Historia de forja Forja, proceso de modelado del hierro y otros
materiales maleables golpendolos o troquelndolos despus de hacerlos
dctiles mediante aplicacin de calor. Las tcnicas de forjado son
tiles para trabajar el metal porque permiten darle la forma deseada
y adems mejoran la estructura del mismo, sobre todo porque refinan
su tamao de grano. El metal forjado es ms fuerte y dctil que el
metal fundido y muestra una mayor resistencia a la fatiga y el
impacto.No se conoce con exactitud la fecha en que se descubri la
tcnica de fundir mineral de hierro para producir un metal
susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro
descubiertos por los arquelogos en Egipto datan del ao 3000 a.C., y
se sabe que antes de esa poca se empleaban adornos de hierro. Los
griegos ya conocan hacia el 1000 a.C. la tcnica, de cierta
complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento
trmico.
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro
se clasificaran en la actualidad como hierro forjado. Para producir
esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbn
vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento
reduca el mineral a una masa esponjosa de hierro metlico llena de
una escoria formada por impurezas metlicas y cenizas de carbn
vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permaneca
incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la
escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en
esas condiciones sola contener un 3% de partculas de escoria y un
0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta tcnica de fabricacin
produca accidentalmente autntico acero en lugar de hierro forjado.
Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando
hierro forjado y carbn vegetal en recipientes de arcilla durante
varios das, con lo que el hierro absorba suficiente carbono para
convertirse en acero autntico.
Despus del siglo XIV se aument el tamao de los hornos utilizados
para la fundicin y se increment el tiro para forzar el paso de los
gases de combustin por la carga o mezcla de materias primas. En
estos hornos de mayor tamao el mineral de hierro de la parte
superior del horno se reduca a hierro metlico y a continuacin
absorba ms carbono como resultado de los gases que lo atravesaban.
El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleacin que
funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El
arrabio se refinaba despus para fabricar acero.
La produccin moderna de acero emplea altos hornos que son
modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de
refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor
britnico Henry Bessemer, que en 1855 desarroll el horno o
convertidor que lleva su nombre.Forja manualLa forja manual es la
forma ms sencilla de forjado y es uno de los primeros mtodos con
que se trabaj el metal. Primero, el metal se calienta al rojo vivo
en el fuego de una fragua, y despus se golpea sobre un yunque para
darle forma con grandes martillos denominados machos de fragua. sta
es un hogar abierto construido con una sustancia refractaria y
duradera, como ladrillo refractario, y dotado de una serie de
aberturas por las que se fuerza el aire mediante un fuelle o un
ventilador. En la fragua se emplean como combustible diversos tipos
de carbn, entre ellos coque o carbn vegetal. El herrero adems de
martillos, emplea otras herramientas en las diferentes operaciones
de forja.
En general existen seis tipos bsicos de forjado: el engrosado,
que consiste en reducir la longitud del metal y aumentar su
dimetro; la compresin para reducir el dimetro del metal; el
doblado; la soldadura, o unin de dos piezas de metal por semi
fusin; el perforado, o formacin de pequeas aberturas en el metal, y
el recortado o realizacin de grandes agujeros.
Para engrosar una pieza de metal se golpea a lo largo de la
dimensin ms larga (por ejemplo, el extremo de una barra o varilla),
lo que acorta y comprime la pieza. La compresin se logra golpeando
el trozo de metal mientras se sujeta sobre el yunque con alguna de
las diversas herramientas cncavas llamadas estampas de forja. El
doblado se consigue golpeando la pieza alrededor de un molde o
haciendo palanca con la pieza en un punto de apoyo. Para soldar
hierro en la fragua, se aplica en primer lugar un fundente como el
brax al metal calentado, para eliminar cualquier posible xido en
las superficies de las piezas, y despus se juntan stas golpeando
una contra otra a altas temperaturas; si est bien hecha, una junta
soldada de este tipo es homognea y tan resistente como el metal
original. Para taladrar agujeros pequeos se apoya el trozo de metal
en una pieza anular situada encima del yunque y se atraviesa con un
punzn a golpes de martillo. Para recortar agujeros mayores o trozos
de metal se emplean cinceles pesados y afilados, similares a los
cortafros utilizados para cortar metal en fro. La combinacin de
varias operaciones puede producir piezas forjadas de una gran
variedad de formas.
INTRODUCCIN DE LA FORJA Y SUS TIPOS DE PROCESOLa forja es un
mtodo para formar una pieza de metal tpicamente a temperatura
elevada por medio de martillo, prensa o laminado entre dos
herramientas.La forja comienza con una forma simple empieza como un
tocho, lingote o una barra.Los metales a forjar incluyen los
siguientes metales que son acero, aluminio, titanio, base cobre y
base niquel.Cules son los beneficios de la forja:Estructura
metalrgica. Flujo de granos sique el contorno de la parte forjada
El flujo de grano mejora las propiedades de fatiga y fracturas del
metal Propiedades direccionales Forjado, placa y fundicinEconoma.
Desempeo Costo del ciclo de vida Costo del mecanizado Costo de
herramental Tiempo de entrega Opcin de material virtualmente
limitadoConsolidacin. Sanado / cerrado de la porosidad y huecos lo
que da ms ductilidad y tenacidad mientras se mantiene la
resistencia Los metales que son fundidos en lingotes o planchones
tpicamente contienen poros asociados con gas atrapado y la
contraccin por solidificacinHomogenizacin. Reduce la segregacin de
elementos de aleacin Refina la estructura de granoQu se puede
lograr con la forja?Geometra (forma, tamao, complejidad
geomtrica).Tolerancias, integridad superficial y condiciones para
satisfacer los requerimientos funcionales.Propiedades y calidad del
producto.Tasa de produccin y costo.Factores ambientales
(contaminacin, seguridad, energa y consumo de material).Laminado de
anillosQu es el laminado de anillos? Un proceso sin costura con
propiedades de forjaPorque usar un anillo laminado? Flujo de grano
contino Algunas superficies se pueden dejar tal y como se forja El
laminado de anillos es eficiente en cuanto al uso de material,
utilizando hasta el 95% del tocho de inicio Reduce el tiempo de
reparacin de la forja El costo de herramental no rs muy importante
Deformacin de una preforma calentada para crear un anillo sin
costura con propiedades de forja Los dimetros pueden ser de unas
cuentas pulgadas hasta > 8 m La cara de la altura puede exceder
1.2 m La seccin transversal de los anillos pueden ser perfilados
Los pesos pueden ser hasta de 22 toneladas mtricasDiferentes
procesos de forja.Forja en frio a temperatura ambiente.Forja en
tibio debajo o cerca de la temperatura de recristalizacion (1800 F
1700 F (480 930 C) para aceros).Forja caliente arriba de la
temperatura de recristalizacion (1800 F 2200 F (980 1200 C) para
aceros, 800F para Al, 650 760C para Cu).Forja en frio: el trabajo
en frio debe hacerse a temperaturas abajo del rango de re
cristalizacin y frecuentemente en realizado a temperaturas
ambiente. Debido a la alta resistencia del material, el forjado en
frio requiere de fuerza de mayor potencia, y el material de la
pieza de trabajo debe tener suficiente ductilidad a la temperatura
ambiente.Cules son los efectos en el trabajo en frio: Los esfuerzos
son dejados en el metal y permanecen con ellos hasta que se elimine
por un tratamiento trmico. Se crea una distorsin o fragmentacin de
la estructura del grano. La resistencia y la dureza se aumentan con
la correspondiente prdida de ductilidad. La temperatura de re
cristalizacin para el acero se aumenta. Pueden mantenerse
tolerancias dimensionales cerradas. Se mejora el acabado
superficial.Forja en caliente: El trabajo en caliente de los
metales toma lugar por encima de la re cristalizacin o rango de
endurecimiento por trabajo. Para el acero, la re cristalizacin
permanece alrededor de 500 a 700 C, aunque la mayora de los
trabajos en caliente de acero se hacen a temperaturas considerables
arribas de este rango.Cules son sus efectos en la forja caliente:
La porosidad del metal es considerablemente eliminada. Las
impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a
travs del metal. Los granos gruesos o prismticos son refinados. Las
propiedades fsicas generalmente se mejoran, la ductilidad y
resistencia al impacto se perfeccionan. La cantidad de energa
necesaria para cambiar la forma del acero es menor a la requerida
en un trabajo en frio. Rpida oxidacin o formacin de cascarilla.
