FORJADO

PRESENTADO POR:

CARDOZO RODRIGUEZ R. ALOFONSO

RESEÑA HISTORICA

El forjado se remonta alrededor del año 5000 a.c. , en el antiguo Egipto, Grecia, china, Japón, entre

otros. Para hacer armas, herramientas agrícolas, joyas, etc.

En Grecia se usaban placas de piedras labradas como dados de impresión en el martillo del oro y

plata.

La herrería permaneció sin cambios hasta la introducción del martinete de forja con pistón guiado

a finales del siglo XVIII. Este desarrollo traería la forja hacia la era industrial.

I. PRESENTACION DEL PROBLEMA DE ESTUDIO

1. definición del problema

El escaso conocimiento de los universitarios acerca de los principales procesos de

manufactura d conformado de metales.

2. objetivos del estudio

Objetivo principal: aprender y comprender el significado más básico y amplio del proceso

de forjado.

Analizar y aplicar los diferentes tipos de procesos de forjado.

3. formulación de hipótesis

Realización de trabajos de investigación acerca de los principales procesos de manufactura

de conformado de metales.

Formulación de proyectos de conformado de metales.

4. limitaciones de estudio

Poco conocimiento teórico y práctico previo a realización de proyecto.

La escasa existencia de esta industria.

Implementación de laboratorios.

II. DEFINICION DE FROJADO

El forjado es un proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos

dados, matrices y herramientas, usando impacto o presión gradual para formar la pieza que desea

obtener.

III. TIPOS DE FORJADO

SEGÚN LA TEMPERATURA DE TRABAJO:

1. Forjado en caliente.

Deformación se efectúa por encima de temperatura de recristalización.

La mayoría de operaciones de forjado se realiza en caliente.

Requiere menores fuerzas, acabado superf. y precisión dimens. no tan buenos.

Se reduce la resistencia e incrementa la ductilidad del metal.

El trabajo en tibio se realiza a temperaturas intermedias.

2. Forjado en frio.

Deformación plástica normal, no necesariamente a temperatura ambiente.

Requiere mayores fuerzas, alta resistencia y ductilidad a temp. ambiente.

El material resulta con resistencia más elevada, y con menor ductilidad.

Piezas tienen buen acabado superficial y precisión dimensional

Sus efectos se pueden invertir, mediante el recocido del metal.

SEGÚN EL GRADO QUE LOS DADOS RESTRINGEN EL METAL:

Tres tipos de forja ilustrados por diagramas de sección transversal: a) forjado en dado abierto, b) forjado con dado impresor y c) forjado sin rebaba

Esquema del proceso rotatorio.

a) Forjado rotario de tubos sin mandril, b) con mandril y c)Secciones transversales

1. Forjado con dado abierto.

Deformación homogénea de una parte de trabajo cilíndrica bajo condiciones ideales de una operación de forjado con dado abierto: 1) inicio del trabajo altura y diámetro inicial, 2) compresión parcial y 3) tamaño final.

Deformación cilíndrica real de una parte de trabajo en forjado en dado abierto mostrando un abarrilamiento pronunciado: 1) inicio del proceso, 2) deformación parcial y 3) forma final. Operaciones con dado abierto.

Varias operaciones de forjado con dado abierto: a) con dados convexos, b) con dados cóncavos y c) por secciones

Fuerza de forjado

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 maquinado.

Poca capacidad de produccion.

Mala utilización del material a procesar.

Destreza para llevar a cabo el proceso correctamente. 2. Forjado con dado cerrado o impresor.

Secuencia en el dado impresor: 1) antes del contacto inicial con la pieza de trabajo en bruto, 2) compresión parcial y 3) cerradura final de los dados, ocasionando la formación de rebaba entre las placas del dado.

POR PRESICION

Secciones transversales de a) Forjado convencional, b) Forjado de precisión. En ambos casos tienen que recortarse la rebaba. FUERZA DE FORJADO

VENTAJAS

Buena utilización del material a procesar.

Piezas con mejores propiedades mecánicas que las obtenidas con dado abierto.

Buena precision 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.

3. Forjado sin rebaba.

Forjado sin rebaba: 1) Inmediatamente antes del contacto inicial con la pieza de trabajo, 2) Compresión parcial y 3) Final de la carrera del punzón y cierre de lado ACUÑACION

Esquema del proceso de acuñación. Las primeras monedas se hicieron con dado abierto y carecían de detalle fino. 1) Inicio del proceso, 2) Tiempo de compresión y 3) Remoción de la parte.

