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• Dilan Cesar Moya Urey

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14.15 ¿Por qué hay tantos tipos de máquinas para forjado? Describe las capacidades y limitaciones de cada una. R.- Existe una extensa gama de máquinas de forjado esto porque cada máquina tiene unas características únicas para ciertos tipos de procesos de forjado y difieren en cuanto a su capacidad (fuerza en toneladas), velocidades y velocidad-carreras. CAPACIDADES DE LOS EQUIPOS Prensa hidráulica:  La capacidad de velocidad varía entre 0.06-0.30 m/s.  La capacidad de prensado 14,000 toneladas cortas para forjado de matriz abierta.  La capacidad de prensado 82,000 toneladas cortas para forjado en matriz cerrada. Prensa mecánica:  La capacidad de velocidad varía entre 0.06-1.5 m/s.  Las capacidades de la prensa van de 300 a 12,000 toneladas cortas. Prensa de tornillo:  La capacidad de velocidad varía entre 0.6-1.2 m/s.  La capacidad de la prensa va de 160 a 31,500 toneladas cortas. Martinetes caída mecánica:  La capacidad de velocidad varía entre 3.0-9.0 m/s.  La capacidad de la prensa va de 225 a 22,500 kg (500 a 50,000 libras).  La capacidad de energía va hasta 1150 kJ (850,000 pies-libras). Martinetes caída por gravedad:  La capacidad de velocidad varía entre 3.6-4.8 m/s.  El recorrido del ariete hacia abajo se acelera con presión de vapor, aire o hidráulica hasta casi 750 kPa (100 psi).  La capacidad de la prensa va de 180 a 4500 kg (400 a 10,000 libras).  La capacidad de energía va hasta 120 kJ (90,000 pies-libras). Contramartillos:  La capacidad de velocidad varía entre 4.5-9.0 m/s.  La capacidad de energía va hasta 1200 kJ (900,000 pies-libras). LIMITACIONES DE LOS EQUIPOS Prensa hidráulica:  Funcionan a velocidades constantes  Son de carga limitada(restringida).  Se detiene si la carga requerida excede su capacidad.  El forjado en una prensa hidráulica es más tardado.  La pieza de trabajo se puede enfriar con rapidez.  Estas prensas son más lentas  tienen costos más altos.  Requieren menor mantenimiento. Prensa mecánica:  Son de recorrido o carrera limitada.  Se pueden aplicar fuerzas muy altas.

    

La fuerza disponible depende de la posición del recorrido. Tienen altas velocidades de producción, Son fáciles de automatizar Requieren menos habilidades del operador que otros tipos de máquinas. Son preferibles para el forjado de partes de alta precisión.

Prensa de tornillo:  Son de energía limitada.  Utilizan para varias operaciones de matriz abierta y matriz cerrada.  Adecuadas para pequeñas cantidades de producción.  Adecuadas sobre todo partes delgadas con alta precisión. Martinetes:  Son de energía limitada.  Operan a altas velocidades y el tiempo reducido de formado.  Minimiza el enfriamiento de una forja en caliente.  Permite el forjado de formas complejas.  Se debe realizar varios impactos sucesivos sobre la misma matriz para completar el forjado  Son más versátiles y menos costosos. Contramartillos:  Operan a altas velocidades  Transmiten menos vibración a sus bases. 14.21 Haga comentarios en relación con el control del espesor final de un tubo en la figura 14.15.

(CAMBIAR DIBUJO) En la figura 14.15 se observa la diferencia del control de espesor de un tubo utilizando un mandril vemos que el espesor del tubo sin un mandril es mayor que utilizando; el mandril nos ayuda a que el espesor sea uniforme como también nos ayuda a darle distintas formas al tubo en su interior como se muestra en la imagen con distintas formas transversales debido al forjado rotatorio.

14.26 Mediante la ecuación 14.2, estime la fuerza de forjado de la pieza de trabajo del problema 14.25, suponiendo que es un forjado complejo y que el área proyectada de la rebaba es 40% mayor que el área proyectada de la pieza de trabajo forjada. RESOLUCIÓN Dónde: k= 7 de tablas 14.2 𝑌𝑓 = 799 𝑀𝑃𝑎 𝐹 = 𝑘 ∗ 𝑌𝑓 ∗ 𝐴 𝐹 = 7 ∗ 799 ∗ 29.164 𝐹 = 1.63114𝑥1011 𝑁

14.32.-Para la misma prensa mecánica del problema 14.31 ¿a qué espesor se puede forjar un cilindro de aluminio 5052-O que tiene 3 pulgadas de diámetro y 2 pulgadas de altura que se forjará antes de que la prensa se detenga? DATOS R=36.3 mm

