FORJADO A pesar de que la forja es el mtodo ms antiguo de trabajar el metal (ao 8000 a.C.), an se sigue utilizando en la actualidad ya que asegura las mejores caractersticas mecnicas de los materiales y la ms alta calidad en cualquier tipo de producto. Aunque puede no ser el mtodo ms econmico para hacer productos en ciertas geometras, la historia ha demostrado que la forja tiene el ms alto nivel de precisin y combinacin de propiedades mecnicas. Las instalaciones y los equipos actuales son cada vez ms modernos y automticos, siempre buscando una mejora en la productividad del proceso.

El forjado de los metales

El forjado es un proceso bsico en el que la pieza de trabajo se moldea mediante fuerzas de comprensin aplicadas por medio de matrices y herramentales. Es una de las operaciones ms antiguas e importantes en el trabajo de metales.

El forjado puede efectuarse a temperatura ambiente (forjado en frio) o a temperaturas elevadas (forjado a temperatura media o en caliente) dependiendo de la temperatura .El forjado en frio requiere fuerzas ms grandes, debido a la mayor resistencia del material de la pieza de trabajo, y este debe poseer suficiente ductilidad a temperatura ambiente para someterse a la deformacin necesaria sin que se agriete. En cambio, el forjado en caliente requiere menores fuerzas, pero la precisin dimensional y el acabado superficial de las partes no son tan elevados como el forjado en frio.

ANTECEDENTES HISTRICOS DEL FORJADO

El forjado es uno de los procesos de trabajo de los metales ms antiguos conocidos. Tradicionalmente, la creacin fue realizada por un herrero con el martillo y el yunque. La herrera o forja ha evolucionado durante siglos para convertirse en un centro de los procesos de ingeniera, equipo de produccin, herramientas, materias primas y productos para satisfacer las demandas de la industria moderna.

En la poca moderna, industrial forjado se realiza ya sea con mquinas o con martillos accionados por aire comprimido, electricidad, hidrulica o vapor. Estos martillos pueden tener pesos movimiento alternativo en los miles de libras.

DEFINICIN DE FORJADO

Forja, proceso de modelado del hierro y otros materiales maleables golpendolos o troquelndolos despus de hacerlos dctiles mediante aplicacin de calor. Las tcnicas de forjado son tiles para trabajar el metal porque permiten darle la forma deseada y adems mejoran la estructura del mismo, sobre todo porque refinan su tamao de grano. El metal forjado es ms fuerte y dctil que el metal fundido y muestra una mayor resistencia a la fatiga y el impacto.

ECUACIONES DE DEFORMACION POR COMPRESIONDeterminacion de la carga por compresin con deformacion planase puede demostrar fcilmente que = ln(e + 1),cuando la friccin est presente entre las matrices y la muestra, el metal adyacente a estas regiones experimenta poca o ninguna deformacin.La muestra se deforma en la forma no homognea como se muestra en la figura 18-6.

y la muestra asume una forma de cilindro. las reas sombreadas en la figura 18-6, representan regiones de poca deformacin debido a la presencia de tensiones friccionales en la interfaz de la matriz.bajo estas condiciones la fuerza de compresin requerida para causar deformacin esta dada por la simple relacin de la ecuacin 18-2, la fuerza requerida para producir la deformacin ser una funcin de las dimensiones de la muestra. as como las condiciones de friccin en la interfaz, para los dos cilindros como se muestra en la figura. 18-6.con el mismo dimetro y las condiciones de friccin iguales pero diferentes alturas, el cilindro ms corto requerir una fuerza axial mayor para producir el mismo porcentaje en altura debido a la regin sin deformar relativamente ms grande.igualmente, para cilindros de igual altura pero diferente dimetro, el cilindro de mayor dimetro requerir una presin axial promedio mayor para producir la misma reduccin en la altura, ya que tiene un rea mayor en contacto con los troqueles.la verdadera tensin de flujo o el esfuerzo de compresin se puede encontrar mediante la extrapolacin de la tensin media medida para un nmero de muestras de diferente geometra para una relacin de dimetro-altura igual a cero.

