Forjado (Groover)

Forjado (Groover)

El forjado es un proceso de deformación en el cual se comprime el material entre dos troqueles, usando impacto o presión gradual para formar la pieza. Es la más antigua para formado de metales. Una máquina de forjado que aplica cargas de impacto se llama martinete de forja, mientras que la que aplica presión gradual se llama prensa de forjado.

Una manera de clasificar las diferentes formas de llevar a cabo es mediante la temperatura de trabajo. Puede ser en frío o en caliente. El forjado en frio tiene como ventaja que incrementa la resistencia.

Hay 3 tipos de operaciones de forjado:

1. Forjado en troquel abierto.
2. Forjado en troquel impresor. Las superficies del troquel contienen una forma o impresión que se imparte el material de trabajo durante la compresión, restringiendo de manera significativa el flujo del metal. En este tipo de operación una parte del metal fluye más allá del troquel impresor formando lo que se conoce como rebaba, esto es un exceso de metal que debe de recortarse.
3. Forjado sin rebaba. El troquel restringe completamente el material de trabajo dentro de la cavidad y no se produce rebaba excedente. Se debe de controlar el volumen de la pieza inicial.

Forjado en troquel abierto.

El más simple consiste en comprimir una pieza de sección cilíndrica entre dos troqueles planos, permitiendo que el metal fluya sin ninguna restricción en una dirección lateral respecto a las superficies del troquel. Esta operación, llamada recalcado o forjado para recalcar, reduce la altura del trabajo e incrementa su diámetro.

Si el proceso se lleva a cabo bajo condiciones ideales, ocurre una deformación homogénea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura. Se puede determinar por: , donde ho = altura inicial de trabajo (mm, in) y h = altura de un punto intermedio en el proceso. [pic 1]

Se puede obtener la fuerza requerida para continuar la compresión a una altura dada “h” durante el proceso, multiplicando el área correspondiente de la sección transversal por el esfuerzo de fluencia: , donde F = fuerza (lb, N); A = área de la sección transversal de la pieza (mm2, in2) Yf = esfuerzo de fluencia correspondiente (MPa, lb/in2). El área A se incrementa al reducirse la altura, el esfuerzo de fluencia Yj se incrementa también, como resultado del endurecimiento por trabajo. [pic 2]

Una operación real de recalcado no ocurre exactamente debido a la fricción, creando un efecto de abultamiento en forma de barril, llamado abarrilamiento. Se puede aplicar un factor de forma a la ecuación para aproximar los efectos del cociente D/h y la fricción: , donde Kj = factor de forma de forjado: , μ = coeficiente de fricción, D = diámetro de la pieza de trabajo o cualquier dimensión que represente la longitud de contacto con la superficie de troquel y h = altura de la pieza.[pic 3][pic 4]

Las operaciones del troquel abierto pueden llevarse a cabo con troqueles convexos, cóncavos y por secciones. El forjado de troqueles convexos (fullering) se utiliza para reducir la sección transversal y redistribuir el metal en una pieza de trabajo. Las cavidades se diseñan con frecuencia con múltiples cavidades de impresión, para que la barra inicial pueda formarse toscamente antes del formado final. El forjado con troqueles cóncavos es similar excepto por la superficie de los troqueles. Una operación de forjado por secciones consiste en una secuencia de compresiones forjadas a lo largo de una pieza de trabajo para reducir su sección transversal e incrementar su longitud.

Forjado con troquel impresor

Forjado en troquel cerrado, el troquel tiene la forma inversa de la requerida para la pieza. La pieza inicial se muestra como una pieza cilíndrica, cuando se cierra el troquel y se llega a la posición final el metal fluye más allá de la cavidad del troquel, formando la rebaba entre la abertura de las placas del troquel. La rebaba es de mucha importancia en este proceso porque cuando se empieza a formar en el hueco la fricción se opone a que el metal siga fluyendo hacia la abertura, forzando así a que el metal permanezca en la cavidad. En el forjado en caliente, la restricción del flujo de metal es mayor porque la rebaba se enfría rápidamente incrementando así la resistencia a la deformación.

En ocasiones se necesitan varios pasos de formado en el forjado con este tipo de troquel para poder transformar la forma en blanco inicial en la forma final deseada. Cuando se usa martinete, se puede llegar a requerir varios golpes para cada paso.

Las fuerzas en este proceso son más grandes y más difíciles de analizar debido a la formación de la rebaba y a que las formas son más complejas. Se utiliza la misma ecuación , donde F = fuerza máxima en la operación; A = área proyectada de la pieza, incluida la rebaba; Yf = esfuerzo de fluencia del material; y Kf = factor de forma del forjado. [pic 5]

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