fig.1. Una prensa movida por una fuente de potencia general y una banda desde los rboles, tiene un brazo descendente y golpea un pedazo caliente de metal colocado en un dado. Los procesos, mientras la tecnologa se ha mejorado, hoy permanecen semejantes.

DEFORMACION PLASTICALos dos tipos principales de trabajo mecnico en los cuales el material puede sufrir una deformacin plstica y cambiarse de forma son trabajos en caliente y trabajos en fro Como muchos conceptos metalrgicos, la diferencia entre trabajo en caliente y en fro no es fcil de definir. Cuando al metal se le trabaja en caliente, las fuerzas requeridas para deformarlo son menores y las propiedades mecnicas se cambian moderadamente. Cuando a un metal se le trabaja en fro, se requieren grandes fuerzas, pero el esfuerzo propio del metal se incrementa permanentemente.La temperatura de recristalizacin de un metal determina si el trabajo en caliente o en fro est siendo cumplido o no. El trabajo en caliente de los metales toma lugar por encima de la recristalizacin o rango de endurecimiento por trabajo. El trabajo en fro debe hacerse a temperaturas abajo del rango de recristalizacin y frecuentemente es realizado a temperatura ambiente. Para el acero, la recristalizacin permanece alrededor de 500 a 700 C, aunque la mayora de los trabajos en caliente del acero se hacen a temperaturas considerablemente arriba de este rango. No existe tendencia al endurecimiento por trabajo mecnico hasta que el limite inferior del rango recristalino se alcanza. Algunos metales, tales como el plomo y el estao, tienen un bajo rango recristalino y pueden trabajarse en caliente a temperatura ambiente, pero la mayora de los metales comerciales requieren de algn calentamiento. Las composiciones aleadas tienen una gran influencia sobre todo en el rango de trabajo conveniente, siendo el resultado acostumbrado aumentar la temperatura del rango recristalino. Este rango tambin puede incrementarse por un trabajo anterior en fro.Durante todas las operaciones de trabajo en caliente, el metal est en estado plstico y es formado rpidamente por presin. Adicionalmente, el trabajo en caliente tiene las ventajas siguientes:1. La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayora de los lingotes fundidos contienen muchas pequeas sopladuras. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presin de trabajo.

2. Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a travs del metal.

3. Los granos gruesos o prismticos son refinados. Dado que este trabajo est en el rango recristalino, seria mantenido hasta que el lmite inferior es alcanzado para que proporcione una estructura de grano fino.

4. Las propiedades fsicas generalmente se mejoran, principalmente debido al refinamiento del grano. La ductilidad y la resistencia al impacto se perfeccionan, su resistencia se incrementa y se desarrolla una gran homogeneidad en el metal. La mayor resistencia del acero laminado existe en la direccin del flujo del metal.

5. La cantidad de energa necesaria para cambiar la forma del acero en estado plstico es mucho menor que la requerida cuando el acero est fro.

Todos los procesos de trabajo en caliente presentan unas cuantas desventajas que no pueden ignorarse. Debido a la alta temperatura del metal existe una rpida oxidacin o escamado de la superficie con acompaamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. El equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es econmico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas.El trmino acabado en caliente, se refiere a barras de acero, placas o formas estructurales que se usan en estado "laminado" en el que se obtienen de las operaciones de trabajo en caliente. Se hacen algunos desescamados pero por lo dems el acero est listo para usarse en puentes, barcos, carros de ferrocarril, y otras aplicaciones en donde no se requieren tolerancias cerradas. El material tiene buena soldabilidad y maquinabilidad, dado que el contenido de carbono es menor del 0.25%.Los principales mtodos de trabajo en caliente de los metales son:A. Laminado C. Extrusin

B. ForjadoD. Manufactura de tubos

1.Forja de herrero o con martilloE. Embutido

2.Forja con martineteF. Rechazado en caliente

3.Forja horizontalG. Mtodos especiales

4.Forja con prensa

5.Forja de laminado

6.Estampado

LAMINADOLos lingotes de acero que no son refusionados y fundidos en moldes se convierten en productos utilizables en dos pasos:1. Laminando el acero en formas intermedias-lupias, tochos y planchas.