Fuente mechanical-metallugy George Dieter

DEFORMACIN PLANA DE LA FORJA CON FRICCIN DE COULOMB

DETERMINACIN MEDIANTE EL CLCULO DE LAS TENSIONES DE LA CARGA PARA LA FORJA DE UN DISCO CIRCULAR PLANO

la constante de integracin se puede calcular a partir de la condicin d entorno que para:

la comparacin con la ecuacin anterior muestra que la distribucin de presin para la forja de un disco es idntica a aquella para la forja de formacin plana de un bloque de anchura b igual al dimetro D del disco, siempre que se tenga en cuenta la tensin de fluencia. el valor de y se debe usar para condicionar acciones simtricas, y S para la deformacin plana.

con frecuencia, en la forja en caliente, en rozamiento con las plataformas aumenta hasta el valor de adherencia. entonces

segn el libro de conformado de los metales-geoffre W.

ejemplosEJEMPLO 1Un bloque de plomo de dimensiones 25mm x25mm x150mm es presionado entre matrices planas de tamao 6.25mm x100mm x150mm. Si la tensin uniaxial aplicada es = 6.9Mpa y = 0.25.determinar la distribucin de presin sobre la dimensin 100 mm y la carga total de forja.

solucinLa dimensin de 150 mm no cambia, la deformacin es plana. hacemos uso de la ecuacin de distribucin de la presin:

En la lnea central de la placa sera:

La distribucin de presiones en la lnea central es:

observamos que . puesto que para valores de x menores aproximadamente 43 vemos que la friccin de adherencia prevalece sobre la mayor parte de la longitud de 100 mm de la placa.para el rozamiento de adherenciaes: en cuenta que la presin pico de friccin se reduce mucho para el caso de rozamiento. la distribucin de la presin es lineal de a x=

Para y tenga en cuenta que la presin mxima de friccin se reduce mucho por el deslizamiento y la friccin que produce. por simplicidad se calcula la carga de forja en el supuesto de que la distribucin de la presin se base en el 100 por ciento de rozamiento de adherencia a continuacin, a partir de

la carga de forjado ser P = 597 kn = 61 ton.

30 cm.60 cm.Ejemplo: 2

TIPOS DE FORJA1) FORJA LIBREEs el tipo de forjado industrial mas antiguo y se caracteriza porque la deformacin del metal no esta limitada es libre por su forma o masa.Se usa para fabricar piezas nicas o pequeos lotes de piezas, donde normalmente estas son de gran tamao. Tambin pueden encontrarse como forja en dados abiertos.No se confina el flujo del metal.Se utiliza para fabricar piezas sencillas o para preformas destinadas a piezas complejas posteriores. Utillaje simple

2) Forja abierta o de herrero

En este caso, la forja es el arte y el lugar de trabajo del forjador o herrero, cuyo trabajo consiste en dar forma al metal por medio delfuegoy delmartillo.

El herrero trabaja calentando los materiales a moldear, para determinar la temperatura y maleabilidad del metal, se tiene en cuenta el color del metal, por ejemplo: cuando se calienta hierro este se vuelve rojo, luego anaranjado y despus amarillo y final mente blanco. El color ideal para forjar hierro es un blanco-anaranjADO.

3) Forja por estampacin

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 geometra deseada. Este proceso puede realizarse con rebaba o sin rebaba, dependiendo de si las matrices llevan incorporada una zona de desahogo para alojar el material sobrante (rebaba) o no.

4) Forja en caliente

Es el proceso mediante el cual consiste en elevar la temperatura interna del material hasta la temperatura de austenizacin para hacerlo ms maleable y fcil de modificar, en este proceso se emplea menos cantidad de energa y trabajo que la forja en frio.

5) Forja en frio

Es un proceso mediante el cual el material se trabaja en temperaturas de inferiores a la de austenizacin y en temperatura ambiente, este tipo de trabajo es empleado para trabajos con acabados ms precisos y de mejor esttica que el trabajo en caliente, pero para trabajar el material en estas condiciones se debe emplear ms cantidad de trabajo y energa que la forja en caliente.

