HISTORIA DE LA FORJA

INTRODUCCION

La forja fue el primer método de trabajo en caliente de la historia dando sus comienzos en 1840, cuando FRANCOIS BOURDON, FRANCOIS CAVE y JAMES NASMYTH pusieron en funcionamiento con éxito martillos pilares hechos a vapor. Esta tecnología se desarrollo ampliamente y se aplico durante todo el siglo XIX. A partir de 1857 evolucionando el forjado en caliente, mediante el desarrollo de martillo ballesta construidos con masas de 25 y 250 KG de peso.

En los inicios del siglo XX se ha generalizado hasta nuestros días el llamado martillo de caída libre que se compone de dos rodillos de fricción accionados por ejes poleas, que atenazan una tabla o correa plana, a la que va unida la maza de forjar. Se consigue la caída atómicamente de la maza al abrirse los rodillos que presionan la citada tabla o correa

Desarrollando también el laminado que es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos. Los rodillos giran, para jalar el material de trabajo y a la vez apretarlo entre ellos. Además de la obvia deformación volumétrica, también se produce deformación en la estructura del material, lo que también indicará si el material se ha endurecido o no. Este proceso requiere equipo pesado llamados molinos laminadores o de laminación.

HISTORIA DE LA FORJA

Como la historia cultural del hombre proviene de la tierra entre el Tigris y el Eufrates, alguna vez llamada Mesopotamia. Los signos más tempranos del trabajo con metales remontan aproximadamente al 4500 A.C. Los habitantes de este valle fértil eran los sumerios. Esta gente, una mezcla de muchos fondos étnicos, fueron los fundadores verdaderos de la metalurgia como la conocemos hoy. El arte de la forja, dar forma al metal usando calor y presión, progresó hasta la edad del oscurantismo (Alta Edad Media); al mismo tiempo que los avances más industriales, científicos y culturales se realizaron. Antes de este tiempo, la posesión de los metales fue considerada como un signo de riqueza. Los Romanos incluso tenían dioses dedicados a la forja, el más notable ser el Vulcano.

Durante la edad del oscurantismo (Alta Edad Media) la producción de armas prosperó. La cultura europea y la industria fueron seriamente retrasadas debido a guerras constantes. Aún la Industria siderúrgica permaneció intacta debido a la necesidad de armas. Uno de los acontecimientos más significativos vino de la combinación del descubrimiento romano de energía hidráulica y la forja de metales. La energía hidráulica fue usada para manejar el fuelle y martillos mecánicos. Este descubrimiento significativo entró en el empleo entre los siglos X y XII D. de C.

James Watt en 1794 y Deveral en 1806, intentaron mediante sendos proyectos, dar solución al forjado en caliente de piezas de forma, pero ambos fueron abandonados; transcurriendo casi medio siglo sin conseguirse soluciones prácticas.

Fue en 1840, cuando François Bourdon, François Cave y James Nasmyth, pusieron en funcionamiento con éxito, martillos pilones accionados a vapor. Esta tecnología, se desarrolló ampliamente y se aplicó durante todo el siglo XIX. A partir de 1875, evoluciona el forjado en caliente, mediante el desarrollo en Estados Unidos de América, de martillos ballesta, construidos con mazas de 25 a 250 Kg de peso. En la misma época alcanzó mucha aceptación el martinete de Bradley.

A partir de principios del siglo XX, se han generalizado hasta nuestros días, el llamado martillo de caída libre, que se compone de dos rodillos de fricción accionados por eje polea, que atenazan una tabla o correa plana, a la que va unida la maza de forjar. Se consigue la caída atómicamente de la maza al abrirse los rodillos que presionan la citada tabla o correa. La invención de siglo XIX del motor de vapor nos trajo al umbral de forja moderna como lo conocemos.

FORJA

El forjado es un proceso de deformación en el cual el material se comprime entre los dados, usando impacto o presión gradual para formar la parte. En la actualidad el forjado es un proceso industrial importante, mediante el cual se hacen una variedad de componentes de alta resistencia para automóviles, vehículos aeroespaciales y otras aplicaciones, la industria del acero y de otros metales básicos usa el forjado para fijar la forma básica de grandes componentes que luego se maquinan para lograr su forma final y dimensiones definitivas.