2. Procesando lupias, tochos y planchas en placas, lminas, barras, formas estructurales u hojalata.

El acero permanece en las lingoteras hasta que su solidificacin es casi completa, que es cuando los moldes son removidos. Mientras permanece caliente, los lingotes se colocan en hornos de gas llamados fosos de recalentamiento, en donde permanecen hasta alcanzar una temperatura de trabajo uniforme de alrededor de 1200 C en todos ellos. Los lingotes entonces se llevan al tren de laminacin en donde debido a la gran variedad de formas terminadas por hacer, son primero laminadas en formas intermedias como lupias, tochos o planchas. Una lupia tiene una seccin transversal con un tamao mnimo de 150 x 150 mm. Un tocho es ms pequeo que una lupia y puede tener cualquier seccin desde 40 mm hasta el tamao de una lupia. Las planchas pueden laminarse ya sea de un lingote o de una lupia. Tienen un rea de seccin transversal rectangular con un ancho mnimo de 250 mm y un espesor mnimo de 40 mm. El ancho siempre es 3 o ms veces el espesor y puede ser cuando mucho de 1500 mm. Placas, plancha para tubos y fleje se laminan a partir de planchas.Un efecto del trabajo en caliente con la operacin de laminado, es el refinamiento del grano causado por recristalizacin. Esto se muestra grficamente en la Fig.2. La estructura gruesa es definitivamente despedazada y alargada por la accin de laminado. Debido a la alta temperatura, la recristalizacin aparece inmediatamente y comienzan a formarse pequeos granos. Estos granos crecen rpidamente hasta que la recristalizacin es completa. El crecimiento contina a altas temperaturas, si adems la elaboracin no es mantenida, hasta que la temperatura baja del rango recristalino es alcanzada.

Los arcos AB y A'B' son arcos constantes sobre los rodillos. La accin de acuadura en la elaboracin es superada por las fuerzas de rozamiento que actan en estos arcos y arrastran al metal a travs de los rodillos. El metal emerge de los rodillos viajando a mayor velocidad de la que entra. En un punto medio entre A y B la velocidad del metal es la misma que la velocidad perifrica del rodillo. La mayora de la deformacin toma lugar en el espesor aunque hay algn incremento en el ancho. La uniformidad de la temperatura es importante en todas las operaciones de laminado, puesto que controla el flujo del metal y la plasticidad.

La mayora de los laminados primarios se hacen ya sea en un laminador reversible de dos rodillos o en un laminador de rolado continuo de tres rodillos. En el laminador reversible dedos rodillos, Fig. 3A, la pieza pasa a travs de los rodillos, los cuales son detenidos y regresados en reversa una y otra vez. A intervalos frecuentes el metal se hace girar 90 sobre su costado para conservar la seccin uniforme y refinar el metal completamente. Se requieren alrededor de 30 pasadas para reducir un lingote grande a una lupia. Los rodillos superior e inferior estn provistos de ranuras para alojar las diferentes reducciones de la seccin transversal de la superficie. El laminador de dos rodillos es bastante verstil, dado que posee un amplio rango de ajustes segn el tamao de piezas y relacin de reduccin. Est limitado por la longitud que puede laminarse y por las fuerzas de inercia, las cuales deben ser superadas cada vez que se hace una inversin. Esto se elimina en el laminador de tres rodillos, Fig. 3C, pero se requiere un mecanismo elevador. Aunque existe alguna dificultad debido a la carencia de velocidad correcta para todas las pasadas, el laminador de tres rodillos es menos costoso para hacerse y tiene un mayor rendimiento que el laminador reversible.Los tochos podran laminarse en un gran laminador del tamao usado para lupias, pero esto no se acostumbra hacer por razones econmicas. Frecuentemente se laminan lupias en un laminador continuo de tochos compuesto de alrededor de ocho estaciones de laminado en lnea recta. El acero formado, por ltimo pasa a travs del laminador y sale con un tamao final de tocho, aproximadamente de 50 por 50 mm, el cual es la materia prima para muchas formas finales tales como barras. tubos y piezas forjadas.

La Fig.4 ilustra el nmero de pasadas y la secuencia de reduccin de la seccin transversal de un tocho de 100 por 100 mm para convertirlo en una barra redonda.Otras disposiciones de rodillos usadas en laminadores se muestran en la Fig.3. Aquellos que tienen cuatro o ms rodillos usan a los dems como respaldo de los dos que realizan el laminado. Adems, muchos laminadores especiales toman productos previamente laminados y fabrican con ellos artculos terminados como rieles, formas estructurales, placas y barras. Tales laminadores usualmente llevan el nombre del producto que se lamina y, aparentemente, son semejantes a los laminadores usados para lupias y tochos.

FORJAForja Abierta o de HerreroEste tipo de forja consiste en martillar el metal caliente ya sea con herramientas manuales o entre dados planos en un martillo de vapor. La forja manual, como la hecha por el herrero, es la forma ms antigua de forjado. La naturaleza del proceso es tal que no se obtienen tolerancias cerradas, ni pueden hacerse formas complicadas. El rango de forjado va desde unos cuantos kilogramos y sobrepasa los 90 Mg lo que puede hacerse por forja de herrero.Los martillos de forja se hacen con bastidor del tipo sencillo o abierto para el claro de trabajo, mientras que el tipo de bastidor doble se hace para servicio pesado. Un martinete tpico de vapor se muestra en la Fig.5. La fuerza del golpe es severamente controlada por el operador, y se requiere considerable habilidad para el uso de esta mquina.