FORJADO EN CALIENTE

Ventajas: Las fuerzas requeridas para deformarlo son menores, El material tiene buena soldabilidad y maquinabilidad, se elimina la porosidad del metal

Desventajas: Existe una rpida oxidacin o escamado de la superficie por lo que no es posible manejar tolerancias estrechas, se produce alto consumo energtico.FORJADO EN FRIO

Ventajas: Mejora el trabajo superficial por lo que puede laminarse hojas muy delgadas, distorsiona la forma del grano, mejora su exactitud dimensional lo que implica tolerancias mas estrechas, se logran mayores velocidades de produccin.

Desventajas: Se requiere aplicar precisiones mayores que los trabajos en caliente, se requiere mayor potencia y por ende equipos grandes, mientras menos DUCTIL sea el metal menos se puede trabajar sobre este material.

6) Forja en prensa

Generalmente, los componentes forjados son formados por un martillo o la prensa. La forja con martillo es realizado en una sucesin de impresiones producto de golpes repetidos. La calidad de la forja, economa 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 slo una vez y el diseo de cada impresin se hace ms importante mientras la habilidad de operador es menos importante.

7) Forja horizontal

El forjado horizontal implica 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.El ser ampliamente utilizado en las industrias del vehculo, tractor y cojinete, la forja horizontal y mquina desconcertante es un equipo de produccin especializado de la eficacia alta, que puede forjar la cabeza de la barra en forma necesaria.La longitud de la barra a ser recalcada no puede ser mayor de dos o tres el dimetro, pues si no el material se doblara en vez de expandirse para llenar la cavidad del dado.

8) Forja por laminado

Las maquinas para forja por laminado son principalmente adaptada para operaciones de reduccin y conificacin sobre barras de acero de pequea longitud. Los rodillos de estas maquinas mostrados en la figura, 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.

9) Forja en martinete

Este es el equivalente moderno del forjado de herrero en donde la fuerza limitada del herrero ha sido reemplazada por un martillo mecnico 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.

Operaciones de forjadoOperaciones de forjado donde los troqueles restringen el flujo del metal de trabajo.Forjado en troquel abierto.- El trabajo de comprime entre dos troqueles planos, permitiendo que el metal fluya sin restricciones en una direccin lateral respecto a las superficies del troquel.Forjado de troquel impresor.- Las superficies del troquel contienen una forma de impresin que se imparte al material de trabajo durante la compresin, restringiendo significativamente el flujo del metal (forma rebaba mas all del troquel impresor).Forjado sin rebaba.- El troquel restringe completamente el material de trabajo dentro de la cavidad y no se produce rebaba excedente. Es necesario controlar estrechamente el volumen de la pieza inicial para que iguale la cavidad del troquel.

Para proporcionar la forma y las caractersticas deseadas a los productos forjados, se realizan muchas otras operaciones relacionadas con el proceso bsico de forjado.

ACUADOSe trata de un proceso de forjado en matriz cerrada que por lo general se utiliza en el troquelado de monedas, medallas y joyera (La pieza en bruto o trozo de metal se acua en la cavidad de una matriz completamente cerrada. Para producir detalles finos (por ejemplo, el detalle en monedas recin troqueladas), las presiones requeridas pueden ser tan elevadas como cinco o seis veces la resistencia del material. En algunas partes es posible que se requieran varias operaciones de acuadoEn ste no se pueden aplicar lubricantes, porque quedaran atrapados en las cavidades de la matriz y, al no poder comprimirse, evitaran la reproduccin total de los detalles de la superficie de la matriz y el acabado superficial.El marcado de partes con letras y nmeros tambin se puede realizar con rapidez por medio de este proceso. El acuado se utiliza asimismo con forjas y otros productos para mejorar el acabado superficial y proporcionar la precisin dimensional deseada con pocos o ningn cambio en el tamao de la parte. Conocido como dimensionado, este proceso requiere presiones elevadas.

