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Forjado

Año 2016

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Contenido

― ¿Que es el forjado?

― Clasificación

― Líneas de forja y estructura metalográfica. Métodos de observación

― Herramientas y máquinas de forjar

― Materiales para forjar

― Tratamientos térmicos de los materiales forjados

― Forjado en frío

― Líneas de forja y estructura metalográfica

― Herramientas para el forjado en frío

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¿Qué es forjar?

• Forjado (forging): conformado mecánico de una aleación

mediante calentamiento y martillado (Callister, W.; Fundamentals of materials science and engineering;

2001)

• Forja: arte y lugar de trabajo del forjador, cuya actividad

principal consiste en dar forma al metal, por medio del empleo combinado del fuego y del martillo (Bonnemezón

A. y Martínez Krahmer, D.; Práctica industrial de la forja

en caliente; 2012)

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Clasificación

• Temperatura del proceso

– Semisólido � se forja en fase sólida y líquida � aluminio

– Caliente � para aceros 850°C y 1270°C � lo más común

– Tibio � para aceros 700°C y 950°C � mayores esfuerzos y

mejor precisión (terminación)

– Frío � a temperatura ambiente

• Diagrama de flujo

– americano � una sola matriz

– europeo � varios equipos

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Forjado en caliente

(Fig 2.1 de Bonnemezón A. y Martínez Krahmer, D.; Práctica industrial de la forja en caliente; 2012)

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Líneas de forjado

Líneas de forja de un acero 4130 (macroataque con HCl al 50%

caliente)

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tro

zo

in

icia

l

rep

art

ido

r

pre

form

a

form

a fin

al

reb

aba

pie

za

fo

rja

da

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Trozo inicial

Sierra Cizalla en frío Cizalla en caliente

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Calentamiento

• Por inducción los tochos

se calientan a

temperaturas del orden

de los 1250°C

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Repartidor

• Es una operación de preparación para el forjado de la

pieza en matrices.

– martinete

– forjadora de rodillo

https://www.youtube.com/watch?v=e7rAPG1xinc

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Repartidor

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Forjado en matrices

• Es la etapa principal del proceso.

• Es la etapa donde el material fluye por las cavidades de la matriz para obtener la forma final de la pieza.

– martillo

– prensa

• Este proceso puede darse en una o varias matrices.

• En el caso de martillos de un solo golpe o varios.

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Martillo

• Masa x altura

• Yunque � masa = 10 a 15 x masa mazo

• Formas de elevar el mazo– correas

– cadenas

– vapor

– neumático � equipos modernos

– hidráulico � equipos modernos

• El forjado se puede dar en más de un golpe

• Mayor altura � mayor velocidad � Rp02 ↑

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Martillo1- Bomba hidráulico

2- Mazo

3- Matriz superior

4- Matriz inferior

5- Yunque

6- Sistema antivibratorio

El rango de energía potencial del mazo

puede ir desde 10 hasta 300 kJ.

La frecuencia de golpes puede ir desde

50 hasta 130 golpes por minuto.

Velocidad del mazo antes del golpe: 4

m/s a 7 m/s

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Martillo

• Para un martillo de 40 kJ, si la carrera del

mazo es de 700 mm, ¿cuánto es la masa

del mazo? ¿cuánto estimaría la masa del

yunque?

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Prensa

• Sin golpes � velocidad del mazo 0,1 m/s a 1 m/s

• Deformación más profunda

• Llenado de matriz constante

• Mayor enfriamiento de la pieza

• Fundaciones menos complejas

• Tipos de prensas

– tornillo

– biela

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Prensa de tornillo

1- Bastidor

2- Mazo

3- Guías del mazo

4- Rosca

5- Tornillo

6- Embriague

7- Rodamiento

8- Freno hidráulico

9- Equipo de potencia

10- Eyector

11- Contrapeso neumático

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Martillo vs Prensa

(Billingmann, J; Estampado y prensado a máquina, 1979)

Mp son mega

pondios, el pondio

es una unidad de

medida de fuerza

equivalente a 9,8 N.

Es decir la escala de

fuerza se puede leer

aproximadamente

como103 t, miles de

toneladas

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Matrices

• Acero de alta aleación

para trabajos en caliente

• grados H � H13

• 0,4%C; 0,4%Mn; 1%Si;

5%Cr; 1,5%Mo; 1%V

• Cr � resistencia a la

oxidación en caliente

• Mo y V � formadores de

carburos � resistencia

mecánica en caliente

• Temperatura de servicio ~300°C El número en paréntesis es la dureza HRC a

temperatura ambiente (ASM Handbook; Formingand Forging; Vol 14; 1993)

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tro

zo

in

icia

l

rep

art

ido

r

pre

form

a

form

a fin

al

reb

aba

pie

za

fo

rja

da

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Operaciones posforjado

• Eliminación de la rebaba– Balancín

• Doblado

• Perforado

• Tratamiento térmico– Normalizado

– Templado y revenido

– Revenido

– Alivio de tensiones

• Superficial

• Inspección con END

• Mecanizado

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Rebaba

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¿Qué se forja en caliente?

(Bonnemezón A. y Martínez Krahmer, D.; Práctica industrial de la forja en caliente; 2012)

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¿Qué se forja en caliente?

(Bonnemezón A. y Martínez Krahmer, D.; Práctica industrial de la forja en caliente; 2012)

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¿Qué se forja en caliente?

(Bonnemezón A. y Martínez Krahmer, D.; Práctica industrial de la forja en caliente; 2012)

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Forjado en frío

• esferoidizado (recocido de globulización) � carburos en forma de pequeños globulos �

acero blando

• preparación del material �corte, granallado, mecanizado

• bonderizado �lubricación de la superficie con fosfato de cinc

• forjado a temperatura ambiente

• posforjado � limpieza, tratamiento térmico, mecanizado

Tornillo – 13 g

Eje de caja de

cambios – 5 kg

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Forjado en frío

¿Qué diferencias hay con el forjado en caliente?

- mayor tensión de fluencia del material �

mayores esfuerzo

-

-

-

-

-

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Conclusiones

Ventajas del proceso de forja

• Obtener piezas difíciles de conseguir con otros

métodos (mecanizado, laminado, colado)

• Aprovechar las ventajas que dan las líneas de forjado

y las estructuras metalográficas resultantes

• Extracción de menor cantidad de viruta en los

mecanizados posteriores � aproximación de forma

• Mejor tenacidad que piezas coladas

• Elimina la porosidad de solidificación

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Preguntas

1. Definir forjado

2. Ventajas del forjado en comparación con otros métodos de fabricación

3. ¿Cómo se clasifican los procesos de forjado según la

temperatura de la pieza?

4. ¿Qué son las líneas de forjado?

5. ¿Cuáles son las principales etapas del proceso?

6. ¿Qué es un repartidor?

7. ¿Qué es la rebaba?

8. ¿Qué tipo de equipos se utilizan en la etapa de

forjado?

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Preguntas

9. ¿Qué diferencias hay entre el martillo y la prensa?

10. ¿Qué ventajas tiene el forjado en frío respecto al forjado en caliente?

11. ¿Cuáles son las típicas operaciones de posforja?

12. ¿Qué tipo de materiales se utilizan para las matrices

del forjado en caliente?

13. ¿Qué tipo de materiales se utilizan para el forjado en

frío?

14. ¿Qué es el recalcado?