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FORJA
CARACTERISTICAS DEL PROCESO
El forjado es un proceso en el que por medio de fuerzas de compresión sucesivas aplicadas a
través de matrices, dados o herramientas se conforma la pieza. Es uno de los procesos más
antiguos de trabajo con metales, 8000 A.c., se utilizaba para la obtención de monedas,
joyería…martillando el metal con herramientas de piedra.
Se puede realizar la forja de forma tradicional con un marro de mano, o maceta y un yunque.
Sin embargo, la mayor parte de las forjas requieren un conjunto de matrices, prensas o
marinetes. Las operaciones de forjado a diferencia que las operaciones de laminado producen
piezas discretas.
Los productos más típicos que se pueden obtener a través del forjado son: tornillos, remaches,
ejes de turbinas, engranajes, bielas, piezas estructurales para maquinaria, aviones,
ferrocarriles…
Para que las piezas forjadas tengan buena resistencia y tenacidad se puede controlar el flujo
del metal y la estructura del grano, así se pueden usar en aplicaciones donde se requieran
grandes resistencias.
El forjado se puede realizar a temperatura elevada (forjado en caliente) o a temperatura
ambiente (forjado en frío).
En el forjado en caliente se requieren menores esfuerzos pero se obtiene un acabado
superficial y una precisión dimensional no tan buena como en el forjado en frío que aunque
requiere mayores fuerzas por la alta resistencia que ofrece el material se obtienen mejores
resultados de precisión y acabado superficial, también existe el inconveniente que en el forjado
en frío el material de la pieza debe tener ductilidad suficiente a temperatura ambiente.
En general, las piezas que ya han sido forjadas requieren operaciones de acabado, como
tratamiento térmico para modificar sus propiedades, o maquinado para obtener las dimensiones
exactas. Estas operaciones pueden ser reducidas al mínimo con el forjado de precisión así
pues se consigue una reducción del coste de manufacturación para llegar al producto final.
Formulas
Fuerza necesaria para realizar la forja:
F forja=Y f∗K j∗A
donde si se trata de forja con estampa A es el área proyectada de la pieza incluyendo la rebaba
y Kf (factor de forma) se obtiene de tablas. En forja libre A es el área de contacto entre la matriz
y la pieza y Kf se obtiene de:
Kj=1+0.4∗μ∗D
h
Donde es el coeficiente de rozamiento entre el material y la prensa, y D y h son el diámetro
(o longitud de contacto) y la altura de la pieza en el instante calculado.
Cálculo del esfuerzo de fluencia:
Y f =K∗en
Donde K es el coeficiente de resistencia a la fluencia del material y n es el coeficiente de
endurecimiento por acritud.
Cálculo de la deformación:
ε=lnhih j
donde hi es la altura inicial del bruto de partida y hf es la altura final.
Forjado con dado abierto
Este forjado es un proceso muy sencillo, la mayor parte de piezas forjadas con este método
pesan de 15 a 500 Kg, se han forjado piezas hasta de 300 toneladas, como por ejemplo hélices
de barco.
Forjado con dado abierto
Este proceso se puede describir como una pieza sólida colocada entre dos matrices planas o
dados, cuya altura se reduce por compresión. Este proceso también recibe el nombre de
recalcado o forjado con dado plano. Las superficies del dado pueden tener cavidades sencillas
para producir forjados sencillos. En este proceso se mantiene el volumen constante, toda la
reducción de la altura provoca el aumento del diámetro de la pieza forjada.
En las operación reales de forjado con dado plano la pieza no se deforma exactamente de
forma uniforme sino que desarrolla una forma abarrilada llamada “pancaking” debida
principalmente a las fuerzas de rozamiento en la interfaces entre pieza y dado que se opones al
flujo de los materiales hacia fuera, éste fenómeno puede reducirse con el uso de un lubricante
eficaz.
Ventajas y desventajas del forjado con dado abierto
Este proceso de forjado cuenta con una serie de ventajas y desventajas.
-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 maquinaria.
Poca capacidad de producción.
Mala utilización del material a procesar.
Destreza para llevar a cabo el proceso correctamente.