4. Forjado rotatorio.

IV. OPERACIONES RELACIONADAS CON EL FORJADO 1. RECALCADO Y ENCABEZADO

Operación de recalcado para formar la cabeza de un perno u otro similar: 1) El alambre se calienta al tope, 2) Los dados mordazas se cierran apretando el material y el tope se retira, 3) el punzón avanza y 4) Toca fonda para formar la cabeza.

2. ESTAMPADO CON FORJA Y FORJA RADIAL

Proceso de estampado para reducir material de una barra sólida, los dados giran al martillar el trabajo. En el forjado radial el material gira mientras los dados permanecen en posición fija martilleando el trabajo.

3. FORJADO CON RODILLOS

4. FORJADO ORBITAL

Forjado orbital. Al final de cada ciclo de deformación, el dado inferior se eleva para expulsar la parte.

5. PUNZONADO

Punzonado: 1) Antes de la deformación y 2) Al completarse el proceso. Nótese que el material en exceso formado por la penetración de la fresa debe moverse por maquinado.

6. FORJADO ISOTERMICO EN DADO CALIENTE

Es un término que se aplica a operaciones de forjado caliente donde la parte de trabajo se mantiene a temperaturas cercanas a su temperatura elevada inicial durante la deformación, a través de los datos.

Si se evita que la pieza de trabajo se enfrié al contacto con la superficie frio de los dados, como se hace en el forjado convencional, el metal fluye más rápidamente y la fuerza requerida para desempeñar el proceso se reduce.

Es más costoso que el forjado convencional y se reserva para metales difíciles de forjar, como el titanio y las súper aleaciones, y para partes complejas.

El proceso se lleva a cabo algunas veces al vacío para evitar la oxidación rápida del metal.

7. RECORTADO

Recorte con cizalla para retirar la rebaba

V. DADOS DE FORJADO

1. DISEÑO DEL DADO DE FORJADO

Conocer ductilidad, resistencia, sensibilidad a la temperatura, velocidad de deformación, características de fricción, forma y complejidad del material; y distorsión de los dados.

Aspecto importante: material fluye en dirección con menor resistencia.

Realizar los cálculos de la sección transversal de la superficie.

Diseñar mediante computadoras, deducir la pauta del flujo del material en la cavidad del dado y la formación de defectos.

La línea de partición suele estar situada en la sección transversal máxima de la pieza.

Canal de rebaba, si existe rebaba adicional no aumente de forma innecesaria la fuerza de forjado.

Los ángulos internos varían de 7 a 10º y externos de 3 a 5º.

Escoger los radios de transición adecuados en las esquinas y los biseles.

Los dados se pueden ensamblar mediante insertos en lugar de hacerse de una sola pieza.

Se deben prever tolerancias en el diseño de los dados.

2. MATERIALES Y LUBRICACION DE LOS DADOS

2.1 Requerimientos comunes para los materiales del dado son:

Gran tenacidad y resistencia a altas temperaturas.

Capacidad de endurecimiento de forma uniforme.

Resistencia al choque mecánico y térmico.

Resistencia al desgaste abrasivo, existencia de cascarilla (forja caliente)

Factores:

composición, propiedades, complejidad, y tamaño de la pieza.

temperatura y tipo de operación de forjado.

costo de los materiales del dado.

cantidad demandada de forjas.

transferencia de calor desde la pieza caliente a los dados y la posterior distorsión de estos.

Los materiales más comunes utilizados son: aceros de herramienta y para dados que trabajan a altas temperaturas, materiales que contienen cromo, níquel, molibdeno y vanadio. Los dados se obtienen a partir de bloques, a su vez se forjan a partir de fundición, luego se maquinan y se terminan con la forma y acabado superficial deseados.

Lubricación de los dados

Actúan como barrera térmica entre la pieza caliente y los dados que se encuentran relativamente fríos.

Disminuyen la velocidad de enfriamiento de la pieza, mejorando el flujo del metal.

Impide que la pieza se pegue en los dados.

Para forja en caliente se suele emplear grafito, disulfuro de molibdeno, a veces vidrio, el lubricante se suele aplica directamente sobre los dados.

Para forja en frío se usan generalmente aceites minerales y jabones, aplicados después del recubrimiento de conversión de las piezas brutas, se aplica sobre la pieza.

El método de aplicación y la uniformidad del espesor son muy importantes para la calidad del producto forjado.

3. METODOS DE PREPARACION DE LOS DADOS

Se utiliza la forja, la fundición, el esmerilado, el maquinado, métodos electroquímicos y eléctricos de estampado de dados, las cavidades de los dados suele ser por punzonado, sea en frío o en caliente.