EstampadoEl estampado difiere de la forja con martillo en que se usa ms bien una impresin cerrada que dados de cara abierta. La forja se produce por presin o impacto, lo cual obliga al metal caliente y flexible a llenar la forma de los dados como en la Fig.6. En esta operacin existe un flujo drstico del metal en los dados causado por los golpes repetidos sobre el metal. Para asegurar el flujo propio del metal durante los golpes intermitentes, las operaciones se dividen en un nmero de pasos. Cada paso cambia la forma gradualmente, controlando el flujo del metal hasta que la forma final se obtiene. El nmero de pasos requeridos varia de acuerdo al tamao y forma de la pieza, las cualidades de forja del metal y las tolerancias requeridas. Para productos de formas grandes y complicadas una operacin de formado preliminar, usando ms de un juego de dados, puede requerirse. Las temperaturas aproximadas de forjado son: acero 1100 a 1250 C; cobre y sus aleaciones 750 a 925C; magnesio 370 a 450C.La forja de acero en dados cerrados varia en tamao desde unos cuantos gramos hasta 10 Mg

Los dos tipos principales de martillos de estampado son el martinete de vapor y el martinete de cada libre o martinete de tabln. En el primero el apisonador y el martillo son levantados por vapor, y la fuerza del golpe es controlada por estrangulamiento del vapor. Con estos martinetes, los cuales trabajan rpidamente, se obtienen sobre 300 golpes por minuto. El rango de capacidades de los martinetes de vapor va desde 2 hasta 200 kN. Son normalmente diseados de doble bastidor, con un cilindro de vapor ensamblado en su parte superior que provee la potencia para actuar el apisonador. Para una masa dada del apisonador un martinete de vapor desarrollar el doble de la energa sobre el dado que la que podra obtenerse de un martinete de cada libre o de tabln.En el martinete del tipo cada libre la presin de impacto es desarrollada por la fuerza de cada del apisonador y el dado cuando golpea sobre el dado que est fijo abajo. En la Fig.7 se muestra un martinete de cada libre con pistn elevador. Utiliza aire o vapor para levantar el apisonador. Este tipo de martinete permite la preseleccin de una serie de golpes de carrera corta o larga. El operador es liberado de la responsabilidad de la regulacin de las alturas de la carrera y resultan unos terminados de forja muy uniformes. Los martinetes de este tipo pueden servir para apisonar masas de 225 kg y hasta masas de 4500 kg inclusive. El martinete de cada libre con tabln tiene algunos tablones de madera endurecida unidos al martillo con el propsito de elevarlo. Despus de que el martillo ha cado, unos rodillos arrastran los tablones y levantan el martillo hasta 1.5 m. Cuando la carrera es alcanzada los rodillos se separan y los tablones son sostenidos por unos trinquetes hasta que son liberados por el operador. La fuerza del golpe es enteramente dependiente de la masa del martillo, el apisonador, y el dado superior, el cual pocas veces excede los 35 kN. El martinete de tabln no se levanta tan rpidamente como la unidad de aire o de vapor. Los martinetes de cada libre encuentran un uso extenso en la industria para artculos tales como herramientas manuales, tijeras, cubiertos, partes de herramientas y piezas de aviacin.

El martinete de forja por impacto, que se muestra en la Fig. 12.8 tiene dos cilindros opuestos en un plano horizontal el cual acciona los impulsores y los dados uno hacia el otro. El material se posiciona en el plano de impacto en el cual los dados chocan. Su deformacin absorbe la energa y no hay choque o vibracin en la mquina. Con este proceso al material se le trabaja igualmente en ambos lados; existe menos tiempo de contacto entre el material y el dado; se requiere menos energa que con otros procesos de forja; y el trabajo es realizado mecnicamente.La pieza forjada tendr una ligera saliente de exceso de metal extendindose alrededor de la lnea de particin. Se le elimina en una prensa independiente de recorte inmediatamente despus de la operacin de forjado. La pequea forja puede recortarse en fro, aunque deben tenerse algunos cuidados en la operacin de recorte para no deformar la pieza. La pieza a forjar usualmente es sostenida de manera uniforme por el dado en el apisonador y empujada a travs de las aristas de corte. Operaciones de punzonado pueden hacerse tambin mientras el recorte se lleva a cabo.

La Fig. 9 muestra los dados para forja del cilindro exterior principal del tren de aterrizaje de un gran avin. Los dados pesan poco ms de 28 Mg. Algunas operaciones de forja requieren un recalentamiento del metal base entre las estaciones de estampado.

