FORJA

INGENIERÍA MECATRÓNICA

MATERIA:

PROCESOS DE MANUFACTURA

TEMA:

FORJA

1. INTRODUCCIÓN

La forja denota una familia de procesos de trabajo de metal en los cuales se efectúa una deformación de la pieza mediante fuerzas de compresión que se aplican a través de un conjunto de dados. El forjado es capaz de producir una gran variedad de piezas estructurales con características favorables, como resistencia, tenacidad, precisión dimensional y confiabilidad den el servicio.

El proceso de forja se puede hacer a temperatura ambiente, intermedia o caliente (por encima de la temperatura de re cristalización). Las características de comportamiento del material de la pieza durante la deformación, la fricción, transferencia térmica y flujo del material en la cavidad del dado son consideraciones importantes, así como la selección adecuada de los materiales del dado, los lubricantes, las temperaturas de pieza y de dado, las velocidades y del equipo.

2. OBJETIVO

Conocer y teóricamente y por medio de ejemplos ilustrativos las características, ventajas y desventajas del uso del proceso de Forjado de materiales. Así mismo poner al alcance del grupo, las herramientas necesarias para la identificación del proceso.

3. DESARROLLO

3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Y EL EQUIPO O MAQUINARIA UTILIZADO

Ésta operaciones es usada desde 4000 a.C. y quizá desde 8000 a.C.; se usó para fabricar joyería y monedas, martillando el metal con herramientas de piedra. Se realizan operaciones sencillas de forja con un marro y un yunque, como lo hacen los herreros tradicionalmente. A diferencia de las operaciones de laminado, que genera placas, laminas, soleras o diversos perfiles, las operaciones de forja producen piezas discretas.

En este proceso se puede controlar el flujo de metal y la estructura del grano para que las piezas tengan buena resistencia y tenacidad.

Forjado en frio:

 Se requiere mayor fuerza por la alta resistencia del material.

 El material debe ser suficientemente dúctil a temperatura ambiente.

 Acabado superficial y precisión buenos.

Forjado en caliente:

 Se requiere menor fuerza

 Acabado superficial y precisión no tan buenos

3.2 PARTES DEL EQUIPO O MAQUINARIA UTILIZADO

3.3 DESCRIPCIÓN O ETAPAS DEL PROCESO PARA EFECTUAR LA MANUFACTURA

3.3.1 FORJADO CON DADO ABIERTO

Descripción: una pieza solida colocada entre dos dados o matrices planos, cuya altura produce compresión.

Peso general: 15 a 500 kg (300 toneladas).

Tamaño: piezas muy pequeñas hasta ejes de unos 23 m.

Etapas:

 Deformación de la pieza bajo condiciones ideales (sin fricción): reducción de altura aumento en el diámetro, volumen constante.

 Abarrilamiento: debido a fuerzas de fricción en las interfaces entre dado y pieza. Puede presentarse al aplanar piezas calientes entre dados fríos, esto provoca que la parte central de la pieza se dilata mas en dirección lateral, que en los extremos.

 Desbaste: reducción del espesor de una barra en pasos sucesivos de forjado

Fuerza de forjado: en una operación de forjado con dado abierto sobre una pieza solida cilíndrica, se puede calcular con la formula:

3.3.2 FORJADO CON DADO IMPRESOR Y DADO CERRADO

DADO IMPRESOR:

 La pieza adquiere la forma de las cavidades del dado.

 Forma una rebaba.

DADO CERRADO:

 No se forman rebabas.

 La pieza llena por completo la cavidad del dado.

3.4 ADITAMENTOS O HERRAMIENTAS

Equipo M/s

Prensa hidráulica 0.06 – 0.30

Prensa mecánica 0.06 – 1.50

Prensa de tornillo 0.6 – 1.2

Martillo de caída libre 3.6 – 4.8

Martillo de potencia 3.0 – 9.0

Martillo de doble impacto 4.5 – 9.0

• Prensa mecánica: un embrague acopla al volante con un eje excéntrico. Una biela transforma el movimiento reciproco en movimiento lineal alternativa. 2.7 mn – 107 mn (300-12000 ton).

• Prensa de tornillo: piezas de precisión (álabes de turbina). 1.4 – 280 mn (160 – 31500 ton).

• Martinetes: gran velocidad y bajas velocidades de enfriamiento para formas complicadas, en especial con oquedades profundas y delgadas.

o de gravedad: 180 – 4500 kg energía 90 ft-lb.

o accionado por energía: 750 kpa. Ariete de 225 – 22500 kg y energía de hasta 850000ft-lb.

o contragolpe: menor vibración a cimientos. Hasta 900000 ft-lb.

De acuerdo al proceso de forja se necesitaran herramientas específicas para cada trabajo:

• Dado abierto: simples, baratos, útiles para pequeñas cantidades, amplia variedad de tamaños, buena resistencia. El material no está confinado lateralmente, se hace generalmente entre dados planos permitiendo un amplio rango de formas y tamaños. Si se desea una pieza con excelente integridad estructural y de gran tamaño, lo más apropiado es forja en dado abierto. El tamaño de la pieza solo está limitado por el tamaño del lingote o tocho inicial.

