exposicion de forjado

PRESENTADO POR:

JOHAN Calderón DíazGONZALO MENDOZA TACO

JORGE HUAMANI CHUQUIPALLA

FORJADO

RESEÑA HistóricaEl forjado se remonta alrededor del año 5000

a.C., en el antiguo Egipto, Grecia, Persia, China, Japón, entre otros; para hacer armas, herramientas agrícolas, joyas, etc.

En la antigua Creta se usaban placas de piedra labrada como dados de impresión en el martillado del oro y la plata, alrededor de 1 600 a.C.

Esto evolucionó hacia la fabricación de monedas por proceso similar hacia el año 800 a.C.

En Roma se usaron dados de impresión mas complicados hacia el año 200 d.C.

La herrería permaneció sin cambios hasta la introducción del martinete de forja con pistón guiado a finales del siglo xviii. Este desarrollo traería la forja hacia la era industrial.

INDICE

I. Presentación DEL PROBLEMA de estudio

II. Definición DE FORJADO

III.TIPOS DE FORJADO

IV.OPERACIONES RELACIONADAS CON EL FORJADO

V. DADOS DE FORJADO

VI.Máquinas DE FORJADO

VII.FORJABILIDAD

VIII.Economía del forjado

IX.CONCLUSIONES

X. Bibliografía

i. Presentación DEL PROBLEMA

1. Definición DEL PROBLEMA

2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO

3. Formulación DE Hipótesis

4. LIMITACIONES DEL ESTUDIO

1. Definición DEL PROBLEMA

El escaso conocimiento de los alumnos del ix semestre de ingeniería metalúrgica, acerca de los principales procesos de manufactura de conformado de metales.

I. PRESENTACIÓN DEL PROBLEMA

1. Definición del problema

2. Objetivos del estudio

3. Formulación de hipótesis

4. Limitaciones del estudio

2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO

OBJETIVO PRINCIPAL:

Aprender y comprender el significado más básico y amplio del proceso de forjado.

OBJETIVO SECUNDARIO:

Aprender, analizar y aplicar los diferentes tipos de procesos de forjado y operaciones relacionadas.






3. Formulación DE Hipótesis

Realización de trabajos grupales de investigación acerca de los principales procesos de manufactura de conformado de metales y su posterior exposición en clase.

La formulación de proyectos para implementación de laboratorios de conformado de metales en nuestra universidad, para poder desarrollar la parte práctica.






El poco conocimiento teórico-práctico, previo que se tiene de los principales procesos de manufactura de conformado de metales.

La escasa o nula existencia de esta industria tan importante en nuestro país, en especial nuestra región, así como de plantas industriales, talleres, etc.

La falta de implementación de laboratorios y pequeños talleres en nuestra universidad.

4. LIMITACIONES DEL ESTUDIO






El forjado es un proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados, matrices y herramientas, usando impacto o presión gradual para formar la pieza que se desea obtener.

iI. DEFINICION DE FORJADO

http://es.wikipedia.org/wiki/Forjado

ESQUEMA DEL FORJADO

A. SEGÚN LA TEMPERATURA DE TRABAJO:

1. FORJADO EN CALIENTE

2. FORJADO EN FRÍO

B. SEGÚN EL GRADO QUE LOS DADOS RESTRINGEN EL METAL:

1. FORJADO CON DADO ABIERTO

2. FORJADO CON DADO CERRADO O IMPRESOR

3. FORJADO SIN REBABA

4. FORJADO ROTARIO

iII. TIPOS DE FORJADO

Rangos de temperatura homologa para varios procesos

1.FORJADO EN CALIENTEDeformación se efectúa por encima de temperatura de recristalización.

La mayoría de operaciones de forjado se realiza en caliente.Requiere menores fuerzas, acabado superf. y precisión dimens. no tan buenos.

Se reduce la resistencia e incrementa la ductilidad del metal.

El trabajo en tibio se realiza a temperaturas intermedias.

2. FORJADO EN FRIODeformación plástica normal, no necesariamente a temperatura ambiente.

Requiere mayores fuerzas, alta resistencia y ductilidad a temp. ambiente.

El material resulta con resistencia más elevada, y con menor ductilidad.