Pobre acabado superficial. No pueden mantenerse tolerancias
cerradas. Costo de equipo y mantenimiento alto.
Forjado en tibio: Un proceso conocido como forjado en tibio
utiliza una temperatura intermedia que normalmente se usa para
trabajo en frio y caliente. No hay cambios metalrgicos en el metal
e imperfecciones en la superficie frecuentemente asociadas con el
metal del trabajo a temperaturas elevadas. La temperatura del
metal, las presiones y velocidades del forjado deben controlarse
cuidadosamente, puesto que el metal est por debajo de la
temperatura de re cristalizacin.
Ventajas y desventajas de los procesos de forja
FRIOTIBIOCALIENTE
Ventajas Ventajas Ventajas
1. Proceso de presin (tolerancias cerradas).
2. Mejora la resistencia de las partes.
3. Mejora acabado superficial.
4. Ahorros en material.1. Combina las ventajas de forja en frio
y caliente.2. Mejor formalidad.
3. Menores presiones de conformado.
4. Mayor razn de deformacin.
5. No se requiere recocido
1. Puede conformar partes muy complejas.
2. Buena formalidad.
3. Presiones bajas de conformado.
4. Puede conformar partes de volmenes y pesos grandes.
Desventajas Desventajas Desventajas
1. Presiones de formado altas.
2. Se requiere varios pasos de preformado.
3. Recosido entre pasos de conformado pueden ser requeridos.
4. Baja friabilidad.1. Altos costos de herramienta.
2. El herramental debe soportar las cargas de altas
temperaturas.1. Oxidacin dela superficie.
2. Menor presin (tolerancias ms amplias).
Errores en las piezas de trabajo Errores dimensinales:
desviaciones con respecto al valor nominal Errores de posicin:
desviaciones en los ejes de un cuerpo con respecto a la posicin
deseada, por ejemplo paralelismo Errores de forma: desviaciones con
respecto a la forma ideal, por ejemplo errores en la cilindricidad,
paralelismo y oval amiento
a) Error en la forma rKr.b) Errores dimensionales y de forma
debidos como resultado del error de forma de un rea.c) Errores
dimensionales y de forma debidos como resulta del error en la
posicin relativa m.d) Errores dimensionales y de forma debido como
resulta del error de inclinacin .Grados de tolerancia ITLos grados
de tolerancia IT se refieren a los grados internacionales de
tolerancia para un proceso industrial definidos por ISO 286. Este
grado identifica que tolerancia se puede producir con un proceso
dado para unas dimensiones determinadas.La tolerancia especfica
para un grado IT en particula se calcula con la siguiente
formula.
Donde: T es la tolerancia en micras (um) D es la dimensin media
en milmetros (mm) ITG es el grado de tolerancia IT, en entero
positivo Uno piensa en una dimensin clave de una parte y cul es la
tolerancia requerida para esa dimensin, entre ms grande sea el
grado ITG mas abierta es la tolerancia La precisin de las
herramientas es muy importante para la precisin de las piezas
conformadas, ya que el conformado es una forma de copiar en lo que
se puede considerar la herramienta en un almacn anlogo de la forma
del producto Las desviaciones de las dimensiones deseadas en las
herramientas se muestra como errores sistemticos en el proceso Los
requerimientos de las herramientas son: a) alta precisin b) cambios
dimensionales pequeos debido a desgaste Para alto desempeo la
calidad de la herramienta debe de ser 3 a 5 grados de tolerancia
mejores a la precisin deseada Dados de forja IT 7/ 8 a 12
Herramientas de recalcado y dados de extrusin IT5/ 6 a 9 Anillos de
pretensado para herramientas de extrusin IT3/ 4 a 7Expansin
trmicaEn el caso de las herramientas de trabajo en caliente se debe
considerar la contraccin trmica, es decir las herramientas de forja
sern ms grandes que el producto. La correccin para esta contraccin
se puede calcular como i=i(Tw-Tt).Donde es el coeficiente de
expansin trmica
Material Coeficiente de expansin trmica entre la temperatura
ambiente y (m/m-c)
DINAISI800C900C1000C1100C1200C
C45104511X10^-612X10^-613X10^-614X10^-615X10^-6
C90109015.5X10^-616.5X10^-617.5X10^-618.5X10^-619.2X10^-6
X12CrNi18830218.8X10^-619.2X10^-619.7X10^-620X10^-620.3X10^-6
X15CrNiSi252031416.8X10^-617.3X10^-617.7X10^-618X10^-618.3X10^-6
Condiciones para la factibilidad econmica de la forja de
precisin El volumen de produccin es alto Los ahorros de material
son considerables La forja de precisin elimina operaciones de
mecanizado caras y tardadas como el brochado La vida de la
herramienta es suficientemente larga para que se consiga ahorros
significativos de la herramienta La inversin del capital se
justifica por los ahorros
Precisin de mquinas y herramientas guiadoLos factores que
afectan la precisin del proceso desde el punto de vista de las
maquinas herramientas son: Guiado del ariete (martinete):- Controla
la precisin de posicin entre las herramientas superior y la
inferior- El error de posicin derivados de las fuerzas centradas o
excntricas que resulte en inclinacin del material- El error de
posicin sin cargaLas causas de estos errores de posicin desde el
punto de vista del diseo de la mquina. Claro entre guas con la
prensa sin carga Deformacin elstica local de las guas Inclinacin
lateral del ariete Por ejemplo el error de posicin de una prensa
mecnica para cargar es al menos 4 veces el valor medido sin
cargaComo un valor gua para la precisin dl ariete sin carga (medido
por la perpendicularidad de las guas del ariete con la superficie
del ariete as como el claro de las guas) una tolerancia de amparar
una carrera de 100 mm es normal mayor presin no es econmicamente
posible.Mejores precisiones en el guiado se pueden obtener con guas
con rodamientos.