• Dado cerrado: mejor aprovechamiento del material, mejores propiedades que los dados abiertos, buena precisión dimensional, alta velocidad de producción, y buen acabado. Dos o más dados forman la cavidad de impresión de la pieza, que al cerrarse deforman plásticamente al material. El material fluye, restringido por el contorno del dado, y se forman piezas muy complejas y de tolerancias más cerradas que una forja en dados abiertos. Se tiene amplia flexibilidad de formar piezas simétricas y no simétricas, que son posibles por las diversas operaciones de preformado.

• Impresión: bajo costo, alta velocidad de producción. La forja en dados de impresión comprime al metal entre dos dados que contienen una cavidad preformada de la pieza deseada. Las piezas a que pueden manufacturarse van desde unos cuantos gramos hasta decenas de toneladas. Algunas piezas pueden forjarse en frio. Se usan prensas hidráulicas, mecánicas y martillo, con capacidades por arriba de 50,000 tones, 20,000 tones y 50,000 lbs. Respectivamente.

Los dados se hacen de acero para herramienta, forjado y tratado o endurecido. Deben soportar altos impactos. Deben resistir termo fluencia y oxidación. La vida del dado es la llave al éxito del forjado en caliente.

3.5 FAMILIA DE EQUIPOS O DERIVACIONES PARA EL PROCESO

3.6 MANTENIMIENTO DEL EQUIPO O MAQUINARIA

FALLAS EN LOS DADOS

• Causas:

 Tratamiento térmico y operaciones de acabado inadecuados

 Sobrecalentamiento y agrietamiento térmico

 Desgaste excesivo

 Mal uso y manejo inadecuado

 agrietamiento térmico, debido a ciclos térmicos, en especial en la fundición de dados.

• Mantenimiento:

 Precalentar los dados a temperaturas entre 1500 y 2500°C (3000 a 5000°F).

 Los dados agrietados pueden repararse con técnicas de soldadura y de depósito de metal, que incluyen los láseres.

A continuación se presentan algunos ejemplos de mantenimiento:

Martinete de vapor

 Checar que no existan fugas en las válvulas o en el cilindro

 mantener lubricado el pistón del cilindro

 verificar constantemente la presión que hay en el tanque

 si los controles son eléctricos verificar que el calor no dañe los componentes

 verificar que el amortiguador para el pilote este en buen estado

Forjado con rodillos

 Quitar rebabas en los rodillos

 Utilizar refrigerante si es necesario

 Mantener las guías de los rodillos limpias

 revisar el engrase del cabezal y del piñón cada 2000 hrs

Punzanado

 Lubricar el pistón de la prensa

 Checar que el punzón no tenga rebaba o alguna abolladura

 mantener limpia el área de trabajo para evitar contaminación con la pieza a fabricar

 Quitar material excedente del receptáculo

Recortado

 Mantener limpia la herramienta de corte

 Quitar la rebaba acabada la pieza

3.7 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROCESO

Proceso Ventajas Limitaciones

Dado abierto Dados sencillos coco costosos ;útil para pequeñas cantidades; amplia gama de tamaños disponibles; buenas características de resistencia Limitado a formas sencillas; difícil mantener tolerancias estrechas; necesario el maquinado a la forma final; poca capacidad de producción; utilización relativamente mala del material; se requiere mucha destreza.

Dado cerrado Utilización relativamente buena del material; en general mejores propiedades que las forjas con dado abierto; buena precisión dimensional; gran capacidad de producción; buena productibilidad. Gran costo de los dados cuando las cantidades son pequeñas; con frecuencia se necesita maquinado.

Bloqueador Bajos costos de dado; grandes capacidades de producción. Necesario maquinar para llegar a las forma final; son necesarias almas gruesas y biseles grandes.

Tipo convencional Requiere mucho menos maquinado que el bloqueador; grandes capacidades de producción; buena utilización del material Costo de matrices algo mayor que para el tipo con bloqueador.

De precisión Tolerancias cerradas; con frecuencias es innecesario el maquinado; muy buena utilización del material; es factible con almas y bridas muy delgadas Requiere grandes fuerzas, dados intrincados y medios para separar la forjadura de los dados

3.8 EJEMPLOS DE PIEZAS O TRABAJOS QUE SE PUEDEN USAR

• Herramientas de mano

• Partes de automóviles

• Caimanes

• Ferrocarriles

• Industria aeroespacial

• Bielas

• Cigüeñales

• Ejes

• Rejas

• Barandillas

• Cabezas de tornillos, de pernos

• Remaches

• Clavos

4. CONCLUSIÓN

En esta investigación se ha logrado conocer e identificar el proceso de forjado de materiales. Exponer las características y propiedades que podrán beneficiar o perjudicar a la ingeniería, esto para contribuir a la formación académica y el reconocimiento de lo se pueden utilizar, y así, para que llegado el momento se pueda elegir el proceso correcto en algún proyecto desarrollado en un futuro, según la aplicación que tengamos enfrente. Aunque el trabajo solo nos dio una idea teórica o ilustrativa a los procesos de manufactura, nos da una visión general de sus características.

5. BIBLIOGRAFÍA

• Kalpakjian; Schmid. Manufactura, ingeniería y tecnología. 4ta edición. 2002. Editorial Prentice hall

• Introducción a los procesos de Manufactura. http://educommons.anahuac.mx:8080/eduCommons/ingenieria-mecanica-y-electrica/procesos-de-manufactura/introduccion-a-los-procesos-de-manufactura

• Los procesos de manufactura en la ingeniería industrial. www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso2/Temario2_I.html

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