En general, todas las piezas forjadas estn cubiertas con escmas y deben limpiarse. Esto puede hacerse por inmersin en cido, granallado, o con arena dependiendo del tamao y composicin de la pieza forjada. Si ocurre alguna deformacin durante el forjado, una operacin de enderezado o formado puede requerirse. Usualmente se procura un enfriamiento controlado para piezas grandes y si ciertas propiedades fsicas se necesitan se toman providencias para tratamientos trmicos posteriores.La ventajas de la operacin de forjado incluyen una fina estructura cristalina del metal, la eliminacin de cualquier vaco, un tiempo reducido de maquinado, e insuperables propiedades fsicas. La forja es adaptable a aceros aleados y al carbono, hierro dulce, cobre, aleaciones ligeras, aleaciones de aluminio y aleaciones de magnesio. Sus desventajas abarcan las inclusiones de escamas y el alto costo de los dados que lo hacen prohibitivo para trabajos de pequea serie. El alineamiento de los dados es algunas veces difcil de mantener y debe tenerse mucho cuidado en su diseo para asegurar que no ocurran grietas durante el forjado debido al plegado del metal durante la operacin. Las estampas de forja tienen un gran nmero de ventajas sobre los dados abiertos de forja, incluyen una mejor utilizacin del material, mejores propiedades fsicas, tolerancias ms cerradas, ritmos altos de produccin, y se requiere menos habilidad del operador.Forjado en PrensaLas prensas de forjado emplean una accin lenta de compresin deformando el metal plstico, contrariamente al rpido impacto del golpe del martillo. La accin de compresin es mantenida completamente hasta el centro de la pieza que est prensndose, trabajando a fondo la seccin completa. Estas prensas son del tipo vertical y pueden ser operadas ya sea mecnica o hidrulicamente. Las prensas mecnicas, cuya operacin es ms rpida, pueden ejercer una fuerza de 4 a 90 MN.La presin necesaria para formar el acero a temperatura de forja vara desde 20 hasta 190 MPa. Tales presiones estn basadas en la superficie de la seccin transversal de la pieza forjada cuando sta se mide sobre la lnea de particin del dado.Para el forjado de pequeas piezas, se usan estampas, y una sola carrera del apisonador es normalmente necesaria para realizar la operacin de forja. La mxima presin 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 pequeas piezas forjadas son ms convenientes unidades individuales de dados. Existen algunas diferencias para el diseo de dados para metales diferentes. La forja de aleaciones de cobre puede hacerse con menos ensayos que en acero; consecuentemente, pueden producirse formas ms complicadas. Estas aleaciones fluyen bien en el dado y son extruidas rpidamente.En el forjado en prensa una mayor proporcin del trabajo total puesto en la mquina es trasmitida al metal que en una prensa de martillo de cada libre. Mucho del impacto del martillo de cada libre es absorbido por la mquina y su cimentacin. La reduccin del metal con prensa es ms rpida, y el costo de operacin consecuentemente es menor. La mayora de las prensas de forjar son de formas simtricas con superficies que son totalmente lisas, y proporcionan unas tolerancias ms cerradas que las obtenidas con un martillo de cada libre. Sin embargo, muchas piezas de formas irregulares y complicadas pueden forjarse ms econmicamente por forja abierta. Las prensas de forjado se usan frecuentemente para operaciones de calibrado sobre partes hechas por otros procesos.Forjado HorizontalEl forjado horizontal implica la sujecin de una barra de seccin uniforme en dados y se aplica una presin sobre el extremo caliente, provocando el que sea recalcado o formado segn el dado, como se muestra en la Fig. 12.10. La longitud de la barra a ser recalcada no puede ser mayor de dos o tres veces el dimetro, pues si no el material se doblar en vez de expandirse para llenar la cavidad del dado.

Para algunos productos la operacin principal puede completarse en una posicin, aunque en la mayora de los casos la pieza es progresivamente colocada en diferentes posiciones en el dado. Las impresiones pueden estar en el punzn, en el dado fijo o en ambos. En muchas ocasiones las piezas forjadas no requieren de una operacin de recorte. Mquinas de este tipo son una consecuencia de pequeas mquinas diseadas para hacerles cabeza en fro a clavos y pequeos tornillos.El penetrado progresivo, o desplazamiento interno, es el mtodo frecuentemente empleado en mquinas de forjado horizontal para producir partes tales como cascos de artillera y cilindros forjados de mquinas radiales. La secuencia de operaciones para el forjado de un cilindro se muestra en la Fig.11. Barras cilndricas de una longitud predeterminada para un cilindro, primero se calientan a temperatura de forja. Para facilitar la manipulacin de la barra se prensa un porta barra dentro de un extremo. La barra es recalcada y progresivamente penetrada hasta dejar una copa de fondo grueso. En la ltima operacin un punzn de extremo cnico expande y alarga el metal dentro del extremo del dado, liberando el portabarra y punzonando hacia afuera el extremo del pedazo de metal. Grandes cuerpos de cilindro con masas superiores a los 50 kg pueden forjarse de esta manera. El rango de partes producidas por este proceso va desde pequeos a grandes productos que pesan algunos cientos de kilogramos. Los dados no se limitan al recalcado, pueden usarse tambin para penetrado, punzonado, recorte o extrusin.