FRICCION, LUBRICACIN Y DESGASTE
Fuentes de friccion en la forjala rugosidad superficial es una
indicacin de que tanta diferencia hay entre valles y picos y
cuantas resistencias de friccion habr.Los lubricantes actan para
separar las superficies de contacto entre dado y piezaFriccion y
lubricacin Los procesos de forja el flujo de materiales originado
por la presin transmitida delos dados (matrices) a la pieza de
trabajo Las condiciones de friccion en la interface herramienta/
pieza de trabajo afectan el flujo de material, la formacin de
defectos internos y superficiales, los esfuerzos en las
herramientas y los requerimientos de carga y energa. Caractersticas
de los lubricantes utilizados en forja. Reducir friccion/ buena
lubricidad. Prevenir adherencia y desgaste. Proveer buen ailamiento
termicoespecialmente formado en caliente (vidrio como lubricante).
Reducir la reaccin qumica (inserte) Reducir la erocion y el
desgaste (non-abrasivo) No contaminante De fcil aplicacin y remocin
(vidrio, grafito, inmersin, aspersin) Disponible a costos
razonables
LubricantesLubricantes usados en forja fra: Estearato de fosfato
de zinc (para acero) Estearato de aluminato de calcio, stereato de
floruro de aluminio eestereato de fosfato (para aluminio) Oxalato
de hierro + jabon alcalino (para acero inoxidable) MEC HOMAT
lubricante con base de azufreLubricantes usados en forja tibio y en
caliente: Grafito (para acero, acero inoxidable, aluminio, bronce y
laton) Vidrio (para titanio) Disulfuro de magnesio (para titanio y
aluminio) Emulsin de aceite mineral y cido graso (para aluminio
cobre y bronce)Friccin y lubricantesValores prcticos de friccin:Ley
de corte constante m es ms prctico para usarse en forja mientras
que coulomb es ms prctico para formado de lmina.Para varias
condiciones de formado, el formado es: 0.05 a 0.15 en forja en frio
(lubricante convencional) 0.20 a 0.4 para forja en caliente en
lubricante (lubricante convencional) 0.10 a 0.3 para forja en
caliente para aleaciones TI y NI (con vidrio como lubricante) 0.7 a
1 en rolado en caliente (sin lubricante)- Determinacin de
lubricante- El lubricante y la transferencia de calor interactan
por lo tanto se deben tomar en cuenta los efectos de enfriamiento
del proceso actuala) temperatura de probeta y dado, y tiempo de
contacto entre dado y tochob) la generacin de superficie debe ser
la misma c) la velocidad relativa debe ser la mismaPrueba de
compresin de anillosLas dimensiones de la muestra y las
temperaturas y velocidades de deformacin se deben seleccionar para
que se ajusten a condiciones reales de deformacin.Un anillo se
comprime entre dos dados planos. Se mide el dimetro interior del
anillo de deformado y se compara con las curvas de calibracin, de
esa manera determinar of m o m.Aspectos de lubricacin de grafito Es
un material cristalino de estructura hexagonal El grafito se vuelve
un lubricante cuando los vapores condensables de vapores orgnicos o
agua se observan en las orillas de las plaquetas. Entonces el
enlace en la direccin c se debilita y permite el deslizamiento El
grafito de tamao 0.5 a 2.0 m se puede usar en forma coloidal
Lubricantes con partculas de grafito base agua y base
aceite.Rociado (pulverizado, atomizado) sobre tochos y
dadosSeleccin de lubricanteCmo aceite o libre de aceite?El aceite
puede ser usado en algunas reas, pero en otras no debido a los
riesgos de incendios y desecho del desperdicio.Se recomiendan
lubricantes libres de aceite para mantener talleres ms limpios y
reducir los riesgos de seguridad y desecho.La combinacin de tochos
recubiertos y un lubricante para los dados o solo lubricante para
los dados, cuales son estas ventajas de este mtodo: Un
recubrimiento para tocho, tal como protege la superficie del metal
contra la formacin de cascarilla (oxidacin). El evitar la
cascarilla mejora el acabado superficial y mantiene el taller ms
limpio. Un recubrimiento para tocho tambin ayuda con la lubricacin
cuando la parte es conformada Un tocho recubierto tambin promover
una mayor vida a la herramientaOptimacin de recubrimiento del tocho
Trabaja con un ingeniero de ventas experto para determinar la
mejora de temperatura del bao y la tcnica que se adapte a sus
necesidades Los tochos se pueden recubrir a granel o en lnea
Midiendo el contenido de los slidos y manteniendo la estabilidad
del bao asegura resultados de seguridadEs posible usar un
lubricante a base de grafito o lubricantes de grafito. El
movimiento del metal con detalles intricados trabaja mejor con un
lubricantes a base de grafito Para acabado de la superficie optimo
se recomiende DELTAFORGE F- 31 Lubricante sin grafito tales como
DELTAFORGE GP 980 o DELTAFORGE 1105 pueden ser usados en combinacin
con los tochos recubiertosUsando solo un lubricante para los dados.
Para la mayora de las forjas en tibio y caliente, se requieren
lubricantes con base de grafito para cumplir con las
especificaciones de acabado superficial y movimiento de material.
Un lubricante sin base de grafito puede ser usado en casos simples,
pero el desgaste del herramental aumentara asi como las fuerzas y
energa requerida para mover el material.Como aplicar el lubricante
al dadoLa tcnica depende de las necesidades de la herramienta sobre
la que se aplica, y el tiempo total del ciclo.Elegir el rociado
siempre que sea posible para optimizar la formacin de la pelcula de
lubricante y mejorar la vida de herramienta y el acabado de la
parte.Elija inundacin o una combinacin de pulverizacin e inundacin
para tiempo de ciclos cortos pero como saber cundo se tiene que
usar inundacin o pulverizacin. Las temperaturas de las herramientas
deben de medirse en la aplicacin de la forja en tibio Si las
condiciones a inundacin no cumplen con las condiciones que requiere
el herramental, un sistema separado de pulverizacin puede ayudar a
mejorar la formacin de pelcula de lubricante Usualmente el ciclo de
inundacin es regulado para el enfriamiento, despus un ciclo de
pulverizacin rpido en las reas en las que se necesitan mejor
formacin de pelcula
CARACTERSTICAS DEL EQUIPO DE FORJALos forjadores modernos tienen
acceso a una gran variedad de tipos de equipo de forja. Cuando se
disea dados para forjar o al desarrollar procesos de forjado, a
menudo el diseador se ve limitado a los equipos disponibles en la
fbrica. Por lo tanto, no es siempre posible seleccionar el tipo de
equipo ptimo para un trabajo de forja en particular.Es por esta
razn principalmente, y debido a que ocacionalmente podemos tener la
oportunidad de garegaruna nueva pieza a nuestro equipo, que es
importante entender las diferencias principales entre las
diferentes clases de equipo de forja y cmo ests diferencias tienen
efecto sobre el proceso de formado de metal y sobre las decisiones
de diseo del dado.En general existen cuatro caractersticas que
deben ser comprendidas al seleccionar el equipo de forja; el
porcentaje de deformacin del metal, la temperatura durante la
forja, la consistencia, y la velocidad de produccin. A medida que
se discuta cada clase de equipo, estos asuntos sern
descatados.Estas caractersticas pueden ser definidas como.El
porcentaje de deformacin del metal es en general, el porcentaje de
cierre del dado o la velocidad relativa entre los dados. Esta
velocidad es fcilmente medida, controlada y frecuentemente se
utiliza para propsitos de anlisis. El porcentaje de deformacin
depende de la maquinaria utilizada y se puede adaptar a los
requerimientos de material a temperaturas altas de forja, la mayora
de los materiales son sensibles al ndice de la deformacin.La
temperatura durante el forjado se refiere tanto a la temperatura de
la pieza antes del forjado as como la temperatura durante el
forjado.En raras ocasiones la temperatura durante el forjado es
uniforme. Esta es afectada por el tiempo de contacto con el dado,
la temperatura del dado, el porcentaje de deformacin y otros
factores.La distribucin de temperatura o gradiente de temperatura
puede afectar el xito de la forja.La consistencia es el proceso de
forja usualmente se refiere al control dimensional. Tambin puede
referirse a la capacidad del equipo para lograr este control
dimensional ya sea mediante la aplicacin de energia, control de
temperatura, una fuerza repetible o el cierre de los dados.La
consistencia se logra solo cuando todos los componentes de una
celula de forjado esta individualmente dentro del control.La
velocidad de produccin es el nmero de partes producidas por
unidades de tiempo. Esta puede ser muy baja en caso de mquinas
lentas o muy altas para mquinas de muy alta velocidad.Los factores
principales que determinan estos son la velocidad de golpe, la
velocidad de la biela y el grado de automatizacin.
