Htas Corte - Seleccin torneado

FORJADO EN CALIENTE DE PIEZASObjetivos

Determinar las variables que intervienen en los procesos de Forja en Caliente Estimar la carga de Forjado y la temperatura ptima para el material Conocer los distintos tiposde martinetes y prensapara forjadoEl forjado es un proceso de deformacin en el cual el material se comprime entre los dados, usando impacto o presin gradual para formar la parte. Es la

operacin ms antigua para formado de metales y se remonta quiz al ao 5000 a.C. En la actualidad el forjado es un proceso industrial importante, mediante el cual se hacen una variedad de componentes de alta resistencia para automviles, vehculos aeroespaciales y otras aplicaciones, la industria del acero y de otros metales bsicos usa el forjado para fijar la forma bsica de grandes componentes que luego se maquinan para lograr su forma final y dimensiones definitivas.

Una manera de clasificar las operaciones de forja es mediante la temperatura de trabajo. La mayora de las operaciones de forja se realizan en caliente (por arriba ypor debajo de la temperatura de recristalizacin), dada la demanda de deformacin que el proceso requiere y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal de trabajo, sin embargo, el forjado en fro tambin es muy comn para ciertos productos. La ventaja del forjado en fro es la mayor resistencia que adquiere el material, que resulta del endurecimiento por deformacin.

En el forjado se aplica la presin por impacto o en forma gradual. La diferencia depende ms del tipo de equipo que de las diferencias en la tecnologa de los procesos. Una mquina de forjado que aplica cargas de impacto se llama martinete de forja, mientras la que aplica presin 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 clasificacin, hay tres tipos de operaciones de forjado: a) forjado en dado abierto, b) forjado en dado impresor y c) forjado con rebaba. (Ver figura abajo).

Ventajas del Proceso de Forja:- Mxima Resistencia mecnica de la pieza forjada- Menor peso del elemento comparado con otra pieza de igual resistencia obtenida por otro proceso de fabricacin- Se obtiene la forma casi definitiva de la pieza- Mnimo exceso de material sobre la superficie a mecanizar, y porconsiguiente menor tiempo para el mecanizado de la pieza- Menor consumo de herramental para el mecanizado de la pieza- Menor costo de produccin por los motivos indicados anteriormente

1) Temperatura de Forjado: La forjabilidad de un material es la capacidad que tiene de sobrellevar una deformacin sin romperse, para ello se realiza un ensayo en el cual se comprime un espcimen slido a distintas temperaturas y se evala si hay agrietamiento en la superficie, de esta prueba se determinan condiciones de temperatura y % de deformacin admisibles. En las tablas de abajo se muestran las temperaturas de forjado recomendadas.

2) Influencia de la velocidad de deformacin: La forjabilidad de un material tambin depende de la velocidad de deformacin como se muestra en las

grficas de abajo.

Vh Velocidad

deformacin

dh dt3) Carga de Forjado: Si el forjado en dado abierto se lleva a cabo bajo condiciones ideales, sin friccin entre el material de trabajo y la superficie del dado, ocurre una deformacin homognea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura como se representa en la figura de abajo. Bajo condiciones ideales, la deformacin real que experimenta el material durante el proceso, se puede determinar por:

ln ho h

Donde: ho es la altura inicial

h es la altura de evaluacin

es la deformacin real

El rea A se incrementa continuamente al reducirse la altura h durante la operacin. El esfuerzo de fluencia Yf se incrementa tambin como resultado del endurecimiento por trabajo, excepto cuando el metal es perfectamente plstico (trabajo en caliente). En este caso, el exponente de endurecimiento por deformacin n = 0, y el esfuerzo de fluencia Yf iguala al esfuerzo de fluencia del metal Y. La fuerza alcanza un valor mximo al final de la carrera de forjado, donde el rea y el esfuerzo de fluencia llegan a su valor ms alto. La carga de forjado se puede estimar como:

F Yf A

Donde:Yf: esfuerzo de fluencia correspondiente a la deformacin

A: rea de la pieza en contacto

F: Carga estimada de forjado

Una operacin real de forjado no es ideal, debido a que la friccin en la superficie de los dados se opone al flujo de metal. Esto crea un efecto de abultamiento en formade barril. Cuando se realiza un trabajo en caliente con dados fros, el abarrilamiento es ms pronunciado. Esto se debe a: 1) un coeficiente de friccin ms alto, tpico del trabajo en caliente y 2) la transferencia de calor en la superficie del dado y sus cercanas, lo cual enfra el metal y aumenta su resistencia a la deformacin. El metal ms caliente se encuentra en medio de la parte y fluye ms fcilmente que el metal ms fro de los extremos. El efecto se acenta al aumentar la relacin entre el dimetro y la altura de la parte, debido a la mayor rea de contacto en la interfase dado - material de trabajo.

Para considerar la friccin y la geometra de la pieza en contacto se agrega un factor de forma (Kf) que toma en cuenta estas variaciones.

F K f

Yf A

K f 1

0.4 DhDonde: : Coeficiente de friccin entre dado y piezaD: Dimetro de la pieza o dimensin que representa longitud de contacto

h: altura de evaluacin de la piezaEl porcentaje de deformacin a que se somete

la pieza se puede determinar como:

Grfica ejemplo del

perfil de

fuerza

%deformacin

ho h 100%hoSi no se conoce la curva de comportamiento del material se puede recurrir a la

siguiente informacin recopilada en tablas:.