Con objeto de producir ms formas masivas por este mtodo, una mquina horizontal continua ha sido desarrollada. Esta mquina puede alimentar barra de acero calentada por induccin a la cavidad del dado, en donde rpidos golpes del dado horizontal o si no martillos exteriores y ajustables alcanzan a la pieza. Algunas de estas mquinas tienen un dado de forjado horizontal hueco de longitudes tan largas como formas de seccin transversal constante pueden producirse.Otra variacin para forjado horizontal es la unin de metales. En vez de formar una abertura en la cabeza de la barra de acero, se hace una operacin de forjado de una forma cnica, similar a la Fig. 12.10B. El dado con- forma el perfil cnico deseado y la operacin de unin de metal concluye.Forja por LaminadoLas mquinas para forja por laminado son primeramente adaptadas para operaciones de reduccin y conificacin sobre barras de acero de pequea longitud. Los rodillos de estas mquinas mostrados en la Fig.12 no son completamente circulares sino que son cortados de un 25 a un 75% para permitir la entrada de la materia prima entre los rodillos. La porcin circular de los rodillos se ranura de acuerdo a la forma que quiere darse. Cuando los rodillos estn en posicin abierta el operador coloca la barra caliente entre ellos, retenindola con tenazas. Como los rodillos giran, la barra es agarrada por las ranuras de los mismos y empujada hacia el operador. Cuando los rodillos se abren, la barra es empujada hacia atrs y laminada de nuevo, o se le coloca en la ranura contigua para la operacin siguiente de laminado. Girando la barra 90 despus de cada paso de laminado, no existe la oportunidad de formar rebabas.

En el rolado de ruedas, tiras metlicas y artculos similares se usa un tren de rolado de construccin un poco diferente. La Fig.13 muestra como una pieza en bruto forjada se convierte en una rueda, terminada por la accin de los diferentes rodillos dispuestos alrededor de ella. Como las ruedas giran, el dimetro es aumentado gradualmente mientras la placa y el rin se reducen en seccin. Cuando se roa la rueda a su dimetro final, se le lleva entonces a una prensa y se le da una operacin de formado y calibrado.

La forja por laminado se usa en una amplia variedad de piezas, incluyendo ejes, barras para propulsores de avin, palancas, hojas de cuchillos, cinceles, estrechado de tubos y extremos de muelles. Las piezas hechas de este modo tienen muy buen terminado de superficie y las tolerancias son iguales a otros procesos de forja. El metal es trabajado completamente en caliente y tiene buenas propiedades fsicas.EXTRUSIONLos metales que pueden trabajarse en caliente pueden extruirse con formas de seccin transversal uniforme con ayuda de presin. El principio de extrusin, similar a la accin del chorro de la pasta de dientes de un tubo, ha sido muy usado para procesos en serie desde la produccin de ladrillos, tubo de desage, tubo de drenaje, hasta la manufactura de macarrones. Algunos metales como el plomo, estao y aluminio pueden extruirse en fro, mientras que otros requieren la aplicacin de calor para hacerlos plsticos o semislidos antes de la extrusin. En la operacin actual de extrusin, los procesos difieren un poco, dependiendo del metal y aplicacin, pero en resumen consisten en forzar al metal (confinado en una cmara de presin) a salir a travs de dados especialmente formados. Varillas, tubos, guarniciones moldeadas, formas estructurales, cartuchos de bronce, y cables forrados con plomo son productos caractersticos de metales extruidos.La mayora de las prensas usadas en el extruido convencional de metales son de tipo horizontal y operadas hidrulicamente. Las velocidades de operacin dependen sobre todo de la temperatura y material, varan de unos cuantos metros sobre minuto hasta 275 m/min.Las ventajas de la extrusin incluyen la facilidad de producir una variedad de formas de alta resistencia, buena exactitud y terminado de superficie a altas velocidades de produccin, y relativamente con un bajo costo de los dados. Ms deformaciones o cambio de forma pueden conseguirse por este proceso que por cualquier otro, excepto fundicin. Longitudes casi ilimitadas de seccin transversal continua pueden producirse, y debido al bajo costo de los dados, series de produccin de 150 m pueden justificar su uso. El proceso es alrededor de tres veces ms lento que la forja por rolado, y la seccin transversal debe permanecer constante. Existen muchas variantes de este proceso.Extrusin DirectaLa extrusin directa est ilustrada en el diagrama de la Fig.14. Un tocho cilndrico caliente se coloca dentro de la cmara del dado, el falso bloque y el apisonador se colocan en posicin. El metal es extruido a travs del dado abrindolo hasta que slo queda una pequea cantidad. Entonces es cortado cerca del dado y se elimina el extremo.