Tipo de equiposEl equipo para forja puede ser clasificado en
tres grandes categoras; mquinas de carga restringid, mquinas de
carga restringida y mquinas de energa restringida. Las mquinas de
carrera restringida generalmente incluyen solo prensas hidrulicas,
debido a que tiene una fuerza limitada determinada por la operacin
o por el dimetro del martillo.Las mquinas de carrera restringida
incluyen las prensas de manivela y las prensas excntricas, estas
prensas tienen una flecha o una manivela excntrica que define la
carrera del trabajo de la mquina y no puede ser alterado sin una
modificacin mayor del equipo.Finalmente las mquinas de energa
restringida incluyen martinetes y prensas de tornillo, estas
mquinas tienen una cantidad limitada de energa disponible para
propocitos de deformacin aunque puede golpear las piezas de trabajo
de mltiples ocasiones. Ahora examinaremos cada una de ellas.Mquinas
de carga restringida
Las prensas hidrulicas tienen una capacidad mxima definida por
la mxima presin hidrulica y el tamao del pistn o pistones
impulsadores.Debido a que se puede utilizar varios pistones, la
capacidad de la prensa puede ser muy grande, de hecho las prensas
ms grandes en existencia son hidrulicas. Las prensas hidrulicas son
utilizadas para forjar con dado abierto de lingotes y grandes
planchas.Debido a que la fuerza de la prensa hidrulica puede ser
desarrollada en distancias muy largas, la capacidad de energa de
forja de la prensa es casi limitada.La prensa hidrulica tiene una
velocidad relativamente lenta en el rango de 0.5 a 5
pulgadas/segundo. La velocidad del martillo es usualmente
controlado dentro de lmites estrechas y pueden incluso ser
cambiados si es necesario durante la carrera de la forja, por lo
tanto el rango de deformacin es lento.Las prensas hidrulicas son
fcilmente controladas y por todo pueden ser muy considerables,
cuando se necesita una precisin muy alta en la aplicacin de dados
cerrados, los dados pueden cerrar sobre zapatas de unin o sobre
superficies de calibracin, en estos casos la tolerancia de cierre
de los dados son muy pequeas y la consistencia es excelente.Debido
a la baja velocidad del martillo, las prensas hidrulicas tienden a
tener una baja velocidad de produccin. En aplicaciones normales
esto no es un detrimento sin embargo puede ser un factor cuando se
encuentre una aplicacin inusual.
Cmo funciona la prensa hidrulica grficamente.
Ventajas de la prensa hidrulica de accin sencilla1) Una ventaja
es que esta prensa no se puede ser sobrecargada porque cuenta por
lo menos con dos vlvulas de liberacin.2) Todo el tonelaje puede ser
desarrollado a lo largo de toda la carrera, mientras que en la
prensa mecnica el tonelaje disponible es una funcin de la
carreara.3) El tonelaje es ajustable permitiendo la operacin con
bajo tonelaje para troqueles frgiles4) El desplazamiento es
ajustable para el trabajo que se va hacer.5) La fijacin de los
herramentales en la prensa es ms sencilla porque no es necesario
ajustar por variaciones de espesor en la materia prima.6) La
velocidad de embutido permanece constante durante toda la
carrera.7) En general las prensas de carrera larga son menos caras
que las prensas mecnicas.Desventajas de la prensa hidrulica de
accin sencilla1) Se necesita un motor ms grande comparado con una
prensa mecnica porque no hay volante de inercia dond se puede
almacenar energa. Sin embargo no requiere ms corriente que una
prensa mecnica de la misma capacidad.2) No se aplica generalmente a
operaciones de recorte porque la onda de choque a l momento de la
fractura es perjudicial para la tubera, sellos y conexiones de las
prensas. Estas desventajas no son las importantes ahora debido a
mejores tcnicas de soldadura, cabezales y juntas flexibles.3)
Generalmente se consideran que son ms difciles de mantener que las
prensas mecnicas, debido a que las reparaciones de las prensas
mecnicas se pueden detectar visualmente y en la prensa hidrulica es
necesario conocer muy bien el circuito hidrulico para determinar la
falla.4) Mltiples herramientas son generalmente no posibles a menos
que las presiones estn muy bien balanceados.
Resumen de la prensas hidrulicasRango de
deformacin-------------------bajoPerdida de
temperatura------------------altaConsistencia---------------------------------muy
buenaVelocidad de produccin------------------baja
Mquinas de carrera restringida
A veces ampliamente conocidas como prensas mecnicas, las prensas
de manivela o excntricas son ampliamente construidas para impresin
y forja con dados cerrado. Estas son clasificadas como de carrera
restringida porque la manivela o flecha excntrica determina la
carrera del martillo y esta no puede ser cambiada. La velocidad del
martillo est determinada para la velocidad del volante y la
geometra del impulsor, usualmente puede ser un mecanismo de
manivela deslizante o de un cople scotch, la velocidad de golpe es
tambin una medida de la velocidad del martillo, una curva tpica de
tiempo vs golpe.En esta prensa, el torque mximo disponible d la
manivela o flecha excntrica est controlada por el clotch. El torque
permite que el martillo valla desde el centro muerto inferior donde
carga en lo mayor posible y regresa hacia la parte superior de su
carrera.En las prensas mecnicas, los rangos del tiempo del contacto
van de 20 a 100 milisegundos. El tiempo est determinado por la
cantidad de deformacin de metal que ocurre, la desaceleracin de la
prensa y la rigidez de la prensa.Estos dos primeros factores estn
relacionados. Mientras aumenta la cantidad de movimiento del metal,
se requiere ms carrera de la prensa y ms energa de forjado por
tanto la prensa desacelera ms y los dados entran en contacto con la
pieza de trabajo durante ms tiempo.La velocidad de cierre del dado
en las prensas mecnicas es no lineal, esto quiere decir que la
velocidad est relacionado con la cintica del mecanismo impulsor.En
todos los casos sin embargo la velocidad real cerca del centro
muerto inferior es casi cero, debido a que el dado se mover sin
haber cerrado, toda la deformacin del metal tiene lugar antes de
que la prensa alcance este punto.Para propsitos prcticos, la
velocidad de cierre de los dados pueden ser estimada entre 12 y 24
pulgadas/segundo para la mayora de las forjas, est an se encuentra
relativamente en el rango de baja velocidad.En las prensas
mecnicas, la velocidad de produccin pueden ser altas esto le
proporciona capacidad a la prensa para manejar partes en varias
estaciones de forjado simultneamente, para permitir el corte junto
con el forjado, o para ser automatizadas. En todos los casos se
utiliza un solo golpe por estacin de forja y por lo tanto son
necesarios tantos golpes como estaciones de forja que
existan.Cuando se utilice ms de una estacin de forjado al mismo
tiempo, el ritmo de produccin se incrementara siempre y cuando la
prensa tenga adecuadas capacidades. La automatizacin se puede
aplicar para agilizar el tiempo y por lo tanto el ritmo de
produccin global.Cmo funciona la prensa hidrulica grficamente.