Piezas tienen buen acabado superficial y precisión dimensional

Sus efectos se pueden invertir, mediante el recocido del metal.

a. según la temperatura de trabajo

Tres tipos de forja ilustrados por diagramas de sección transversal: a) forjado en dado abierto, b) forjado con dado impresor y c) forjado sin rebaba

Esquema del proceso rotario

a)Forjado rotario de tubos sin mandril, b) con mandril y c)Secciones transversales

B. según COMO los dados restringen el metal


A. SEGÚN LA TEMPERATURA DE TRABAJO

1. Forjado en caliente

2. Forjado en frío

B. SEGÚN COMO LOS DADOS RESTRINGUEN EL METAL

1. Forjado con dado abierto

Con dados convexos

Con dados cóncavos

Por secciones

Fuerza de forjado

Ventajas y desventajas

2. Forjado con dado cerrado o impresor

Por precisión

Fuerza de forjado


3. Forjado sin rebaba

Acuñación


4. Forjado rotatorio


Deformación homogénea de una parte de trabajo cilíndrica bajo condiciones ideales de una operación de forjado con dado abierto: 1) inicio del trabajo altura y diámetro inicial, 2) compresión parcial y 3) tamaño final

Deformación cilíndrica real de una parte de trabajo en forjado en dado abierto mostrando un abarrilamiento pronunciado: 1)

inicio del proceso, 2) deformación parcial y 3) forma final.

1. forjado con dado abierto

Varias operaciones de forjado con dado abierto: a) con dados convexos, b) con dados cóncavos y c) por

secciones

operaciones con dado abierto




2. Forjado en frío


1. Forjado con dado abierto Con dados convexos Con dados cóncavos Por secciones Fuerza de forjado Ventajas y desventajas


Por precisión Fuerza de forjado Ventajas y desventajas

3. Forjado sin rebaba Acuñación Ventajas y desventajas

4. Forjado rotatorio Ventajas y desventajas

Esfuerzo real en condiciones ideales: (1)

La fuerza F para ejecutar el forjado de la pieza será: (2)

Donde:

F: Fuerza de forjado

Yf: Esfuerzo de fluencia correspondiente al esfuerzo ε

A: Área de la sección transversal de la pieza

Pero como en la práctica no existen condiciones ideales, podemos aplicar un factor de forma a la ecuación (2) para aproximar los efectos de la fricción y la relación entre el diámetro y la altura, así tendríamos:

(3)

F, Yf, A tienen las mismas dimensiones que la ecuación (2), Kf es la forma del forjado, definido como:

(4)

Donde:

µ: coeficiente de fricción

D: Diámetro de la parte de trabajo o superficie de contacto

h: altura de la pieza

Otro autor define la fuerza de forjado F en una operación de forjado con dado abierto sobre una pieza sólida cilíndrica, con la siguiente fórmula:

(5)

fuerza de forjado




2. Forjado en frío







Ventajas:Sencillez de sus dados que hacen el proceso

bastante económico.Útil para un número pequeño de piezas a

realizar.Amplia gama de tamaños disponibles.Altos valores de resistencia.

Desventajas:Limitación en la forma del dado a la hora de

crear piezas complejas.Necesidad de obtener la forma final

mediante maquinado.Poca capacidad de producción.Mala utilización del material a procesar.Destreza para llevar a cabo el proceso

correctamente.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS




2. Forjado en frío







Secuencia en el dado impresor: 1) antes del contacto inicial con la pieza de trabajo en bruto, 2)

compresión parcial y 3) cerradura final de los dados, ocasionando la formación de rebaba entre las placas

del dado.

2. forjado con dado CERRADO




2. Forjado en frío







Secciones transversales de a) Forjado convencional, b)Forjado de precisión. En ambos casos tienen que

recortarse la rebaba

POR PRECISION




2. Forjado en frío







La fuera F de forjado necesaria en una operación de estampado se puede calcular con la fórmula:

(6)

La formula es la misma que la de la ecuación (3), pero la interpretación es ligeramente diferente:

Donde:

F: Fuerza de operación

A: Área proyectada de la pieza, incluyendo la rebaba

Yf: Esfuerzo de fluencia del material

Kf: Factor de la forma de forjado

Valores típicos de Kf para varias formas de la parte en forjado con dado impresor y en dado cerrado.

fuerza de forjado




2. Forjado en frío







Ventajas:

Buena utilización del material a procesar.