Fuerza de forjado con dado abierto
La fuerza de forjado γ en una operación de forjado con dado abierto sobre una pieza sólida
cilíndrica, se puede calcular con la fórmula:
Y f=K∗en
Forjado con dado impresor o forjado con dado cerrado
El forjado con dado impresor o forjado con matriz de impresión la pieza a fabricar adquiere la
forma de los huecos o cavidades al forjarse entre dos matrices con perfil. Cuando se realiza
esta operación algo de material fluye hacia fuera y forma una rebaba, ésta tiene un papel
importante en el flujo del material en el estampado ya que es delgada, se enfría rápidamente y
al ejercer una resistencia gracias a la fricción que existe entre la rebaba y la matriz, somete a
grandes presiones al material en la cavidad de la matriz causando así el rellenado de la
cavidad.
Forjado con dado cerrado
Las piezas a forjar pueden ser preparadas previamente con otras operaciones como:
a) Corte o recorte de una barra estirada o extraída.
b) Operaciones de pre conformado, como por ejemplo la metalurgia en polvos.
c) Fundido. Una pieza bruta preformada en un forjado anterior. La pieza en estado bruto se
coloca en el dado inferior y al empezar a descender el dado superior la forma de la pieza
cambia de forma progresiva.
Los procesos de preformado, como el forjado con dados convexos y cóncavos, se utilizan para
distribuir el material en las diferentes zonas de la pieza bruta, parecido a cómo se conforma la
masa para hacer bizcochos.
En el forjado con dado cóncavo, el material de la pieza se aleja de una región. En el forjado con
dado convexo se junta en una región localizada. Seguidamente a la pieza se le da la forma
aproximada de la forma final con un proceso llamado bloqueo utilizando dados bloqueadores.
Finalmente es el acabado del proceso de forja en matrices de estampado en el que la pieza
obtiene su geometría final. La rebaba se elimina normalmente mediante troquelado.
Ventajas y desventajas del forjado con dado cerrado
Este proceso de forjado cuenta con una serie de ventajas y desventajas.
-Ventajas:
Buena utilización del material a procesar.
Obtención de piezas con mejores propiedades mecánicas que las obtenidas en forja 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.
Fuerza de forjado con dado cerrado
La fuera γ de forjado necesaria en una operación de estampado se puede calcular con la
fórmula:
γ=K∗Yf∗A
Donde K es un factor multiplicativo. Para formas sencillas sin rebaba el valor de K puede ir
desde 3 hasta 5, y con rebaba desde 5 hasta 8, para formas complejas con rebaba el valor
puede ir desde 8 hasta 12. Yf es el esfuerzo de flujo del material a la temperatura de forjado, y
A es el área proyectada incluida también la rebaba.
En operaciones de forjado en caliente la presión necesaria para la mayoría de los metales va
de valores de 550 MPa a 1000 MPa.
formas valor K
formas sencillas, sin rebaba 3-5
formas sencillas, con rebaba 5-8
formas complejas, con rebaba 8-12
Forja libre
Es el tipo de forja industrial más antiguo y se caracteriza porque la deformación del metal no
está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para fabricar piezas únicas o pequeños
lotes de piezas, donde normalmente éstas son de gran tamaño. Además este tipo de forja sirve
como preparación de las preformas a utilizar en forjas por estampa.
Forja con estampa
Antes y después de aplicar el proceso de forja con estampa
Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una
cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que
avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el material se va deformando y
adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría deseada.
Forjado isotérmico
El forjado isotérmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles es
significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional.
Recalcado
A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este además puede
realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material en una zona
determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra).
Efectos que producen la forja en caliente y el forjado isotérmico
Orientación de la fibra: Las propiedades mecánicas del producto variarán, mejorándolas si
el esfuerzo se aplica en la dirección de la fibra formada por el proceso y empeorándolas si
se aplica en dirección perpendicular.
Afinamiento del grano: Esto se produce a temperaturas superiores a la de re cristalización
pero inferiores a la de equicohesión y la forja se realiza con martillos pilones, de modo
intermitente.
Eliminación de cavidades, poros, sopladuras, etc.: Debido a las enormes presiones a las
que el material es sometido en la operación, éste es compactado y desaparecen las
cavidades, poros, sopladuras, etc. (siempre que las paredes de estos defectos no estén
oxidadas)
CARACTERISTICAS DEL EQUIPO O MAQUINARIA
Incrementa las propiedades del material.
Para altas producciones y bajos costos.
Se reduce el maquinado de acabado.
Pueden formarse materiales con alta dureza/tenacidad.
Tolerancias muy pequeñas.
Producciones muy rápidas.