Ventajas de la prensa mecnica de accin sencilla1) La prensa
mecnica de accin sencilla es ms rpida que la prensa hidrulica
convencional.2) Es la mejor prensa para las operaciones de
punzonado por su resistencia a las ondas de choques 3) El motor
requerido es ms pequeo que el de la prensa hidrulica, porque puede
almacenar la energa en el volante de inercia.4) Puede ser adaptada
con sistemas con transferencia de rodillos o translacin y para
troqueles progresivos.5) Las personas mecnicas de carrera cortas
son ms econmicas que las prensas hidrulicas.Desventajas de la
prensa mecnica de accin sencilla1) La prensa mecnica con cojinete
tiene un tonelaje mximo a una cierta distancia arriba del fin de la
carrera, usualmente .2) La prensa mecnica no se ajusta a s misma
para compensar por variaciones de espesor en la materia prima. Lo
cual requiere ms cuidado al ajustar los troqueles y compensar por
las variaciones de espesor en la materia prima.3) Cuando una prensa
mecnica se usa para embutido que es casi la mitad de la carrera
entra en accin a una velocidad alta y la velocidad se reduce al
continuar hacia abajo. Por lo tanto no le da tanta oportunidad al
material para fluir como la prensa hidrulica.4) La prensa con
cojinete tiene un tonelaje mximo a una cierta distancia arriba del
fin de la carrera, usualmente .5) La prensa mecnica no se ajusta a
s misma para compensar por variaciones de espesor en la materia
prima. Lo cual requiere ms cuidado al ajustar los troqueles y
compensar las variaciones del espesor de la materia prima.6) Cuando
una prensa mecnica se usa para embutido que es casi la mitad de la
carrera entre la accin a una velocidad alta y la velocidad se
reduce al continuar hacia abajo. Por lo tanto no le da tanta
oportunidad al material para fluir como la prensa hidrulica.
Resumen de la prensas mecnicasRango de
deformacin-------------------bajo a medioPerdida de
temperatura------------------moderadaConsistencia---------------------------------buenaVelocidad
de produccin------------------moderada altaPrensa de tornillo
La mayora de las prensas de tornillo estn impulsadas por un
motor elctrico y el volante de algn tipo. Unos cuantos diseos estn
directamente estn impulsados por uno o ms motores elctricos y un
mecanismo de embrague. En cualquier caso, el impulsor gira un
tornillo grande que enseguida acelera el martillo hacia abajo, al
momento del impacto (contacto con el dado), la direccin del
tornillo se invierte y el martillo es elevado hasta la parte
superior de la carrera.La energa est limitada por el volante o la
combinacin del motor / clotch al controlar el tiempo de embrague
del clotch o del volante, se puede cambiar la cantidad de energa
para adaptarse a las condiciones de forja.La velocidad del
tornillo, oscila desde 24 a 48 pulgadas/segundo, esta velocidad est
relacionada con la velocidad del volante o el tiempo de embrague
del clotch.A diferencia de las prensas mecnicas, la velocidad mxima
ocurre en la parte inferior de la carrera. Por tanto, la prensa de
tornillo produce un rango de deformacin mucho mayor. La resistencia
a la deformacin de los materiales puede resultar en la generacin de
cargas de forjado ms altas, todos los dems factores permanecen
iguales.La consistencia de las prensas de tornillo est determinada
por una rigidez y por la ubicacin de los dados de impresin o
estaciones. La mayora de los diseos de prensas de tornillo libera
su carga en un solo punto, justo debajo del tornillo. Este aspecto
es muy similares a las prensas de una sola biela.A diferencia de
las prensas mecnicas, existe poca oportunidad para lograr
estabilidad lateral con un apoyo ancho. En cambio la carga se
transmite atreves de los filetes de una cuerda o, en algunos casos
atreves de un apoyo de pivote.El desgaste de cualquiera de estos
trae como resultado un apoyo defectuoso y poca estabilidad para un
trabajo centrado. Los rieles largos sirven ms para prevenir la
excesiva rotacin del martillo (por la rotacin del martillo) que
para incrementar la capacidad de la prensa para trabajos
pesados.Las prensas de tornillo usualmente tienen reas de cama
menores que sus equiparables las prensas mecnicas, como resultado
sus dados son ms parecidos a los del martinete de forja y previene
el uso de ms de una estacin de trabajo al mismo tiempo. Al igual
que los martinetes de forja, las prensas de tornillo pueden ser
utilizadas para mltiples golpes en cualquier estacin dada, esta
caracterstica, sin embargo no se utiliza frecuentemente debido a
que lqas prensas de tornillo tiene niveles de energa mucho mayores
que un martinete de forjado comparable.Las prensas de tornillo son
casi tan fciles de automatizar que las prensa mecnicas de all que
su velocidad de produccin es normalmente alta para partes simples a
moderada para partes ms complicadas.
Resumen de la prensas de tornilloRango de
deformacin-------------------moderado altoPerdida de
temperatura------------------moderadoConsistencia---------------------------------adecuada
o buenaVelocidad de produccin------------------moderada alta
MartineteLos martinetes son la manera ms antigua de herramientas
de deformacin de metales. Estas se originaron como el martillo del
herrero y se han desarrolladoEn poderosas herramientas con
capacidades de energa de hasta 580,000 pies/libra.
Caida libre del martilloP.E= mgHPoder del martilloP.E= mgH +
pAHCuando m= masa de la ramg= gravedadH= altura de la cada de la
masa ramP= presin del pistnA= rea del pistn
La energa el, martinete de forja est determinada por su peso de
cada y su velocidad de impacto. En los martinetes de forja de cada
por gravedad, esto est calculado por el peso de todas las partes
que caen (incluyendo el dado) y la altura sobre la cual recae el
peso de las partes que caen y la presin efectiva de impulso, las
prdidas de presin y la presin generalmente resulta en una presin
efectiva de aproximadamente de la mitad de presin en lnea.La
diferencia de cualquier de las prensas la estructura del bastidor
del martinete de forja no soporta carga. Las partes generadoras de
fuerza son los martillos y el yunque, justo como si fuera el
martillo y el yunque del herrero.La estructura del bastidor
proporcionado solamente la gua y un medio de sostener y localizar
el cilindro o el mecanismo impulsor. La fuerza es generalmente en
el martillo al convertir la energa cintica del martillo de
deformacin de la prensa de trabajo, la eficiencia de esta conversin
depende la la cantidad de deformacin la fuerza resultante, la
relacin de peso entre el yunque y el martillo. En trminos prcticos
raramente excede al 90% cuando se ejecuta el trabajo de forja.