Se tratan térmicamente, para obtener mayor resistencia al desgaste y dureza; su contorno y acabado superficial se mejoran con rectificado y pulido, con robots industriales programables o a mano.

La elección del método depende de la operación en la que se va a usar el dado, así como de su forma y tamaño. Los costos determinan el proceso a seleccionar.

Dados pequeños, superficie entre 2 cm a 1 m cuadrados, mientras que los grandes tienen superficies desde 1m cuadrado a mayores.

Los procesos utilizados van desde el moldeo en cáscara (dados pequeños) a las fundiciones en arena (dados grandes de gran tamaño).

Se prefieren los aceros fundidos para dados grandes, debido a su resistencia y tenacidad y por la facilidad de controlar su composición, propiedades y tamaño de grano.

Se maquinen a partir de bloque forjado, con procesos como rectificado, torneado, fresado, maquinado electroquímico y eléctrico.

Se utilizan procesos de maquinado en dados pequeños, son más rápidos y económicos, no requieren acabado adicional.

Los aceros para dados se tratan térmicamente para mejorar la dureza, resistencia al desgaste y resistencia en general.

Selección adecuada de temperaturas de tratamiento térmico, los medios, el templado, la práctica de revenido y manejo, importantes.

Después del tratamiento térmico, los dados son sometidos a operaciones de acabado, rectificado, obtener precisión deseada.

El proceso de rectificado puede causar daños en la superficie, sino se controla bien.

4. FALLAS EN LOS DADOS

Estos fallos se deben a una o más causas que se citan a continuación: a) diseño inadecuado. b) defecto del material. c) sobrecalentamiento y agrietamiento térmico. d) tratamiento térmico y operaciones de acabado inadecuados. e) sobrepeso. f) desgaste excesivo. g) mal uso y manejo inadecuado

El diseño adecuado es muy importante. Los dados deben tener secciones transversales, holguras adecuadas y las esquinas agudas.

El manejo, ensamble, instalación y alineamiento es importante. La sobrecarga en herramientas y dados puede causar fallos prematuros.

Los carburos y el diamante, a pesar de su dureza y resistencia a la abrasión, son susceptibles al rebabeo y al alargamiento.

Los fluidos de trabajo pueden afectar negativamente los materiales del dado y herramientas, disminuyendo su resistencia y tenacidad.

Los dados se someten a altas temperaturas y a grandes esfuerzos durante el proceso, pueden producir desgaste y cambios de forma.

pueden sufrir agrietamiento térmico, debido a ciclos térmicos especialmente los dados, se suelen precalentar entre 1500 y 2500 ºC. Los dados desgastados o con grietas pueden ser reparados con soldadura y de depósito de metal, que incluyen los láseres.

Se pueden diseñar y fabricar dados con injertos reemplazables cuando se desgasten o se agrieten.

VI. MAQUINAS DE FORJADO:

1. PRENSAS

Prensas Hidráulicas: Funcionan a velocidad constante y están limitadas o restringidas por la carga. Se detiene si la carga requerida es mayor a su capacidad. Se transfiere gran cantidad de energía a la pieza, mediante una carga constante durante una carrera, cuya velocidad se puede controlar, tarda más que otros tipos de máquinas en forjar, la pieza se puede enfriar con rapidez, a menos que se calienten los dados, en comparación con la mecánicas, son más lentas, implica un costo inicial mayor, pero requiere menos mantenimiento. Las capacidades de prensado pueden llegar 125 MN para forjado con dado abierto, y hasta 450 MN en EEUU, 640 en Francia, 730 en Rusia para forjado con dado cerrado.

Prensas Mecánicas: Son principalmente de manivela o excéntricas, su velocidad varía desde un máximo al centro de la carrera hasta cero, en el término de la cerrera, por lo que están limitados por la carrera. Sus capacidades van en general desde 2.7 MN hasta 107 MN.

Prensas de Tornillo: Obtienen su energía de un volante, por lo que son de energía limitada, la carga de forjado se transmite por un tornillo vertical y el ariete es para cuando se disipa la energía del volante. Si no se cierran los dados al final del ciclo, se repite la operación hasta que termine el forjado. Se usan con distintas operaciones de dado abierto y cerrado, se adaptan para pequeñas producciones y piezas de precisión, como por ejemplo alabes de turbina. Sus capacidades van desde 1.4 MN hasta 280 MN

ESQUEMA DE PRENSA

Esquema de las distintas maquinas forjadoras. a) Prensa hidráulica, b) Prensa mecánica con accionamiento excéntrico, el eje excéntrico se puede remplazar con un cigüeñal, para producir movimiento vertical del ariete c) Prensa de rotula y d) Martillo de gravedad

2. MARTINETE

Martinete de gravedad: En la operación de este martillo, la energía libre que se obtenga del ariete. La energía disponible en el martinete, es el producto del peso del ariete por su altura de caída. Los pesos de pilón van desde 180 kg hasta 4500 kg y las capacidades de energía llegan hasta los 120 kJ.

