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• Freddy Antonio

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FORJADO DE

METALES

FORJADO

COMPONENTES FORJADOS

a) Esquema de los pasos en el forjado de un cuchillo b) Componentes del tren de aterrizaje del avión C5A y C5B, fabricados por forjado c) Vista general de una prensa hidráulica de 50.000 Ton.

MICROESTRUCTURA DE LOS GRANOS

a) Fabricada por fundición b) Maquinado de una pieza en bruto c) Forjado (produce partes discretas, buena resistencia y tenacidad) . Cada proceso tiene sus propias ventajas y limitaciones respecto de las características externas e internas, propiedades de los materiales, precisión dimensional, acabado superficial y economía de producción.

CARACTERISTICAS DEL FORJADO

FORJADO DE MATRIZ ABIERTA

Fuerza de forjado : F

Yf r 2 1

2 r 3h

a) Tocho cilíndrico sólido recalcado entre dos matrices planas b) Deformación uniforme del tocho sin fricción c) Deformación con fricción ( abarrilamiento del tocho causado por las fuerzas de fricción en las interfaces entre el tocho y la matriz.

OPERACIONES DE MATRIZ ABIERTA

a) Operación de forja de desbaste en una barra rectangular (reducción de espesor acompañada de abarrilamiento) b) Reducción del diámetro de una barra mediante forjado en matriz abierta c) Espesor de un anillo que se reduce mediante forjado de matriz abierta.

FORJADO POR MATRIZ DE IMPRESIÓN Y DE MATRIZ CERRADA

a) a c) Etapas en el formado por matriz de impresión de un tocho sólido (se presenta rebaba, exceso de metal) d) Terminología estándar para diversas características de una matriz de forjado.

INSERTOS DE MATRIZ

Insertos de matriz utilizados en el forjado del alojamiento de un eje automovilístico

FORJADO DE UNA BIELA

a) Etapas de forjado de una biela para un motor de combustión interna. Obsérvese la cantidad de rebaba requerida para asegurar el llenado apropiado de las cavidades de la matriz b) Operaciones de forjado con dado convexo y c) con dado cóncavo para distribuir el material de manera apropiada cuando se da forma previa a la pieza en bruto para forjarla.

FUERZA DE FORJADO CON MATRIZ DE IMPRESIÓN

F

kY f A

RECORTE DE REBABA

Recorte de rebaba de una parte forjada. El material delgado en el centro se elimina mediante troquelado

FORJADO

a) Forjado en matriz cerrada con rebaba b) Forjado de precisión o sin rebaba de un tocho redondo

SECUENCIA EN LAS OPERACIONES DE FORJADO Preparar una pieza de metal, tocho o preforma mediante procesos como cizallado, tronzado. De ser necesario, limpiar las superficies por medios como la limpieza con chorro de granalla Para forjado en caliente, calentar la pieza de trabajo en un horno apropiado y después, de ser necesario, eliminar la cascarilla tras el calentamiento con un cepillo de alambre, chorro de agua, vapor o raspado. La cascarilla también se puede eliminar durante las etapas iniciales del forjado, ya que es quebradiza y se desprende durante la deformación Para forjado en caliente, precalentar y lubricar las matrices; para forjado en frío, lubricar la matriz Forjar el tocho en las matrices apropiadas y en la secuencia adecuada. De ser necesario, eliminar cualquier exceso de material (como las rebabas) por medio de recortado, maquinado o esmerilado Limpiar la forja, verificar sus dimensiones y de ser necesaria) maquinarla hasta obtener las dimensiones finales y las tolerancias especificadas Efectuar operaciones adicionales, como enderezado y tratamiento térmico (para mejorar las propiedades mecánicas). Además, realizar las operaciones de acabado que sean necesarias, como maquinado y rectificado Inspeccionar la forja en caso de cualquier defecto externo e interno La calidad, tolerancias dimensionales y acabado superficial de una forja dependen del buen control de las anteriores operaciones

Tolerancias para el forjado en caliente del acero son menores a +- 6mm; en el forjado de precisión +-0.25mm

OPERACIONES DE FORJADO

(b)

a) Esquema del proceso de acuñado. Las monedas más antiguas se hacían por medio de forjado de matriz abierta y carecían de precisión y detalles de forma b) Ejemplo de operación moderna de acuñado que muestra la pieza de trabajo y las herramientas (acabado superficial superior que se obtiene)

OPERACIONES DE FORJADO

a) Operación de cabeceado para formar cabezas en sujetadores, como clavos y remaches b) Secuencia de operaciones para producir la cabeza de un tornillo común por medio de cabeceado

OPERACIONES DE FORJADO

Tocho redondo penetrado que muestra el patrón de flujo de los granos

PERNO ESCALONADO

Manufactura de un perno escalonado mediante cabeceo y penetrado

FORJADO ROTATORIO

a) Forjado rotatorio b) Formación de perfiles internos en una pieza de trabajo tubular por medio de forjado rotatorio c) Máquina de forjado rotatorio con matriz de cierre que muestra el formado de un eje escalonado d) Partes comunes producidas mediante forjado rotatorio

EXTRUSIÓN DE TUBOS

a) Forjado rotatorio de tubos sin mandril b) Forjado rotatorio con mandril c) Secciones transversales producidas por el forjado rotatorio en mandriles con forma

FORJABILIDAD DE METALES

DEFECTOS EN EL FORJADO

a) Pliegues formados por el pandeo del alma durante el forjado, se debe aumentar el espesor del alma para evitar este problema b) Defectos internos producidos por un tocho sobredimensionado. Las cavidades de la matriz se llenan de manera prematura y el material en el centro fluye más allá de las regiones ya llenas cuando se cierran las matrices

MAQUINAS PARA EL FORJADO

MAQUINAS DE FORJADO

a) Prensa mecánica con accionamiento excéntrico, la flecha excéntrica se puede reemplazar con un cigüeñal para dar movimiento al ariete arriba y abajo b) Prensa de junta articulada c) Prensa de tornillo d) Prensa hidráulica

COSTO POR PIEZA EN FORJADO

Disminución de los costos por pieza relativos al montaje y al herramental al aumentar el número de piezas forjadas si todas las piezas utilizan la misma matriz

Costos unitarios relativos de una pequeña biela fabricada por medio de diferentes procesos de forjado y fundición. Para grandes cantidades, el forjado es más económico. La fundición en arena es el proceso más económico para menos de 20.000 piezas

SOPORTES VERTICALES DE LA SUSPENSIÓN

a) Automóvil b) Diseño original para los soportes verticales de la suspensión, mediante una extrusión de aluminio c) Diseño de reemplazo utilizando una forja de acero d) Diseño optimizado de forja de acero para nuevos modelos de autos

COMPARACIÓN DE DISEÑOS DE SOPORTES DE SUSPENSIÓN

Material ilustrativo tomado de: -Manufacturing, Engineering & Technology, Fifth Edition, by Serope Kalpakjian and Steven R. Schmid. ISBN 0-13-148965-8. © 2006 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.