Cuando tiene lugar una pequea deformacin, ms grande proporciones de
la energa son almacenadas en los componentes de martinete de forja
y por tanto requiere ms golpes del martillo para completar el
trabajo de forja.Los martinetes de forja generan velocidades de
impacto que varan desde los 150 hasta 300 pulgadas/segundo. La
velocidad de impacto puede ser controlada al limitar la altura de
cada, por medio del ajuste de la posicin del pedal que hace el
operador y la velocidad, o pre programado una vlvula te
temporizadora en las maquinas modernas. Estos controle son
necesarios en algunos casos para controlar el flujo del metal, sin
embargo la forja por martinete an resulta en rangos de deformacin
altos.Los martinetes de forja cuentan con los cuerpos generadores
de fuerza ms compactos de cualquier equipo de forja de su clase
considerado en esta seccin. Se puede mostrar que en esta
compactacin resulta en un menor tiempo de contacto entre los dados
durante la forja. El contacto est relacionado con la cantidad de
deformacin y la energa aplicada una gran deformacin, el tiempo de
contacto es relativamente largo. Cuando se aplica mucha energa a
una pieza y la deformacin es pequea el tiempo de contacto es muy
corto. Los valores tpicos van desde 2 a 20 milisegundos, como
resultado la forja por martinete de forja resulta en la perdida de
temperatura ms baja durante el contacto con el dado.Los martinetes
de forja pueden ser maquinas muy productivas dependiendo en la
forma que son operados y si el sistema de calefaccin puede
suministrar un buen calentamiento en el materialResumen de la
prensas de tornilloRango de
deformacin-------------------altoPerdida de
temperatura------------------bajoConsistencia---------------------------------adecuada
o buenaVelocidad de produccin------------------moderada Resumen de
caractersticas de las prensasRango de deformacinPerdida de
temperaturaConsistenciaVelocidad de produccin
Prensa hidrulicaBajo Alto Muy buenoBaja
Prensa mecnicaBajo a medioModeradoBuenaModerada alta
Prensa de tornilloModerado a altoModeradoAdecuada abuenaModerada
a alta
Martinete de forjaAltoBajoAdecuada a buenamoderada
PROCESO DE FORJACalentamientoLa forma ms antigua de
calentamiento del lingote es lo que llamaremos / conectiva.
Originalmente es la forma del herrero, el metal era calentado
quemando coque con aire mientras la pieza de trabajo era colocado a
los carbones. Existen tres formas de calentamiento que veremos a
continuacin.Primera forma de calentamiento.En las formas ms
modernas se utiliza un horno alimentado con combustibles, el gas o
el petrleo son quemados con un exceso de aire para calentar las
paredes del horno. Las paredes entonces irradian al calor hacia el
interior del horno y hacia cualquier material dentro del horno.El
material es calentado por una combinacin de mecanismos con radiacin
siendo el predominante seguido por conveccin. No es deseable tener
la fama del horno directamente sobre el trabajo ya que esto
resultara en un rpido sobrecalentamiento y posiblemente en la
funcin de la superficie.Otra forma de este tipo de horno radiante
elctrico. Este tipo, unidades de calentamiento elctricas se
utilizan para calentar las capas o superficies del horno y el
inferior del metal. Este caso existe menos posibilidades de quemar
y de una cierta tendencia menor a la formacin excesiva de
escamas.El control de temperatura del tocho no es usualmente muy
consistente con este tipo de horno. Los controles de temperatura se
utilizan para regular la temperatura del horno pero el tiempo en el
horno y la ubicacin de la pieza de trabajo tiene un gran efecto
sobre la temperatura de la forja final y su uniformidad.La lenta
velocidad de calentamiento permite ms tiempo para la formacin de
escamas u oxido y puede tambin permitir el desarrollo de
estructuras metalrgicas defectuosas. Un rango eficiente se muestra
en el siguiente cuadroTipos de hornosEficiencia de calentar
Qeff/Qs,%
Horno de cmara alimentadora por gas sin precalentamiento del
aire 6-12
Horno de cmara para calentamiento de tocho con precalentamiento
de aire 18-25
Hornos del tipo cin empujador 25-30
Hornos de ciclo fijo (hornos de calentamiento continuo)
35-40
Debe notarse que los hornos radiantes tienen la ventaja de poder
calentar bastante bien las partes con formas irregulares y
requieren poco tiempo de ajuste para corridas cortas.Segunda
forma.Un mtodo de calentamiento ampliamente utilizado es el
calentamiento por induccin elctrica. Utilizando un buen conocido
principio fsico de que una que una corriente pasa a travs de una
barra induce una corriente dentro de la barra, el calentamiento por
induccin utiliza una corriente alterna de alta frecuencia para
inducir suficiente corriente para calentar la barra a temperaturas
de forja.Cualquier material conductor de la electricidad se puede
calentar por induccin, el tamao es una funcin de material y la
frecuencia de oscilacin.La fsica del mtodo dicta que el calor es
generado primero en la superficie de la barra.
El calentamiento por induccin es relativamente rpido y se puede
utilizar para calentar tochos relativamente grandes hasta de 6
pulgadas o ms en aplicaciones especiales. Se debe observar ciertas
precauciones al seleccionar la frecuencia del calentamiento y la
velocidad de alimentacin a travs de las bobinas de induccin. Una
frecuencia demasiado alta con un periodo de inmersin corto produce
lo que parece ser una salida de calefactor alta. La mayora de los
tochos sin embargo no estaran uniformemente calentados en el
centro.El control de la temperatura en los sistemas de
calentamiento por induccin usualmente es bueno. La salida es
consistentemente calentada y la temperatura de salida es usualmente
monitoreada por un sensor de temperatura ptico.Cuando se detecta
variaciones, la mayora de los sistemas de calentamiento permiten
que los tochos incorrectamente calentados sean rechazados.La
formacin de escamas en los sistemas de calentamiento por induccin
generalmente no es un problema las unidades incorrectamente
ajustadas o diseadas que tienen una frecuencia demasiada alta o
tiempo de precalentamiento excesivo puede producir una formacin
excesiva de escamas.Tercera formaOtro sistema de calentamiento es
el calentamiento por resistencia elctrica. Est basado en el
principio de que una corriente elctrica que pasa a travs de un
alambre resulta en un incremento de la temperatura del alambre, un
ejemplo comn es el foco incandescente.Los aparatos de calentamiento
por resistencia elctrica hacen pasar un bajo voltaje y un alta
corriente a travs d la pieza de trabajo o tocho fijado entre dos
electrodos. A medida que la corriente fluye a travs del tocho, la
resistencia del tocho provoca que la temperatura se incrementa
rpidamente desde el centro hacia afuera.Los calentadores de
resistencia utilizan una serie de controles que incluyen
temporizadores de ciclo para la aplicacin inicial de la corriente y
el tiempo de precalentamiento. El tiempo de precalentamiento se
requiere para permitir que el calor sea uniforme distribuido sobre
la longitud de la barra, demasiada corriente o una corriente
aplicada durante mucho tiempo pueden provocar que los extremos de
las barras se quemen.En el calentamiento por resistencia el control
de temperatura normalmente es bueno. Se utilizan sensores de
temperaturas simples para asegurarse que la temperatura de la barra
se encuentra en el rango correcto. Cuando se requiere, se puede
utilizar sensores ms avanzados para un control ms cerrado.Sin
embargo los extremos fros, pueden ser un problema, y cuando estos
se presentan, usualmente se requiere alguna tolerancia en el dado.