Piezas con mejores propiedades mecánicas que las obtenidas con dado abierto.

Buena precisión dimensional.

Gran capacidad de producción y reproductibilidad.

Desventajas:

Gran coste de los dados para bajo número de piezas a producir.

Necesidad del maquinado para la obtención del producto final.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS




2. Forjado en frío







Forjado sin rebaba: 1) Inmediatamente antes del contacto inicial con la pieza de trabajo, 2) Compresión parcial y 3) Final de la carrera del punzón y cierre de

lado

3. forjado sin rebaba




2. Forjado en frío







Esquema del proceso de acuñación. Las primeras monedas se hicieron con dado abierto y carecían de

detalle fino. 1) Inicio de l proceso, 2) Tiempo de compresión y 3) Remoción de la parte.

ACUÑACION




2. Forjado en frío







4. forjado rotario




2. Forjado en frío







1.RECALCADO Y ENCABEZADO

2.ESTAMPADO CON FORJA Y FORJA RADIAL

3.FORJADO CON RODILLOS

4.FORJADO ORBITAL

5.PUNZONADO

6.FORJADO ISOTERMICO EN DADO CALIENTE

7.RECORTADO

iV. Operaciones relacionadas con el FORJADO

IV.OPERACIONES RELACIONADAS AL FORJADO

1.Recalcado y encabezado

2.Estampado con forja y forja radial

3.Forjado con rodillos

4.Forjado orbital

5.Punzonado

6.Forjado isotérmico en dado caliente

7.Recortado

Operación de recalcado para formar la cabeza de un perno u otro similar: 1) El alambre se calienta al tope,

2) Los dados mordazas se cierran apretando el material y el tope se retira, 3) el punzón avanza y 4)

Toca fonda para formar la cabeza.

1. recalcado y encabezado

Proceso de estampado para reducir material de una barra solida, los dados giran al martillar el trabajo. En

el forjado radial el material gira mientras los dados permanecen en posición fija martilleando el trabajo.

2. estampado con forja y forja radial





4.Forjado orbital

5.Punzonado


7.Recortado

Forjado con rodillos

3. forjado con rodillos





4.Forjado orbital

5.Punzonado


7.Recortado

Forjado orbital. Al final de cada ciclo de deformación, el dado inferior se eleva para expulsar

la parte

4. forjado orbital





4.Forjado orbital

5.Punzonado


7.Recortado

Punzonado: 1) Antes de la deformación y 2) Al completarse el proceso. Nótese que el material en exceso formado por la penetración de la fresa debe

moverse por maquinado.

5. punzonado





4.Forjado orbital

5.Punzonado


7.Recortado

Es un término que se aplica a operaciones de forjado caliente donde la parte de trabajo se mantiene a temperaturas cercanas a su temperatura elevada inicial durante la deformación, a través de los datos.

Si se evita que la pieza de trabajo se enfrié al contacto con la superficie frio de los dados, como se hace en el forjado convencional, el metal fluye mas rápidamente y la fuerza requerida para desempeñar el proceso se reduce.

Es más costoso que el forjado convencional y se reserva para metales difíciles de forjar, como el titanio y las superaleciones, y para partes complejas.

El proceso se lleva a cabo algunas veces al vacío para evitar la oxidación rápida del metal.

6. forjado isotérmico en dado caliente





4.Forjado orbital

5.Punzonado


7.Recortado

Recorte con cizalla para retirar la rebaba

7. recortado





4.Forjado orbital

5.Punzonado


7.Recortado

1.DISEÑO DEL DADO DE FORJADO

2.MATERIALES Y LUBRICACION DE LOS DADOS

3.METODOS DE PREPARACION DE LOS DADOS

4.FALLAS EN LOS DADOS

V. Dados DE FORJADO

Conocer ductilidad, resistencia, sensibilidad a la temperatura, velocidad de deformación, características de fricción, forma y complejidad del material; y distorsión de los dados.

Aspecto importante: material fluye en dirección con menor resistencia.

Realizar los cálculos de la sección transversal de la superficie.