D= 3 pulg = R=36.3 mm H=2 pulg

H = 54.2mm

K=138 (Mp) n=0.20 𝑌̅𝑓 = 𝑌̅𝑓 =

𝐾 𝜖𝑛 1+𝑛

138 ∗ 𝜖 0.20 = 140.46 1.20

𝐹 = 𝑌̅𝑓 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟 2 ∗ (1 + h=

2𝜇𝑟 𝐹 −1) 𝑌𝑓 ∗𝜋∗𝑟2

3∗( ̅

2𝜇𝑟 ) 3ℎ

h=

2∗36.6∗0.20 219.18 −1) 140.46∗𝜋∗36.32

3∗(

h = 45.18 mm

14.37 Los engranes se pueden fabricar por medio de forjado, En particular los engranes cónicos. Investigue en la bibliografía técnica y describa la secuencia de los pasos de manufactura comprendidos. Comente la calidad de dicho engrane si se compara con uno fabricado mediante los procesos de fundición descritos en el capítulo 11.

FORJA DE UN ENGRANE La zona de forja está formada por el horno de inducción, la prensa que realiza la deformación plástica, las prensas de rebaba y las prensa de punzonado en el caso de los engranajes. Una vez los tacos están cortados a la medida óptima según los cálculos del diseño, son conducidos mediante la cadena transportadora hasta la zona de calentamiento. Los hornos son necesarios para la preparación del material antes de la deformación plástica. Como norma general la temperatura de trabajo debe ser la máxima de forma que no se produzca oxidación en el material. Además de no producir reacciones químicas indeseadas como la descarburación o defectos internos o externos en la pieza. La mínima temperatura de calentamiento del material debe ser aquella en la que el material obtenga la viscoplasticidad que permita su deformación. La temperatura de calentamiento estará situada en torno a los 1000º C. En el pliego de condiciones se establecen las temperaturas a las que se debe trabajar en función del tipo de engranaje que se va a fabricar. La temperatura de proceso es también, como lo es el aspecto dimensional, un parámetro que debe ser controlado. Para ello, se utilizan medidores pirométricos electrónicos, dispuestos en la salida del horno. Si durante este proceso se detectara una temperatura anómala se efectuaría un rechazo de la pieza mediante selectores mecánicos comandados por la orden de los medidores pirométricos. El horno utilizado en el proceso es de inducción. El proceso de inducción genera calor gracias al efecto de histéresis magnética y las corrientes de Foucault, producidas en el interior del material por un campo magnético alterno de una bobina que envuelve la pieza. El proceso de calentamiento dura aproximadamente 1 minuto y medio desde que el taco se introduce en el horno hasta que la temperatura se estabiliza. Para la fabricación de los engranajes se parte del taco con el diámetro adecuado. La primera operación se lleva a cabo en matriz abierta y se obtiene una preforma que recibe el nombre de “pan”. La siguiente operación se realiza en matriz cerrada de donde se obtiene la pieza final. Los troqueles son piezas con una vida limitada debido a los grandes esfuerzos que realizan. Por ello se debe controlar periódicamente el estado de los troqueles. El material utilizado para estas piezas es acero para trabajos en caliente Los ejes primarios de cambio comienzan el proceso de fabricación con una forja libre para el reparto másico. Posteriormente, son necesarios dos procesos de forja cerrada para obtener

la geometría definitiva previa al mecanizado. Del mismo modo que para los engranajes, se debe realizar un rebabado de la pieza. Las prensas de rebaba eliminan el exceso de material de la pieza forjada. Este material sobrante describe un contorno siguiendo la línea de los dos troqueles. El material sobrante se recoge en contenedores para el reciclaje. En este punto del proceso se llevan a cabo operaciones de control mediante detectores magnéticos de grietas con el objetivo de confirmar que la operación de forja es correcta. Además de esta comprobación se hace un análisis dimensional básico de la pieza para comprobar que no existan defectos de llenado, exceso de rebaba o desplazamiento de las matrices. Al finalizar el granallado se efectúa un control visual de todas las piezas. Es posible que exista algún defecto que haya podido el eliminar el proceso de granallado. Estos defectos se rectificarán mediante pequeñas muelas. La zona de expedición y control final comprende las operaciones de ensayo de defectos mediante corrientes inducidas. El ensayo se realiza según el manual de calidad de las piezas. El proceso de fabricación de la planta de forja finaliza en este punto a falta de la expedición. Finalmente, las piezas son empaquetadas en cajas de madera y etiquetas con el distintivo de conformidad. con lo visto del capítulo 11 se puede notar que los engranes son comúnmente fabricados en fundición en comparación el proceso de fundición ofrece tanto ventajas como desventajas en el proceso de formado ya que requieren bastante control de temperatura y formado en la forja más que en el fundido ya que el fundido puede tener más precisión en cualquier tipo de engrane que quiera hacerse.