Extrusin IndirectaLa extrusin indirecta, Fig.14 es similar a la extrusin directa excepto que la parte extruida es forzada a travs del vstago apisonador. Se requiere menos fuerza por este mtodo, debido a que no existe fuerza de rozamiento entre el tocho y la pared continente. El debilitamiento del apisonador cuando es hueco y la imposibilidad de proveer soporte adecuado para la parte extruida constituyen las restricciones de este proceso.Extrusin por ImpactoEn la extrusin por impacto un punzn es dirigido al pedazo de metal con una fuerza tal que ste es levantado a su alrededor. La mayora de las operaciones de extrusin por impacto, tales como la manufactura de tubos plegables, son trabajadas en fro. Sin embargo hay algunos metales y productos, particularmente aquellos en los cuales se requieren paredes delgadas, en los que los pedazos de metal son calentados a elevadas temperaturas. La extrusin por impacto es cubierta en el capitulo siguiente sobre trabajo en fro.

MANUFACTURA DE TUBERIALos accesorios tubulares y tubera pueden hacerse por soldadura elctrica o a tope, plancha para formado de tubos, perforado y extrusin. Los mtodos de perforado y extrusin se usan para tubera sin costura, la cual es usada en trabajos de alta presin y temperatura como tambin para transportar gas y lquidos qumicos. Se ha manufacturado tubo de acero sin costura hasta de 400 mm de dimetro. Se usan tambin tubos extruidos para decantadores dado que el proceso puede adaptarse a configuraciones internas, tales como rayado y ranurado. Tubo soldado a tope es el ms comn y se usa con propsitos estructurales, postes y para transporte de gas, agua y desperdicios. El tubo con soldadura elctrica se usa principalmente para lneas de tubera que transportan productos del petrleo o agua.Soldadura a TopeEn el proceso de soldadura a tope se aplican ambos mtodos, intermitente y continuo. Tiras calientes de acero, conocidas como plancha para tubos, las cuales tienen los bordes ligeramente biselados, son usadas de tal modo que se encontrarn exactamente cuando sean formados en un perfil circular. En el proceso intermitente, un extremo de la plancha para tubos es cortada en forma de Y para permitirle entrar a la campana de soldadura, como se muestra en la Fig.15A. Cuando a la plancha para tubos se le acerca hasta el calor de soldadura el extremo es agarrado por unas tenazas las cuales arrastran una cadena de traccin. Como el tubo es arrastrado a travs de la campana de soldado, la plancha para tubo es formada con un perfil circular y los bordes se sueldan juntos. Una operacin final pasa al tubo entre rodillos de terminado y calibrado para darle el tamao correcto y quitarle la escama. El soldado continuo a tope del tubo es realizado abasteciendo la plancha para tubos en rollos y proveyendo los medios para soldar rpidamente los extremos del rollo para formar una tira continua. Como la plancha para tubos entra al horno, las flamas chocan sobre los bordes de la tira para llevarla a la temperatura de soldado. Saliendo del horno, la plancha para tubos entra a una serie de rodillos horizontales y verticales la cual lo convierte en un tubo. Una vista de los rodillos, que muestra cmo el tubo es formado y calibrado est en la Fig.15B. Cuando el tubo abandona los rodillos, es cortado en longitudes que finalmente son procesadas por desescamado y operaciones de terminado. El tubo hecho por este mtodo tiene tamaos hasta de 75 mm de dimetro.