Metales que se Forjan
Cualquier metal puede ser forjado.
Los más comunes son: Aceros al carbono, aleados,
inoxidables, de alta dureza, aluminio, titanio, cobre y
latón, y aleaciones refractarias que contienen cobalto,
níquel o molibdeno.
Cada aleación tiene diferentes propiedades,
niveles de resistencia y peso, características
específicas, determinadas por el usuario para un
mejor uso.
Consideraciones Generales
Grandes Cargas.
Grandes esfuerzos para deformación.
Altas temperaturas y cargas de impacto.
Largas vidas de servicio del equipo (>20 años).
La Fatiga no es un problema común en las prensas.
Los sistemas CAD han generado avances significativos en las máquinas y en el diseño de herramientas.
Características de la herramienta o utillaje
Herramientas para forja en dados cerrados
A la forja de impresión, comúnmente se
llama “forja en dados cerrados”.
Produce una variedad ilimitada de formas
en 3-D, (desde unos gramos hasta piezas
de más de 25 ton.).
Se usan prensas hidráulicas, mecánicas y
martillos, con capacidades por arriba de
50,000 tons, 20,000 tons y 50,000 lbs.
respectivamente.
Herramientas para forja en dados abiertos
Ejes sólidos con diferentes diámetros, que se incrementan o disminuyen a lo largo de su longitud.
Formas cilíndricas huecas, con longitudes más grandes que el diámetro, con variaciones en el espesor de pared y/o cambios en diámetro exterior o interior.
Piezas en forma de anillos o arandelas unidos a cilindros, con diferentes relaciones de altura/espesor.
Ejes sólidos con diferentes diámetros, que se incrementan o disminuyen a lo largo de su longitud.
Formas cilíndricas huecas, con longitudes más grandes que el diámetro, con variaciones en el espesor de pared y/o cambios en diámetro exterior o interior.
Piezas en forma de anillos o arandelas unidos a cilindros, con diferentes relaciones de altura/espesor.
Caracterización del producto
CARACTERÍSTICAS DE FABRICACIÓN
Herramienta compuesta por:
- Mango y mordaza móvil forjados de una sola pieza en acero normalizado al carbón y
con dentado integrado.
- Dentados endurecidos mediante temple por inducción hasta 55-60 HRC.
- Durezas de cuerpo de mango y cabeza entre 35-45 HRC.
- Ángulo de inclinación entre dentados de mordaza móvil y mango de 10º para una
correcta sujeción del tubo.
- Cajetilla de chapa de acero unida al mango por pasador y refuerzo de soldura lateral
- Roldana moleteada de acero y dureza entre 32-48 HRC.
- Roscado interior adaptado a la rosca de la mordaza móvil.
- Muelle de retención para suavizar el movimiento de la mordaza móvil.
- Acabado superficial en pavonado para la mordaza móvil.
- En pintura epoxi color rojo para el resto de piezas y barniz antioxidante en partes
no pintadas.
UTILIDAD Y MODO DE EMPLEO
- Herramienta de maniobra para tubos enfocada a la fontanería y sector industrial
- No se deben utilizar prolongaciones sobre el mango con el objetivo de sobrecargar la
capacidad de la llave
- De la misma manera no se debe golpear la herramienta con martillo, etc.
- El trabajo debe realizarse por torsión y nunca empujando la herramienta.
- La llave stillson debe asentarse en la cabeza de la tuerca formando un Angulo recto
con el eje de este ultimo.
- No se debe utilizar la llave para golpear otros objetos.
- Se recomienda tener cuidado con los nudillos evitando que golpeen contra objetos al
realizar trabajos.
PARTES DE LA LLAVE STILLSON
1. Cajetilla
2. Roldana
3. Muelle
4. Mango
5. Pasador
6. Mordaza móvil
Cómo funciona una llave Stillson
Esta herramienta es muy sencilla y fácil de emplear. Basta girar el anillo roscado y el
engranaje, con uno de los soportes de apriete, se cierra o abre dando el diámetro deseado para
el ajuste. La mayoría de estas llaves poseen dos muelles, que son como suspensiones, los
cuales sirven para que al ajustar la boca se apriete.
Además, tiene la particularidad de variar la apertura de sus quijadas en función del tamaño de
la tuerca o tornillo. Los dientes tienen la forma de un tornillo de banco, el mismo que es capaz
de poder sujetar firmemente, sin resbalar, piezas como cañerías lisas, tuercas, tornillos
desgastados o rodados.
