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Forja en prensas y martillos
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Tema 5: Forja en prensas y martillos 1/12
MÓDULO I: FORJA
TEMA 5: Forja en prensas y martillos
TÉCNICAS AVANZADAS DE MOLDEO Y CONFORMADO
DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA
Universidad del País Vasco – Euskal Herriko Unibertsitatea
Tema 5: Forja en prensas y martillos 2/12
Contenidos
1. Forja en prensas- Tipos de utillajes- Definición de las direcciones de fuga- Efecto de anisotermia- Cálculo de presiones
2. Forja en martillos
Anexo: Simulación por Elementos Finitos de operaciones de forja
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1. Forja en prensas
TIPOS DE UTILLAJES: normalmente se utilizan varias etapas para llegar a la forma final.
- Previas: estampas aplastadoras, estiradoras, rodadoras, dobladoras, laminadoras
- Estampas iniciadoras y preparadoras
- Estampa acabadora
- Rebabado, punzonado y acuñado
- Troquel múltiple: todas las fases en un único troquel.
Tema 5: Forja en prensas y martillos 4/12
1. Forja en prensas
Definición de las direcciones de fuga del material.
- Se elige la sección vertical más difícil de llenar, de la cual se toma el cuarto más complejo (por encima o por debajo del plano de rebaba) para el cálculo de presiones.
- La cavidad más difícil de llenar es la que decide la presión motriz.
Tema 5: Forja en prensas y martillos 5/12
1. Forja en prensas
Efecto de anisotermia:
- El cordón de rebaba y los radios de acuerdo tienden a enfriar antes que el resto de la masa plástica, aumentando su resistencia a la deformación.
- En el caso de los radios de acuerdo este efecto se tiene en cuenta utilizando un radio ficticio, obtenido del cociente entre el radio real y un coeficiente obtenido de la tabla adjunta.
Para el cordón de rebaba se recomienda que 1 ≤ ε ≤ 6 (mm)
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1. Forja en prensas
Cálculo de presiones:
- Es preciso calcular las presiones de llenado de los detalles de la sección. EJEMPLO:
- En primer lugar se calcula la presión P1 de llenado de r1, entrando en las curvas umbrales de plasticidad con:
- A continuación se calcula la presión P2 de llenado de la cavidad de radio de fondo r2, utilizando la siguiente expresión:
donde:- m, es la presión necesaria para el llenado de r2. Se obtiene
entrando en las curvas umbrales de plasticidad con:
- α, es la pérdida de carga en la transmisión de m a las paredes de la cavidad. Se obtiene entrando en las curvas umbrales de plasticidad con:
- Se, Sf, son las secciones de entrada y de fondo de la cavidad
- μ, es el coeficiente de rozamiento viscoplástico, que depende de la temperatura y de los materiales en contacto.
H
DrK 12
0⋅
=
αμα +++⋅⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+⋅−= ⋅⋅ )(ln1)( 24
2 mmK rAe
SfSemP
drK 22 ⋅
=
dhK =2
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1. Forja en prensas
- Am, es el umbral de plasticidad medio al aplastamiento del taco.- rm, es el umbral de plasticidad medio al estirado del taco.
Valores del coeficiente de rozamiento viscoplástico para diferentes materiales y
temperaturas, con troquel de acero y lubricante grafito coloidal disuelto en agua
- Corrección en la presión motriz por la posición de la cavidad
pPP Δ+= 22
Tema 5: Forja en prensas y martillos 8/12
1. Forja en prensas
La presión motriz P para la forja será el mayor de los dos valores calculados (P1, P2):
- La fuerza máxima que realizará la prensa vendrá dada por:
- q se obtiene entrando en las curvas umbrales de plasticidad con:
rebabapieza SqSPF ⋅+⋅=max
λε⋅
=2
Kq
Cálculo de la presión motriz en otras geometrías:
DrK 12
0⋅
=
lhK =2
DrK 12
0⋅
=
lhK =2
DrK 12
0⋅
=
lhK =2l
rK 22 ⋅=
lrK 22 ⋅
=lrK 22 ⋅
=
O bien
''
2 lhK =
'2'2
lrK ⋅
=
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2. Forja en martillos
Los comentarios hechos hasta el momento son aplicables a operaciones con bajas tasas de deformación, lo que puede asociarse a operaciones en prensa en general. El mejor ajuste se obtiene para operaciones en prensa hidráulica, seguida de prensa de biela-manivela, y con peor ajuste para las prensas de husillo.
En el caso de los martillos, las expresiones anteriores no pueden utilizarse. La resolución aproximada se lleva a cabo utilizando recomendaciones experimentales como las que se muestran a continuación.
Se definen los siguientes coeficientes:
media
medio
aeK =
emedio es el cociente entre el volumen total de pieza más rebaba y la superficie total (pieza+rebaba) transversal al golpe.amedia es el cociente entre la superficie de la pieza (transversal al golpe, y sin rebaba) y la longitud de la pieza sin rebaba
ehK ='
h es la altura de fondo de nervios, tetones o cavidades.e es su anchura
Coef. masividad-delgadez
Coef. Simplicidad-complejidad
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2. Forja en martillos
Datos experimentales que relacionan el tipo de pieza (según los anteriores coeficientes) con la velocidad de impacto y con la masa específica unitaria de caída. Con estos datos se consigue acabar la pieza en 4 o 5 golpes de martillo en estampa acabadora
V es la velocidad de impacto en m/s.
m es la masa específica unitaria (kg/cm2), de forma que la masa de caída será:
SmM ⋅=siendo S la superficie transversal al golpe en cm2
Tabla diseñada para piezas con relación longitud/anchura menor o igual a 3. Para valores entre 3 y 7, moverse una columna a la derecha, y para valores superiores a 7, dos
columnas a la derecha
Tabla con datos experimentales que informan sobre el número de golpes necesarios en función del peso de la
pieza y del porcentaje de rebaba
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Anexo: Simulación por EF
ASPECTOS A TENER EN CUENTA PARA LA SIMULACIÓN POR EF UTILIZANDO EL SOFTWARE QFORM:
- Geometría en formato DXF o IGES (preferible el generado por AutoCAD, aunque otros también son posibles).
- No dibujar nada en capas.- Dibujo 2D: solo aristas. - Dibujar solo la mitad de cada estampa (geometría de
revolución) y la mitad del taco.- Sin cotas, ni colores, ni rellenos.- El eje vertical debe coincidir con X=0.- Asegurarse de poner TODOS los radios de acuerdo,
incluyendo el de entrada a la rebaba.- No dejar ninguna arista viva.- Asegurarse de que el contorno está perfectamente
cerrado.- Asegurarse de que no hay elementos duplicados (unos
encima de otros).- No hacer tangencias entre curvas.- No hacer polilíneas.- Dibujar las estampas separadas del taco, es decir, dejar
un espacio de separación entre estampas y taco.
Dibujar solo la mitad del taco y la mita de cada estampa.
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Anexo: Pasos DISEÑO DE ESTAMPAS
Cálculo de salidasCálculo de redondeos de aristas salientesCálculo de redondeos de aristas entrante
Diseño estampa
Selección del ¼ de sección de mayor dificultad de forjaCorrección de redondeos de aristas salientes por anisotermiaCálculo de Presión Motriz más elevada
Presión motriz
Selección λ recomendadoCálculo de εComprobación de las recomendaciones existentes
Diseño cordón
Cálculo de la presión en el cordón de la rebaba Presión cordón
Cálculo Fmax a ejercer por la prensa Fuerza máxima prensa
Cálculo dimensiones del taco de partida Taco de partida
Tolerancias cotas funcionales