Diseñar mediante computadoras, deducir la pauta del flujo del material en la cavidad del dado y la formación de defectos.

La línea de partición suele estar situada en la sección transversal máxima de la pieza.

Canal de rebaba, si existe rebaba adicional no aumente de forma innecesaria la fuerza de forjado.

Los ángulos internos varían de 7 a 10º y externos de 3 a 5º.Escoger los radios de transición adecuados en las esquinas

y los biseles.Los dados se pueden ensamblar mediante insertos en lugar

de hacerse de una sola pieza.Se deben prever tolerancias en el diseño de los dados.

V.DADOS DE FORJADO

1.Diseño del dado de forjado

2.Materiales y lubricación de los dados

Materiales

Lubricación

3.Métodos de preparación de los dados

4.Fallas en los dados

1. diseño del dado de forjado

Requerimientos comunes para los materiales del dado son:

* Gran tenacidad y resistencia a altas temperaturas.

* Capacidad de endurecimiento de forma uniforme.

* Resistencia al choque mecánico y térmico.

* Resistencia al desgaste abrasivo, existencia de cascarilla (forja caliente)

Factores:

* composición, propiedades, complejidad, y tamaño de la pieza.

* temperatura y tipo de operación de forjado.

* costo de los materiales del dado.

* cantidad demandada de forjas.

* transferencia de calor desde la pieza caliente a los dados y la posterior distorsión de estos.

Los materiales más comunes utilizados son: aceros de herramienta y para dados que trabajan a altas temperaturas, materiales que contienen cromo, níquel, molibdeno y vanadio.

Los dados se obtienen a partir de bloques, a su vez se forjan a partir de fundición, luego se maquinan y se terminan con la forma y acabado superficial deseados.

V.DADOS DE FORJADO



Materiales

Lubricación



2.1. materiales de los dados

Actúan como barrera térmica entre la pieza caliente y los dados que se encuentran relativamente fríos.

Disminuyen la velocidad de enfriamiento de la pieza, mejorando el flujo del metal.

Impide que la pieza se pegue en los dados.

Para forja en caliente se suele emplear grafito, di-sulfuro de molibdeno, a veces vidrio, el lubricante se suele aplica directamente sobre los dados.

Para forja en frío se usan generalmente aceites minerales y jabones, aplicados después del recubrimiento de conversión de las piezas brutas, se aplica sobre la pieza.

El método de aplicación y la uniformidad del espesor son muy importantes para la calidad del producto forjado.

2.2. LUBRICACION de los dados

V.DADOS DE FORJADO



Materiales

Lubricación



Se utiliza la forja, la fundición, el esmerilado, el maquinado, métodos electroquímicos y eléctricos de estampado de dados, las cavidades de los dados suele ser por punzonado, sea en frío o en caliente.

Se tratan térmicamente, para obtener mayor resistencia al desgaste y dureza; su contorno y acabado superficial se mejoran con rectificado y pulido, con robots industriales programables o a mano.

La elección del método depende de la operación en la que se va a usar el dado, así como de su forma y tamaño. Los costos determinan el proceso a seleccionar.

Dados pequeños, superficie entre 2 cm a 1 m cuadrados, mientras que los grandes tienen superficies desde 1m cuadrado a mayores.

Los procesos utilizados van desde el moldeo en cáscara (dados pequeños) a las fundiciones en arena (dados grandes de gran tamaño).

Se prefieren los aceros fundidos para dados grandes, debido a su resistencia y tenacidad y por la facilidad de controlar su composición, propiedades y tamaño de grano.

Se maquinen a partir de bloque forjado, con procesos como rectificado, torneado, fresado, maquinado electroquímico y eléctrico.

Se utilizan procesos de maquinado en dados pequeños, son más rápidos y económicos, no requieren acabado adicional.

Los aceros para dados se tratan térmicamente para mejorar la dureza, resistencia al desgaste y resistencia en general.

Selección adecuada de temperaturas de tratamiento térmico, los medios, el templado, la práctica de revenido y manejo, importantes.

Después del tratamiento térmico, los dados son sometidos a operaciones de acabado, rectificado, obtener precisión deseada.

El proceso de rectificado puede causar daños en la superficie, sino se controla bien.