En qué lugares es utilizada
La llave Stillson es hogareña porque generalmente no falta una en casa. Ésta es comúnmente
usada para ajustar o aflojar tornillos y tuercas de diferentes mobiliarios que tenemos en el
hogar. También es una herramienta primordial para los plomeros que la utilizan para ajustar o
aflojar las cañerías.
La llave Stillson o de grifa también es empleada en las fábricas o industrias pues posee
diferentes medidas para poder adaptarse a todo tipo y tamaños de tuercas, tubos o tornillos.
Qué tamaños tienen las llaves Stillson
Los tamaños o medidas de las llaves Stillson son muy variadas. Las que se usan en el hogar
generalmente son de 8, 10, 12 y 14 pulgadas. Las de mayor tamaño como las de 18, 24, 36, 48
y 60 pulgadas que son para uso industrial, o para realizar trabajos más pesados y de grandes
dimensiones.
Recomendaciones:
En caso de usar la llave Stillson en tubos cromados, como los caños o duchas, es
recomendable poner un paño entre la llave y el tubo. De tal manera, éste no se marcará o se
dañará con los dientes ubicados en la apertura de las quijadas de la herramienta. También se
puede utilizar papel España o similar.
Luego de utilizar, es importante limpiar la herramienta y se puede colocar algún aceite
lubricante y protector en el engranaje.
Una recomendación especial: no debe faltar una llave Stillson en su hogar.
normativas
Las herramientas están sometidas a análisis y ensayos específicos llevados a
condiciones extremas con el objeto de asegurar el óptimo funcionamiento en
condiciones normales de trabajo
referencia Longitud
(pulgadas)
∅ tubo
(pulgadas)
Peso
(gr.)
código
61486 10” 1” 550 596.976
61487 12” 114 ” 770 370.320
61488 14” 112
960 340.357
61489 18” 2” 1.500 370.321
61490 24” 212
2.900 370.322
ficha técnica
I. DESCRIPCION AMPLIADA:
llave para tubo, modelo stillson
II. ESPECIFICACIONES TECNICAS:
- MATERIAL:
* mango y cabeza en acero forjado
* Tratamiento termico suplementario a 54 hrc
localizado en la parte dentada
- ACABADO: rectificado con mango pintado
- CARACTERISTICAS:
* cabeza y mango muy resistentes
* ajuste rapido y de facil manipulacion
* agarre firme sobre los tubos con superficies
uniformes
- DIMENSIONES:
* longitud: 14" (350 mm)
* alcance de agarre maximo: 1 1/2" (44 mm)
- peso: 960 g
Como funciona una llave Stillson
Esta herramienta es muy sencilla y fácil de emplear. Basta girar el anillo roscado y
el engranaje, con uno de los soportes de apriete, se cierra o abre dando el diámetro
deseado para el ajuste. La mayoría de estas llaves poseen dos muelles, que son
como suspensiones, los cuales sirven para que al ajustar la boca se apriete.
Además, tiene la particularidad de variar la apertura de sus quijadas en función del
tamaño de la tuerca o tornillo. Los dientes tienen la forma de un tornillo de banco,
el mismo que es capaz de poder sujetar firmemente, sin resbalar, piezas como
cañerías lisas, tuercas, tornillos desgastados o rodados.
En qué lugares es utilizada
La llave Stillson es hogareña porque generalmente no falta una en casa. Ésta es
comúnmente usada para ajustar o aflojar tornillos y tuercas de diferentes
mobiliarios que tenemos en el hogar. También es una herramienta primordial para
los plomeros que la utilizan para ajustar o aflojar las cañerías.
La llave Stillson o de grifa también es empleada en las fábricas o industrias pues
posee diferentes medidas para poder adaptarse a todo tipo y tamaños de tuercas,
tubos o tornillos.
Recomendaciones:
En caso de usar la llave Stillson en tubos cromados, como los caños o duchas, es
recomendable poner un paño entre la llave y el tubo. De tal manera, éste no se
marcará o se dañará con los dientes ubicados en la apertura de las quijadas de la
herramienta. También se puede utilizar papel España o similar.
Luego de utilizar, es importante limpiar la herramienta y se puede colocar algún
aceite lubricante y protector en el engranaje.
Una recomendación especial: no debe faltar una llave Stillson en su hogar.
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