2) CabeceadoTambin conocido como forjado por recalcado, el cabeceado es bsicamente una operacin de recalcado que por lo general se efecta en el extremo de una barra redonda o alambre para aumentar la seccin transversal. Los ejemplos tpicos son los clavos, las cabezas de tornillos, los pernos, remaches y muchos otros sujetadores.El cabeceado puede realizarse en fro, en caliente o a temperatura media. Una consideracin importante en l es la tendencia de la barra a curvarse si su relacin de longitud a dimetro sin soporte es demasiado elevada. Por lo general, esta relacin se limita a menos de 3:1, pero con las matrices apropiadas puede ser ms alta. Por ejemplo, se pueden tolerar relaciones ms altas si el dimetro de la cavidad de la matriz no es mayor a 1.5 veces el dimetro de la barra.

Las operaciones de cabeceado se efectan en mquinas conocidas como cabeceadoras, que suelen automatizarse en gran medida con velocidades de produccin de cientos de piezas por minuto para partes pequeas. Operaciones de cabeceado en caliente en piezas ms grandes se realizan comnmente en recalcadores horizontales. Estas mquinas tienden a ser ruidosas; se requiere una cubierta a prueba de ruido o el uso de protectores auditivos. Las operaciones de cabeceado se pueden combinar con procesos de extrusin en fro para fabricar varias partes.

3) PENETRADOEste es un proceso de penetracin de la superficie de una pieza de trabajo (aunque sin pasar a travs de ella) con un punzn para producir una cavidad o una impresin.Dicha pieza se puede confinar en un contenedor (como la cavidad de una matriz) o dejar sin restricciones. Su deformacin depender de cunto se limita su flujo conforme desciende el punzn.Ejemplos comunes de penetrado son el ahuecamiento y la cavidad hexagonal en las cabezas de los tornillo.Despus del penetrado, puede seguir el troquelado para producir un orificio en la parte). El penetrado tambin se utiliza para producir regiones huecas en las forjas mediante equipo auxiliar de accin lateral.

4) Punzonado de cavidades o clavadoEste proceso consiste en prensar un punzn endurecido con una geometra especial de la punta, dentro de la superficie de un bloque de metal.La cavidad producida se utiliza despus como matriz para operaciones de formado, como las que se utilizan para artculos de mesa. Por lo general, la cavidad de la matriz es poco profunda; para cavidades ms profundas se puede eliminar parte del material de la superficie mediante maquinado antes del clavado

5) Forjado orbitalEste es un proceso en el que la matriz superior se mueve a lo largo de una trayectoria orbital y da forma a la parte de manera progresiva. La operacin es similar a la accin de la mano y del mortero utilizados para moler hierbas y semillas. Aunque no son de uso regular, los componentes comunes que se pueden forjar mediante este proceso con partes con forma de disco y cnicas, como engranes cnicos y piezas en bruto para engranes. La fuerza de forjado es relativamente menor debido a que en cualquier instante especfico el contacto de la matriz se concentra en una pequea rea de la pieza de trabajo (ver tambin forjado progresivo a continuacin). La operacin es silenciosa y las partes se pueden formar en 10 a 20 ciclos de la matriz orbital.

6) Forjado con rodillosEl forjado con rodillos es un proceso de deformacin que se usa para reducir la seccin transversal de una pieza de trabajo cilndrica (o rectangular); sta pasa a travs de una serie de rodillos opuestos con canales que igualan la forma requerida por la pieza final. La operacin tpica, el forjado con rodillos se clasifica generalmente como un proceso de forja, aun cuando utiliza rodillos. Los rodillos no giran de manera continua, sino slo a travs de una porcin de revolucin que corresponde a la deformacin que requiere la pieza. Las piezas forjadas con rodillos son generalmente ms fuertes y poseen una estructura granular favorable respecto a otros procesos competidores, como el maquinado, que puede usarse para producir estas mismas piezas

gracias