V.DADOS DE FORJADO



Materiales

Lubricación



3. Métodos de preparación de los dados

* Estos fallos se deben a una o más causas que se citan a continuación:

a) diseño inadecuado.

b) defecto del material.c) sobrecalentamiento y agrietamiento térmico.d) tratamiento térmico y operaciones de acabado inadecuados.e) sobrepeso.f) desgaste excesivo.g) mal uso y manejo inadecuado.

* El diseño adecuado es muy importante. Los dados deben tener secciones transversales, holguras adecuadas y las esquinas agudas.

* El manejo, ensamble, instalación y alineamiento es importante. La sobrecarga en herramientas y dados puede causar fallos prematuros.

* Los carburos y el diamante, a pesar de su dureza y resistencia a la abrasión, son susceptibles al rebabeo y al alargamiento.

* Los fluidos de trabajo pueden afectar negativamente los materiales del dado y herramientas, disminuyendo su resistencia y tenacidad.

* Los dados se someten a altas temperaturas y a grandes esfuerzos durante el proceso, pueden producir desgaste y cambios de forma.

* pueden sufrir agrietamiento térmico, debido a ciclos térmicos especialmente los dados, se suelen precalentar entre 1500 y 2500 ºC. Los dados desgastados o con grietas pueden ser reparados con soldadura y de depósito de metal, que incluyen los láseres.

* Se pueden diseñar y fabricar dados con injertos remplazables cuando se desgasten o se agrieten.

V.DADOS DE FORJADO



Materiales

Lubricación



4. fallas en los dados

1.PRENSAS

2.MARTINETES

VI. maquinas DE FORJADO

Prensas Hidráulicas:Funcionan a velocidad constante y están limitadas o restringidas por la carga. Se detiene si la carga requerida es mayor a su capacidad. Se transfiere gran cantidad de energía a la pieza, mediante una carga constante durante una carrera, cuya velocidad se puede controlar, tarda mas que otros tipos de maquinas en forjar, la pieza se puede enfriar con rapidez, a menos que se calienten los dados, en comparación con la mecánicas, son mas lentas, implica un costo inicial mayor, pero requiere menos mantenimiento.

Las capacidades de prensado pueden llegar 125 MN para forjado con dado abierto, y hasta 450 MN en EEUU, 640 en Francia, 730 en Rusia para forjado con dado cerrado.

Prensas Mecánicas:Son principalmente de manivela o excéntricas, su velocidad varia desde un máximo al centro de la carrera hasta cero, en el término de la cerrera, por lo que están limitados por la carrera. Sus capacidades van en general desde 2.7 MN hasta 107 MN.

Prensas de Tornillo:Obtienen su energía de un volante, por lo que son de energía limitada, la carga de forjado se transmite por un tornillo vertical y el ariete es para cuando se disipa la energía del volante. Si no se cierran los dados al final del ciclo, se repite la operación hasta que termine el forjado.

Se usan con distintas operaciones de dado abierto y cerrado, se adaptan para pequeñas producciones y piezas de precisión, como por ejemplo alabes de turbina. Sus capacidades van desde 1.4 MN hasta 280 MN.

VI.MAQUINAS DE FORJADO

1.PRENSAS

Prensas Hidráulicas

Prensas Mecánicas

Prensas de Tornillo

2.MARTINETES

Martinete de gravedad

Martinete accionado por energía

Martinete de contragolpe

Máquinas de gran potencia

1. prensas

Esquema de las distintas maquinas forjadoras. a) Prensa hidráulica, b) Prensa mecánica con accionamiento excéntrico, el eje excéntrico

se puede remplazar con un cigüeñal, para producir movimiento vertical del ariete c) Prensa de rotula y d) Martillo de gravedad

esquema de prensas

Martinete de gravedad:En la operación de este martillo, la energía libre que se obtenga del ariete. La energía disponible en el martinete, es el producto del peso del ariete por su altura de caída. Los pesos de pilón van desde 180 kg hasta 4500 kg y las capacidades de energía llegan hasta los 120 kJ.