Soldadura Elctrica a TopeLa soldadura elctrica a tope de tubo necesita un formado en fro de la placa de acero para preparar la forma para la operacin de soldadura. La forma circular es desarrollada pasando la placa a travs de un tren continuo de rodillos que cambian su forma progresivamente. Este es el mtodo conocido como formado por laminado. La unidad soldadora colocada en el extremo de la mquina formadora por laminado consta de tres rodillos de centrado y presin que mantienen al perfil formado en posicin y dos rodillos electrodo que abastecen corriente al generar el calor. Inmediatamente despus de que el tubo pas por la unidad de soldadura, el metal extruido rpidamente es eliminado del interior y exterior del tubo. Rodillos de calibrado y terminado completan la operacin dando al tubo un tamao exacto y concentricidad. Este proceso es adaptado a la manufactura de tubo de hasta 400 mm de dimetro con espesores de pared que varan desde 3 a 15 mm. Tubos de gran dimetro son usualmente fabricados por soldadura de arco sumergido despus de que fueron formados a lo largo en prensas especialmente construidas. Algunos tubos grandes se fabrican por soldadura a martillo, la cual es esencialmente un proceso de forja-soldadura.Soldado por RecubrimientoEn el soldado por recubrimiento de tubo, las orillas de la plancha para tubos son biseladas como si salieran del horno. La plancha para tubo es entonces estirada a travs de un dado de forjado, o entre rodillos, para darle forma cilndrica con las orillas traslapadas. Despus de recalentada, la plancha para tubo doblada se pasa entre dos rodillos ranurados como se muestra en la Fig.16. Entre los rodillos se fija un mandril que ajusta en el dimetro interior del tubo. Las orillas son soldadas por recubrimiento por la presin entre los rodillos y el mandril. El tubo soldado por recubrimiento se hace en tamaos de 50 a 400 mm de dimetro.

PerforadoPara producir tubo sin costura, se pasan tochos cilndricos de acero entre dos rodillos de forma cnica operando en la misma direccin. Entre estos rodillos se fija un punto o mandril que ayuda en el perforado y controla el tamao del agujero cuando el tocho es forzado sobre l.La operacin completa de la fabricacin de tubera sin costura por este proceso convencional se muestra en la Fig.17. El tocho slido primeramente es punzonado al centro y despus llevado a calor de forja en un horno antes de ser perforado. Entonces es empujado entre dos rodillos de perforado los cuales le imparten rotacin y avance axial. La compresin alterna y la expansin del tocho abren un centro, el tamao y forma del cual son controlados por el madril de perforado. Como el espesor de pared del tubo resulta del tren de perforado, se pasa entre rodillos ranurados sobre un tapn sujeto por el mandril y es convertido en un tubo largo con un espesor de pared especificado. Mientras permanece a temperatura de trabajo, el tubo pasa a travs de la mquina de carrete la cual adems de enderezar y calibrar da a las paredes una lisura de superficie. El calibrado final y terminado son realizados de la misma manera que con el tubo soldado.

Este procedimiento se aplica a los tubos sin costura hasta de 150 mm de dimetro. A los tubos grandes hasta de 350 mm de dimetro se les da una segunda operacin con los rodillos de perforado. Para producir tamaos hasta de 600 mm de dimetro, recalentados, se procesan tubos doblemente perforados en un tren de rolado rotatorio como se muestra en la Fig.18 y se terminan finalmente con rodillos de carrete y de calibrado como se describi en el proceso de perforado sencillo. Pueden requerirse calentamientos intermedios.

En el mtodo continuo, mostrado en la Fig.19 una barra redonda de 140 mm es perforada y transportada al mandril laminador de nueve estaciones en donde se inserta una barra cilndrica o mandril. Estos rodillos reducen el dimetro del tubo y el espesor de pared. Entonces es eliminado el mandril, y el tubo recalentado antes de entrar al laminador reductor- alargador de doce estaciones. Este tren no slo reduce el espesor de pared del tubo caliente sino tambin el dimetro del mismo. Cada rodillo sucesivo es impulsado a producir una tensin suficiente para alargar el tubo entre estaciones. El mximo rendimiento de este tren es 390 m/min para tubo de alrededor de 50 mm de dimetro o ms pequeo.

Extrusin de TuboEl mtodo usual para extruir tubos se muestra en la Fig. 20. Es una forma de extrusin directa, pero utiliza un mandril para formar el interior del tubo. Despus de que el tocho se coloca dentro, el dado que contiene el mandril se empuja contra el lingote como se muestra en la figura. El vstago compresor avanza entonces y extruye el metal a travs del dado y alrededor del mandril. La operacin completa debe ser rpida y velocidades hasta de 180 m/min han sido usadas en la manufactura de tubos de acero. Pueden extruirse tubos de acero de bajo carbono a temperatura cercana a la ambiente, pero para la mayora de las aleaciones el tocho debe calentarse alrededor de 1300C.

EMBUTIDOPara productos sin costura que no pueden hacerse con equipo convencional de rolado, se usa el proceso ilustrado en la Fg.21. Se calienta una lupia a temperatura de forja y con un punzn de penetracin operado con una prensa vertical, la lupia se forma por forja dentro de un extremo hueco cerrado. La pieza forjada es recalentada y colocada en el banco de estirado en caliente que consiste de algunos dados, que decrecen sucesivamente en dimetro, montados en un bastidor. El punzn operado hidrulicamente fuerza al cilindro caliente a travs de la longitud completa del banco de estirado.