En el proceso, el metal fluye en la dirección de menor resistencia, así que generalmente ocurrirá un alargamiento lateral al menos que se le contenga. El grupo de metales más importantes lo constituyen el acero y sus aleaciones, ciertos materiales no ferrosos, como el aluminio y sus aleaciones

CLASIFICACIONES DE LA FORJA

Una manera de clasificar las operaciones de forja es mediante la temperatura de trabajo. La mayoría de las operaciones de forja se realizan en caliente (por arriba y por debajo de la temperatura de recristalización), dada la demanda de deformación que el proceso requiere y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal de trabajo, sin embargo, el forjado en frío también es muy común para ciertos productos. La ventaja del forjado en frío es la mayor resistencia que adquiere el material, que resulta del endurecimiento por deformación. En el forjado se aplica la presión por impacto o en forma gradual. La diferencia depende más del tipo de equipo que de las diferencias en la tecnología de los procesos. Una máquina de forjado que aplica cargas de impacto se llama martinete de forja, mientras la que aplica presión gradual se llama prensa de forjado.

Otra diferencia, entre las operaciones de forjado es el grado en que los dados restringen el flujo del metal de trabajo. Atendiendo a esta clasificación, hay tres tipos de operaciones de forjado:

forjado en dado abierto,

forjado en dado impresor

forjado sin rebaba

Forjado en dado abierto.

El caso más simple de forjado consiste en comprimir una parte de sección cilíndrica entre dos dados planos, muy semejante a un ensayo de la compresión. Esta operación de forjado se conoce como recalcado o forjado para recalcar, reduce la altura de material de trabajo e incrementa su diámetro.

FIGURA 3.16 Deformación homogénea de una parte de trabajo cilíndrica bajo condiciones ideales en una operación de forjado en dado abierto: (1) inicio del proceso con la parte de trabajo a su altura y diámetros originales, (2) compresión parcial y (3) tamaño final.

Análisis del Forjado en Dado Abierto.

Si el forjado en dado abierto se lleva a cabo bajo condiciones ideales, sin fricción entre el material de trabajo y la superficie del dado, ocurre una deformación homogénea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura como se representa en la figura 3.16. Bajo condiciones ideales, el esfuerzo real que experimenta el material durante el proceso, se puede determinar por:

 ln (h o/ h) (3.19)

Donde

ho = altura inicial del trabajo, (mm); y

h = altura de un punto intermedio en el proceso (mm)

Al final de la carrera de compresión, h = hf (su valor final) y el esfuerzo real alcanza su máximo valor.

Se puede estimar la fuerza para ejecutar el recalcado. 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:

F = Yf A (3.20)

Donde

F = fuerza, (N);

A = área de la sección transversal de la parte, (mm2);

Yf = esfuerzo de fluencia correspondiente al esfuerzo dado por la ecuación 3.19, (MPa).

El área A se incrementa continuamente al reducirse la altura h durante la operación. El esfuerzo de fluencia Yf se incrementa también como resultado del endurecimiento por trabajo, excepto cuando el metal es perfectamente plástico (trabajo en caliente). En este caso, el exponente de endurecimiento por deformación n = 0, y el esfuerzo de fluencia Yf iguala al esfuerzo de fluencia del metal Y. La fuerza alcanza un valor máximo al final de la carrera de forjado, donde el área y el esfuerzo de fluencia llegan a su valor más alto.

Una operación real de recalcado no ocurre exactamente como se muestra en la figura 3.16, debido a que la fricción en la superficie de los dados se opone al flujo de metal. Esto crea un efecto de abultamiento en forma de barril, llamado abarrilamiento, que se muestra en la figura 3.17. Cuando se realiza un trabajo en caliente con dados fríos, el abarrilamiento es más pronunciado. Esto se debe a:

1) Un coeficiente de fricción más alto, típico del trabajo en caliente

2) la transferencia de calor en la superficie del dado y sus cercanías, lo cual enfría el metal y aumenta su resistencia a la deformación. El metal más caliente se encuentra en medio de la parte y fluye más fácilmente que el metal más frío de los extremos. El efecto se acentúa al aumentar la relación entre el diámetro y la altura de la parte, debido a la mayor área de contacto en la interfase dado - material de trabajo.

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