Martinete accionado por energía:En estas maquinas la carrera del ariete hacia abajo se acelera con vapor, aire o presión hidráulica, a unos 750 kPa. El peso del ariete va desde 225 kg hasta 22500 kg y las capacidades de energía son de 1150 kJ

Martinete de contragolpe:Tiene dos arietes que se acercan entre si, en forma simultanea, en dirección horizontal o vertical para forjar la pieza, esta puede girar entre los golpes, para conformarla bien durante el forjado, trabajan a grandes velocidades y transmiten menos vibraciones a sus cimientos. Sus capacidades llegan a 1200 kJ.

Maquinas de gran potencia:El ariete se acelera mediante un gas inerte a alta presión, y la pieza se forja en un golpe a muy alta velocidad, hay varios problemas relacionados con su funcionamiento y mantenimiento, y con consideraciones de seguridad y de fractura de dados, que han limitado su uso en plantas actuales.

VI.MAQUINAS DE FORJADO

1.PRENSAS

Prensas Hidráulicas

Prensas Mecánicas

Prensas de Tornillo

2.MARTINETES

Martinete de gravedad

Martinete accionado por energía

Martinete de contragolpe

Máquinas de gran potencia

2. martinetes

Detalles de un martinete de caída libre para un forjado con dado impresor

Esquema de un martinete

Capacidad de un material para deformarse sin romperse.

Clasificación de los metales por forjabilidad creciente

VII. forjabilidad

Ejemplos de defectos en piezas forjadas. a) Formación de pliegues por torcimiento del alma durante el forjado, se debería aumentar el espesor del alma para evitar este problema. b) Defectos internos causados por un material cilíndrico muy grande, las cavidades se

llenan en forma prematura, y el material del centro fluye pasando por las regiones llenas a medida que se cierran los dados.

Defectos de materiales forjados

La relación del costo del material al costo total de forjar aumenta con el peso del material forjado; mientras mas costoso sea el material, la relación de su costo entre el costo total será mayor.

El costo de los dados y del forjado en relación con el costo del material es grande, para piezas pequeñas, y, a la inversa, los costos de material con relativamente bajos.

A medida que aumenta el tamaño de la pieza también aumenta la fracción de costo del material respecto al costo total, pero con una rapidez menor. Esto se debe a:

* El aumento paulatino en el costo de los dados es relativamente pequeño.

* La maquinaria y las operaciones que intervienen son casi iguales e independientes del tamaño de la pieza.

* La cantidad de mano de obra por pieza no aumenta tanto.

El costo total de una operación de forjado no influye de una manera importante por el tipo de materiales que se forjan

Los costos de mano de obra son moderados , se ha reducido gracias al control automatizado por computadora.

Aspecto importante costo del forjado de una pieza en comparación con procesos de fundición, pulvimetalurgía, maquinado, u otros.

VIII. Economía del forjado

Costos (costos por pieza) características en el forjado; obsérvese como los costos de preparación y de herramientas por pieza, disminuyen al aumentar la cantidad de piezas forjadas, si todas usan el mismo dado.

Costo unitarios relativos de una biela pequeño fabricada con diversos procesos de forjado y fundición. Nótese que, para grandes cantidades, el forjado es mas económico. La fundición en arena es el proceso mas económico para fabricar menos de unas 20000 piezas.

La forja es una familia de procesos de trabajo del metal, se efectúa una deformación por fuerzas de compresión que aplican a través de dados.

El proceso de forjado se puede hacer a temperatura ambiente, intermedia o caliente (por encima de la temp. de recristalización).

Se pueden producir varios defectos, si no se controla el proceso en forma adecuada, en especial la calidad de la pieza, la forma de la palanquilla y la geometría del dado.

Existen diversas maquinas de forjado, con características y posibilidades, procesos controlados por computadora.

La falla de los dados es de gran impacto económico: diseño, selección de material y métodos de fabricación son de gran importancia.

IX. conclusiones

Kalkakjian, S., y Schmid S.R., Manufactura, Ingeniería y Tecnología, IV Edición, Prentice Hall Inc., México, 2002.

Groover, M.P., Fundamentos de Manufactura: Materiales, Procesos y Sistemas, I Edición, Prentice-Hall Hispanoamérica S.A., México, 1997.

http://es.wikipedia.org/wiki/Forjado_con_dado_abierto_y_con_dado_cerrado.

X. bibliografía

MUCHAS GRACIAS

exposicion de forjado

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