La formacin de escamas no es un problema con la resistencia debido
a que es un proceso rpido y es adecuado solamente para tamaos de
barras relativamente pequeas que son menores de 2 pulgadas.La
remocin de escamas antes del calentamiento es necesario para
asegurar un buen contacto de los electrodos del tocho. De la misma
manera se requiere extremos con formas cuadradas y pequeas
distorsin ya que esto afecta tambin a la fijacin de las
piezas.PreformadoEl preformado se define como aquellas operaciones
de formado del metal que precede de las operaciones de formado de
la rebaba. Estas pueden estar en el dado de los martinetes, o
ejecutadas en piezas auxiliares de equipo. Para una referencia
rpido, los siguientes se pueden considerar como pasos para el
preformado.En el dado. Perfilado Estirado Rolado Aplanado Doblado
LaminadoProcesos auxiliares Rolado reductor Rolado transversal
Recalcado Rolado de anillos LaminadoBusting / blokingEstos procesos
son las primeras impresiones de formacin de la rebaba y est diseada
para distribuir el metal para la operacin de acabado. Su diseo es
crtico para el xito de la operacin de acabado y para la vida de las
herramientas.TerminadoEsta es la operacin final de formacin de la
rebaba que da a la parte el tamao y la forma finales. Aqu es donde
se aplica los detalles finales como por ejemplo los logotipos de
las marcas registradas.CorteLa operacin de corte remueve todo el
exceso de rebaba de la forja terminada, normalmente es una simple
operacin de cizallado o punzones. El corte puede ser complicado
porque puede inducir una distorsin no deseable an la parte, en ese
caso se deben tomar medidas especiales para eliminar o prevenir
estos problemas. AcuadoEl acuado o calibracin es un proceso donde
reduce las tolerancias en la forja terminada. El acuado, como su
nombre lo dice, produce muy pequeas deformaciones y normalmente se
llevan a cabo localmente, no sobre la parte completa.El proceso
puede ser en caliente o en frio, puede ejecutarse junto con el
corte o como una operacin terminada. En la industria de las
herramientas manuales, por ejemplo, el acuado en frio es a veces
utilizado para aplicar el nombre de la marca comercial a la parte
terminada, esto en la mayora de las veces es realizado por
cuestiones estticas ya que la informacin aplica en frio es ms
precisa y ms fcil de leer para el consumidor.Procesos
auxiliaresEstas son operaciones especiales de formado que no puede
ser realizado durante la forja. Por ejemplo, un eslabn de reparacin
de una cadena puede tener elementos de diseo en un plano
perpendicular en la curva del eslabn.Puede no ser posible forjar
ambos elementos pero la forma deseada puede ser doblada en frio
para obtener la forma correcta del eslabn. Otro ejemplo es un brazo
de la palanca de velocidades de un automvil, esta palanca tiene
demasiadas compensaciones para ser forjada en la posicin curva.Por
lo tanto se forja en forma recta y se dobla en una operacin
auxiliar despus del corte mientras an est caliente. Por lo tanto,
se forja en forma recta y se dobla en una operacin auxiliar despus
del corte mientras an est caliente. Se sigue entonces una operacin
de acuado en caliente para asegurar la tolerancia de compensacin
correcta.
FUNDAMENTOS DE LA METALURGIALa metalurgia es la ciencia que
trata con la preparacin y aplicaciones de los metales y
aleaciones.La metalurgia se clasifica en tres grandes grupos:
Metalurgia Qumica; Es la rama de la materia que trata de la
reduccin de los metales desde sus minerales y la refinacin y
aleacin de tales metales. Metalurgia fsica; Es la rama de la
materia que trata con la naturaleza, estructura y propiedades
fsicas de los metales y aleaciones. Metalurgia mecnica; esta parte
de la rama trata del trabajo y formacin de metales y aleaciones,
tales como fundicin, forja, rolado y reduccin.Estas ramas estn muy
ntimamente relacionadas entre s y cada una tiene su influencia
sobre la calidad del producto terminado.
Manufactura del hierro y aceroEl hierro y el acero son
probablemente los materiales de ingeniera ms comunes para la
construccin de maquinarias o para productos de forjado utilizados
en los automviles, aeronaves, barcos, motores, transmisiones,
tuberas, herramientas, manuales y otros productos. Debido a esto es
que tan importante grupo de metales y aleaciones, ser interesante
ver como son producidos y procesados para uso industrial.La materia
prima para el hierro y el acero es el mineral de hierro. En los
estados unidos, el rango del contenido del hierro en el mineral de
hierro va desde el 72% hasta un porcentaje tan bajo que es el 25%.
El resto del mineral contiene oxgeno, agua, carbonatos, azufre,
fosforo, manga necio, silicio y rocas sin valor. El mineral
normalmente se beneficia para remover tanto como sea posible del
contenido sin valor por medio de la separacin o disolucin de los
constituyentes no deseados. Despus es pele tizado y el embarcado a
la siderrgica para su proceso posterior.Tipo e identificacin de los
aceros comunesEl acero en realidad es hierro al que se le agregan
algunos otros constituyentes elementales estos son: Carbono: es la
adicin ms simple y tal vez la ms importante para fabricar el acero.
El rango de contenido de carbn para los acero ms comerciales van
desde 0.08% al 0.95%. El carbono es importante debido a que a
porcentajes muy pequeos de este puede traer como resultado grandes
diferencias en propiedades. Los aceros de bajo carbono no responden
al tratamiento trmico en ningn grado significativo. Los aceros de
carbn medio, esto es, aquellos con 0.2% mas carbn, pueden ser
templados y la tenacidad del acero se incrementa del 50 al 100%.