Acero con Su = 40 60 Kgf/mm Acero con Su = 40 60 Kgf/mm

Calentado a 1000 1200 C Calentado a 1000 1200 C Forja dinmica en martinete Forja Gradual en prensa

% deformacinYf(Kgf/mm)

[ 0 10 )10 15

( 10 20 )15 20

( 20 40 )20 30

( 40 60 )30 36

Mas de 6036 - 50

La pieza de trabajo inicial se muestra como una parte cilndrica. Al cerrarse el dado y llegar a su posicin final, el metal fluye ms all de la cavidad del dado y forma una rebaba en la pequea abertura entre las placas del dado. Aunque la rebaba se recorta posteriormente, tiene realmente una funcin importante en el forjado por impresin, ya que cuando sta empieza a formarse, la friccin se opone a que el metal siga fluyendo hacia la abertura, y de esta manera fuerza al material de trabajo a permanecer en la cavidad, En el formado en caliente, la restriccin del flujo de metal es mayor debido a que la rebaba delgada se enfra rpidamente contra las placas del dado, incrementando la resistencia a la deformacin. La restriccin del flujo de metal en la abertura hace que las presiones de compresin se incrementen significativamente, forzando al material a llenar los detalles algunas veces intrincados de la cavidad del dado, con esto se obtiene un producto de alta calidad.

Debido a la formacin de rebaba en el forjado con dado impresor y a las formas ms complejas de las partes hechas con estos dados, las fuerzas en este proceso son considerablemente ms grandes y ms difciles de analizar a diferencia del forjado con dado abierto. Con frecuencia se usan frmulas y factores de diseo relativamente simples para estimar las fuerzas en el forjado con dado impresor. La frmula de la fuerza es la misma para el forjado en dado abierto, pero su interpretacin es ligeramente diferente:

F K f

Yf A

Kf: Factor de forma de forjado

A : rea proyectada de la pieza incluyendo rebaba

Forjado en dados por secciones:

Una operacin de forjado por secciones consiste en una secuencia de compresiones forjadas a lo largo de una pieza de trabajo para reducir su seccin transversal e incrementar su longitud.

El forjado con dados convexos es una operacin de forja que se utiliza para reducir la seccin transversal y redistribuir el metal en una parte de trabajo, como preparacin para operaciones posteriores de formado con forja. Se realiza con dados de superficies convexas. Las cavidades del dado para forjado con dados convexos se disean frecuentemente con mltiples cavidades de impresin de manera que la barra inicial puede formarse toscamente antes del formado final.

Forjado con dados cncavos:

El forjado con dados cncavos es similar al anterior, excepto que los dados tienen

superficies cncavas.

Ventaja de las piezas forjadasLas ventajas del forjado sobre el maquinado completo de una pieza son:

- velocidades de produccin mas altas

- conservacin del metal (menos prdida de material)

- mayor resistencia y orientacin mas favorable de los granos de metal.

- Obtencin de formas mas complejas

En la figura de abajo se ilustra una comparacin del flujo granular en el forjado y en el mecanizado de una biela de motor de combustin interna. Abajo a la derecha se muestra la biela ensamblada con el pistn.

Martinetes de Forja: Estos martinetes funcionan aplicando una descarga por impacto contra el material de trabajo. Se usa frecuentemente el trmino martinete de cada libre para designar, estas mquinas, por la forma de liberar la energa de impacto (vase figura inferior)

Los martinetes se usan ms frecuentemente para forjado con dado impresor. La parte superior del dado de forjado se fija al pisn y la parte inferior se fija al yunque. En la operacin, el material de trabajo se coloca en el dado inferior, el pisn se eleva y luego se deja caer sobre la pieza de trabajo. Cuando la parte superior del dado golpea el material de trabajo, la energa del impacto ocasiona que la parte tome la forma de la cavidad del dado. Abajo tres tipos de martinetes.

Prensas de forjado: Las prensas aplican una presin gradual, en lugar de impactos repentinos para realizar las operaciones de forja. Las prensas de forjado incluyen prensas mecnicas, prensas hidrulicas y prensas de tornillo. Las prensas mecnicas tpicas alcanzan fuerzas muy altas en el fondo del recorrido de forjado. Tanto las prensas de tornillo como las hidrulicas operan a velocidades bajas del pisn o ariete y pueden suministrar una fuerza constante a travs de la carrera.

Velocidad de trabajo: Las prensas y martinetes destinados a los procesos de forja brindan velocidades de trabajo distintas lo que permite obtener desde bajos niveles de produccin en el caso de las prensas hasta altos niveles de produccin en los martines, a continuacin se presenta los rangos de velocidad para los distintos tipos de maquinas utilizadas en los procesos de forja.

Tipo de Equipo para ForjaRango de velocidad (m/s)

Prensa Hidrulica0,06 0,30

Prensa Mecnica0,06 1,50

Prensa de Tornillo0,60 1,20

Martinete de Gravedad3,60 4,80

Martinete accionado por energa3,00 9,00

Martinete de forja4,50 9,00

% deformacinYf

(Kgf/mm)

[ 0 10 )

4 6

( 10 20 )

6 12

( 20 40 )

12 22

( 40 60 )

22 28

Mas de 60

28 - 38