Para cilindros largos o tubos de pared delgada, pueden requerirse calentamientos y embutidos repetidos. Si el producto final es un tubo, el extremo cerrado es cortado y el resto es enviado a travs de rodillos para terminado y calibrado, similares a los usados en el proceso de perforado. Para producir cilindros con un extremo cerrado similares a los usados para el almacenado de oxigeno, el extremo abierto es estampado en forma de cuello o reducido por rechazado en caliente.RECHAZADO EN CALIENTEEl rechazado en caliente del metal se usa comercialmente para conformar o formar placas circulares gruesas de alguna forma sobre un cuerpo giratorio y estrangular o cerrar los extremos de tubos. En ambos casos una especie de torno se usa para hacer girar la pieza rpidamente. El formado se hace con una herramienta de presin roma o rodillo que entra en contacto con la superficie de la pieza en rotacin y provoca el flujo del metal y que ste se conforme a un mandril de la forma deseada. Una vez que la operacin se desarrolla, se genera un considerable calor por rozamiento el cual ayuda a mantener al metal en estado plstico. Los extremos del tubo pueden reducirse en dimetro, formado segn un contorno deseado, o cerrarse completamente por la accin del rechazado.FORJADO TIBIOUn proceso, conocido como Termoforjado utiliza una temperatura intermedia que normalmente se usa para trabajo en fro y en caliente. No hay cambios metalrgicos en el metal ni imperfecciones de superficie frecuentemente asociadas con el metal trabajado a temperaturas elevadas. La Fig.22 es una fotografa de la seccin transversal de un tornillo cabeza Alen grabado con cido. Se observa una alta resistencia indicada por la estructura continua de las fibras. Dado que las lneas de flujo siguen el contorno de la pieza, se reducen las concentraciones de esfuerzos. La temperatura del metal y las presiones y velocidades de forjado deben controlarse cuidadosamente, puesto que el metal est abajo de la temperatura de recristalizacin.

METODOS ESPECIALESA medida que se obtienen secciones ms delgadas en piezas forjadas, pueden emplearse dados calientes. Si se usa el lubricante adecuado, la oxidacin adicional de la superficie se reduce al mnimo, pueden obtenerse tolerancias ms cerradas, la pieza permanece flexible por un periodo de tiempo mayor, y el ritmo de produccin se incrementa. La vida del dado se disminuye, sin embargo, existe un costo asociado con el calentamiento del dado. A menos que se deseen secciones delgadas, el proceso es pocas veces justificado.Altas relaciones de energa de formado estn usualmente asociadas con las operaciones de trabajo en fro pero algunas prensas de alta velocidad son manejadas por varios mecanismos, cargas explosivas, o descargas de capacitores. La mayora de las partes formadas de esta manera son terminadas de un golpe. De este modo la operacin es rpida, pueden forjarse secciones delgadas antes de que el calor sea perdido. Debido a la carga de impacto y el rpido incremento de temperatura del dado asociado con este tipo de operacin, la vida del mismo es relativamente corta. El proceso es til en la forja a alta temperatura, difcil para formar aleaciones.

Debido a lo altamente especializado de los problemas encontrados en la produccin masiva de partes, algunas prensas clsicas de forjado se adaptan con apisonadores auxiliares o punzones que se mueven dentro o a travs de ellas. La Fig.23 muestra el uso de un punzn auxiliar que produce un agujero en la pieza forjada. Usualmente, punzones de esta clase son retrasados en su operacin hasta que cualquiera de los dados ha casi completado su trabajo. Debido a la complejidad de tales operaciones, slo la produccin masiva de series puede considerarse con este proceso.Los metales que son difciles de forjar (por ejemplo, el titanio) pueden fundirse a presin en atmsfera de gas inerte. Este proceso, conocido como formado en atmsfera caliente, elimina la mayora de la oxidacin y la cscara y tiende a prolongar la vida del dado. Para piezas forjadas muy grandes, el gas inerte se lanza slo dentro del rea de formado, pero en el caso de prensas pequeas, stas son encerradas totalmente por una cabina dentro de la cual el argn es admitido.

Pequeos perdigones de aluminio, tan pequeos como granos de arroz, pueden laminarse en hojas. La Fig.24 muestra cmo el aluminio fundido es vertido en un cilindro revolvedor perforado. Las diminutas bolitas se enfran suficientemente para mantener su forma. Ellas son transportadas por aire a una cmara de precalentamiento, roladas en caliente en hojas, y enfriadas. Este proceso es adaptable a la produccin de grandes volmenes con un mnimo de gastos de equipo. Tericamente, pueden formarse hojas de longitud ilimitada por este proceso.