PROCESOS MECÁNICOS II

CAPÍTULO IV: Forjado de Metales

Profesor: Dr. Leopoldo Jauriat Moya

Ingeniero Civil Mecánico

Forjado de metales

El forjado es un proceso básico en el que la pieza de trabajo se moldea mediante fuerzas de compresión aplicadas por medio de matrices y herramentales.

Es una de las operaciones más antiguas e importantes en el trabajo de metales, se remonta al año 4000 a.c. y se utilizó por primera vez para realizar joyería, monedas y diversos implementos martillando el metal con herramientas hechas de piedra.

Las operaciones de forjado simple se pueden realizar con un martillo pesado y un yunque, como lo hacen tradicionalmente los herreros. Sin embargo, la mayoría de las forjas requieren una serie de matrices y equipos, como prensa y martillo mecánico.

Por lo general, las partes forjadas se someten a operaciones de acabado adicionales, como el tratamiento térmico, para modificar sus propiedades, y el maquinado, a fin de obtener dimensiones finales exactas y acabado superficial.

Forjado de matriz abierta

Es la operación más simple de forjado. Aunque por lo general la mayoría de las partes forjadas de matriz abierta pesan de 15 a 500 kg, se han forjado piezas con un peso de hasta 300 t. Las partes pueden ser muy pequeñas, como los clavos, pernos o tornillos, o muy grandes como los ejes de los barcos de hasta 23 m de largo.

Forja de desbaste

La forja de desbaste, también conocida como estirado, es una operación de forjado de matriz abierta en la que el espesor de una barra se reduce por medio de pasos sucesivos de forjado (reducciones) a intervalos específicos.

Forjado de matriz de impresión

La pieza de trabajo toma la forma de la cavidad de la matriz mientras se va forjando entre dos matrices con forma. Por lo general este proceso se realiza a temperaturas elevadas para mejorar la ductilidad de los metales y disminuir las fuerzas.Durante la deformación, parte del material fluye hacia el exterior y forma unas rebabas de forja.

Etapas en el formado por matriz de impresión en un sólido

La rebaba desempeña un papel importante en el forjado por matriz de impresión.La temperatura elevada y alta resistencia a la fricción resultante en la rebaba representan una severa restricción al flujo exterior del material en la matriz. Por lo tanto, con base en el principio de que en la deformación plástica los materiales fluyen hacia donde hay menor resistencia, el material empieza a fluir al interior de la cavidad de la matriz, llenándola completamente.

Fuerza de Forjado en matriz abierta

La fuerza de forjado en una operación de forjado de matriz abierta, en una pieza sólida cilíndrica, se puede calcular a partir de la siguiente fórmula:

hr

rYF f 32

12

Yf: es el esfuerzo de flujo del materialμ : es el coeficiente de fricción entre la pieza de trabajo y la matriz r: radio de la piezah: altura de la pieza de trabajo

Fuerza de forjado con matriz de impresión

La fuerza requerida para efectuar una operación de forjado con matriz de impresión se puede calcular a partir de la siguiente ecuación:

AYkF f

Yf: es el esfuerzo de flujo del materialA : área proyectada de la pieza forjada, incluyendo la rebabak: factor multiplicador obtenido de tabla

Forjado en matriz cerrada y forjado de precisión

Diversas operaciones de forjado

Acuñado: se trata de un proceso de forjado en matriz cerrada que por lo general se utiliza en el troquelado de monedas, medallas y joyería.

Cabeceado: también conocido como forjado por recalcado, es basicamente una operación de recalcado que por lo general se efectúa en el extremo de una barra redonda o alambre para aumentar la sección transversal. Los ejemplos típicos son los calvos, las cabezas de tornillos, los pernos, remaches y muchos sujetadores.

Defectos del forjadoLa forjabilidad se define como la capacidad del material para someterse a deformación sin agrietarse.

Además del agrietamiento de la superficie durante el forjado, también se pueden desarrollar defectos debido al patrón de flujo del mineral en la matriz. Por ejemplo si no existe suficiente volumen del material para llenar la cavidad de la matriz, el alma se puede torcer durante el forjado y desarrollar pliegues.

Diseño de matrices; materiales y lubricación

La mayoría de las operaciones de forjado (en especial para partes grandes) se efectúa a temperaturas elevadas. De este modo, los requisitos generales de los materiales para matrices son:

Resistencia y tenacidad a temperaturas elevadasTemplabilidad y capacidad de endurecimiento uniformeResistencia al impacto mecánico y térmicoResistencia al desgaste

Los materiales más comunes son los aceros para herramientas y matrices que contienen cromo, níquel, molibdeno y vanadio.

Lubricación: En el forjado se puede utilizar una gran variedad de fluidos para trabajo de los metales. Los lubricantes influyen en gran medida en la fricción y el desgate. Por consiguiente, afectan las fuerzas requeridas y la manera en que el material fluye en la cavidades de las matrices.Otra función importante del lubricante es actuar como agente separador, que evita que la pieza forjada se adhiera a las matrices y ayuda a extraer la matriz.

Máquinas para forjado

Existe una gran variedad de máquinas para forjado con una gama de capacidades y velocidades (ver tabla)

Principios de funcionamiento de diversas máquinas de forjado

Economía del forjado

El costo del forjado implica diversos factores. Según la complejidad del forjado, los costos de herramientas y matrices van de moderados a elevados.

Debido a que las fallas en las matrices tienen un impacto económico, su diseño, la selección del material y el método de producción son de suma importancia.