Martinete accionado por energía: En estas máquinas la carrera del ariete hacia abajo se acelera con vapor, aire o presión hidráulica, a unos 750 kPa. El peso del ariete va desde 225 kg hasta 22500 kg y las capacidades de energía son de 1150 Kj.

Martinete de contragolpe: Tiene dos arietes que se acercan entre sí, en forma simultánea, en dirección horizontal o vertical para forjar la pieza, esta puede girar entre los golpes, para conformarla bien durante el forjado, trabajan a grandes velocidades y transmiten menos vibraciones a sus cimientos. Sus capacidades llegan a 1200 kJ.

Máquinas de gran potencia: El ariete se acelera mediante un gas inerte a alta presión, y la pieza se forja en un golpe a muy alta velocidad, hay varios problemas relacionados con su funcionamiento y mantenimiento, y con consideraciones de seguridad y de fractura de dados, que han limitado su uso en plantas actuales.

ESQUEMA DE UN MARINETE

Detalles de un martinete de caída libre para un forjado con dado impresor.

VII. FORJABILIDAD

Capacidad de un material para deformarse sin romperse.

Clasificación de los metales por forjabilidad creciente.

DEFECTOS DE MATERIALES FORJADOS

Ejemplos de defectos en piezas forjadas. a) Formación de pliegues por torcimiento del alma durante el forjado, se debería aumentar el espesor del alma para evitar este problema. b) Defectos internos causados por un material cilíndrico muy grande, las cavidades se llenan en forma prematura, y el material del centro fluye pasando por las regiones llenas a medida que se cierran los dados.

VIII. ECONOMIA DEL FORJADO

La relación del costo del material al costo total de forjar aumenta con el peso del material forjado; mientras más costoso sea el material, la relación de su costo entre el costo total será mayor.

El costo de los dados y del forjado en relación con el costo del material es grande, para piezas pequeñas, y, a la inversa, los costos de material con relativamente bajos.

A medida que aumenta el tamaño de la pieza también aumenta la fracción de costo del material respecto al costo total, pero con una rapidez menor. Esto se debe a: * El aumento paulatino en el costo de los dados es relativamente pequeño. * La maquinaria y las operaciones que intervienen son casi iguales e Independientes del tamaño de la pieza. * La cantidad de mano de obra por pieza no aumenta tanto.

El costo total de una operación de forjado no influye de una manera importante por el tipo de materiales que se forjan

Los costos de mano de obra son moderados, se ha reducido gracias al control automatizado por computadora.

Aspecto importante costo del forjado de una pieza en comparación con procesos de fundición, pulvimetalurgía, maquinado, u otros.

IX. CONCLUSIONES

La forja es una familia de procesos de trabajo del metal, se efectúa una deformación por fuerzas de compresión que aplican a través de dados.

El proceso de forjado se puede hacer a temperatura ambiente, intermedia o caliente (por encima de la temp. de recristalización).

Se pueden producir varios defectos, si no se controla el proceso en forma adecuada, en especial la calidad de la pieza, la forma de la palanquilla y la geometría del dado.

Existen diversas máquinas de forjado, con características y posibilidades, procesos controlados por computadora.

La falla de los dados es de gran impacto económico: diseño, selección de material y métodos de fabricación son de gran importancia.

X. BIBLIOGRAFIA

Kalkakjian, S., y Schmid S.R., Manufactura, Ingeniería y Tecnología, IV Edición, Prentice Hall Inc., México, 2002.

Groover, M.P., Fundamentos de Manufactura: Materiales, Procesos y Sistemas,

I Edición, Prentice-Hall Hispanoamérica S.A., México, 1997.

http://es.wikipedia.org/wiki/Forjado con dado abierto y con dado cerrado.

UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA

DE SAN FRANCISCO XAVIER DE

CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGÍA

CARRERA: Ing. Electromecánica

MATERIA: tecnología mecánica

TITULO: forjado

NOMBRE: Cardozo Rodríguez rene Alfonso

FECHA: 03/09/15