Los aceros de alto carbn son diseados para aplicaciones que
requieren una dureza muy alta, retencin de filos de corte, o para
partes que requieran alta dureza. En estos aceros, un porcentaje
adicional de 0.4% de carbn resulta en un incremento del 50 al 75%
de resistencia y dureza.Silicio (Si): Es un elemento que est
presente desde el proceso de refinacin. La mayora de los aceros
contienen desde un 0.2 hasta un 0.35%. El silicio ayuda a mejorar
la ductilidad.Manganeso (Mn): Esta normalmente presente con al
menos 1.65% y contribuye a la resistencia y dureza en un menor
grado que el carbono. No se separa durante el enfriamiento y tiende
a minimizar la formacin de sulfuros de hierro que pueden degradar
el metal.Fsforo (P): A veces es considerado una impureza excepto
cuando se desea su efecto benfico sobre el maquinado o la
resistencia a la corrosin atmosfrica. Tiende a reducir la
ductilidad y tenacidad y por tanto normalmente se mantiene a un
nivel mnimo por abajo del 0.035%Azufre (S): Normalmente se le
considera un elemento no deseado excepto donde la maquinabilidad es
una consideracin primordial. Aqu los sulfuros actan como rompe
virutas. Los sulfuros tambin reducen la ductilidad y la resistencia
al impacto. El sulfuro (sulfuros) tambin se agregan
significativamente en la solidificacin y frecuentemente ocurren en
los lmites de grano. Cuando el azufre est presente en
concentraciones por arriba del 0.04%, las concentraciones de los
lmites de grano pueden ser una causa de fracturas en las lneas de
corte. Ms aun, los aceros con alto contenido de azufre son ms
sensibles al sobrecalentamiento. Por lo tanto los forjadores deben
ser muy cuidadosos cuando calentamiento para la forja.Aceros de
aleacin - tienen otros elementos aleables agregados adicionalmente
a aquellos que se encuentran en los aceros al carbn. Entre estos
estn:Nquel (Ni): es uno de los elementos aleables fundamentales del
acero. Cuando est presente en cantidades considerables (0.3 a 2.0
%) proporciona entre otras ventajas, tenacidad mejorada,
particularmente a bajas temperaturas, resistencia mejorada a bajos
niveles de carbn sin tratamiento trmico; procedimientos de
tratamientos trmicos simplificados y ms econmicos; menos distorsin
en el enfriado y resistencia a la corrosin mejorada.Cromo (Cr): Se
utiliza en los aceros de ingeniera principalmente para incrementar
la profundidad de templado, proporcionando resistencia a la abrasin
mejorada y para promover la carburizacin. Molibdeno (Mo): Tiene un
gran efecto sobre la templabilidad por unidad de adicin que
cualquier otro elemento aleable; es til cuando se desea un control
preciso de la templabilidad; tiene un poderoso efecto para
incrementar la tensin de temperaturas altas y las pruebas de
fluencia en las aleaciones ferrosas; cuando se agrega a los aceros
con alto cromo o con aceros resistentes a la corrosin de
cromo-nquel, la resistencia de los aceros a muchas formas de ataque
corrosivo se mejora grandemente, y el molibdeno hace a los aceros
menos susceptibles a la fragilidad de revenido.Vanadio (v): es
utilizado para refinar el tamao del grano y para mejorar el balance
de propiedades mecnicas y otras propiedades especiales. El vanadio
se encuentra en los aceros para resortes, placas de acero, y aceros
de alta temperatura.Aceros grado herramentalesSon composiciones de
acero especiales que cumplen las demandas de las herramientas de
formado y corte. Cada uno de estos materiales ha sido especialmente
diseado para proporcionar propiedades especiales. Estn designados
por el tipo de medio de enfriamiento utilizado o por una letra que
indica el rea de aplicacin, estos incluyen.
DesignacinDescripcinUso
ATemplado el aire, alta estabilidad dimensional, para el trabajo
en frioDados de formacin de la forma (black), dados de corte, dados
de acuacin
DTemplado al aire, alta estabilidad dimensional, excelente
resistencia al desgaste, para el trabajo en frio.Los mismos que los
anteriores con la adicion de dados de extrusin y dados de
reduccin.
WAcero de carbono sin aleacin, templado en agua, alta
resistencia y dureza.Macho para roscar, escariador, dados de
formacin de la forma.
STemplado en agua, aleacin de molibdeno, acero extremadamente
tenaz para trabajo en frio.Dados de corte, dados formadores y de
acuado de trabajo pesado, herramientas de impacto
OTemplado de aceite, aleaciones de alto manganeso, alta dureza
para trabajo en frioDados formadores, dados de corte
LTemplado de aceite, alta tenacidad, aleacin, cromo- niquel para
trabajo en frio.Punzones, dados de formacin, dados de laminado
HAceros grado herramienta para trabajo en caliente con adiciones
de cromo molibdeno y vanadio para trabajo en caliente.Dados de
forja, dados para forja en caliente con impreciones profundas,
dados de punzonado en caliente.
MAceros de alta velocidad con adiciones de cromo, molibdeno,
tungsteno y vanadio para buena dureza y resistencia al desgaste
para altas temperaturasHerramientas de corte para tornos, taladros,
fresadoras, machuelado, etc. Pueden usarc para insertos de
herramientas donde existe calor
Tamao de grano Tamao de grano es una medida del tamao relativo
de los granos o cristales que forma el metal. Todos los metales
tienen una estructura cristalina. A medida que el metal se
calienta, los granos crecen ligeramente hasta que ocurre la
transformacin. Entonces los granos se rompen en granos muy finos.
Estos crecen rpidamente y su tamao mximo est determinado por el
tiempo en que estn a temperatura elevada. Los granos son
importantes para las operaciones de forja, porque los granos
grandes se forman ms fcilmente que los granos finos. Sin embargo,
los aceros con granos finos tienden a tener mejores propiedades
durante el enfriamiento. La mayora de los aceros que se calientan
rpidamente, mantienen una estructura de grano fino. El tamao de
grano resultante despus de la forja es una funcin de la velocidad
de enfriamiento. Los aceros enfriados lentamente tienden a tener un
tamao de grano mayor que aquellos que se enfran ms rpido. Es de
esperarse que las partes pequeas que se enfran rpidamente tengan un
tamao de grano pequeo.
PROCEDIMIENTO DE FORJA DEL MARTILLO AVX EN LA CELULA CECO
23Induccin del martillo AVXDescripcin:1. Coloque los tochos y llene
el alimentador del horno de induccin.1. Encienda el horno de
induccin y el ciclo automtico de alimentacin de tochos hacia el
horno.
1. Las piezas deben salir con una temperatura de 1100C a 1200C,
con un ciclo de 30 segundos por tocho.
UP SET AVXDescripcin:1. Abrir la presin del aire dirigido al
barril y coloque el tocho dentro del barril.
1. Accione el pedal para que baje la masa de la prensa una sola
vez.
1. Accinelo nuevamente para terminar el conformado de la pieza y
saque la pieza del barril.
1. Verifique que la preforma tenga la cupla con las siguientes
especificaciones de dimetro mximo del up set (16oz= 3.6 +- .05,
20oz= 3.8+-.05, 22oz= 3.9+-.05, 28oz= 4.1+-.05).
1. Limpie y lubrique el barril despus de cada pieza echa.
Rolado AVXDescripcin:1. Sujete la preforma obtenida del up set
de la parte de mayor dimetro (cabeza de la preforma).
1. Introduzca la pieza entre los rodillos de izquierda a derecha
pasando la pieza por los 4 canales, pasndolo una vez en el canal 1,
una vez en el canal dos, 3 veces en el canal 3, y dos veces en el
canal 4, girar la pieza 90 sentido horario para pasarlo por cada
uno de los 4 canales.
1. Deposite la pieza en el horno de gas limpie los rodillos con
grafito.
Forja AVX Descripcin:1. Coloque y mantenga en el horno de gas
mximo 8 piezas ya roladas.1. Tome una pieza por el lado de la
flecha y squela del horno.1. El dado tiene 3 moldes los cuales son
mariposa preforma y finalizado, el la figura que se ve a
continuacin nos muestra que el molde 1 es el mariposa el 2 es la
preforma y por ltimo el 3 es el finalizado.
1. Accione el pedal una vez en el molde mariposa.
1. Accione el pedal nuevamente en el molde de preforma.
1. Una vez ms se accionara el pedal para el ltimo pazo el cual
es el molde del finalizado y verifique que la pieza tenga la forma
deseada.
1. Los diferentes tipos de AVX (16oz, 20oz, 22oz, 28oz) llevan
diferente presin de parte del martinete el cual se ajusta en su
tablero de control y as darle las presiones adecuadas y nmero de
golpes para cada tipo de martillo AVX.
1. Estas son la presin y numero de golpes que estn especificados
de acuerdo a cada tipo de martillo (la presin esta en LB/FT^).
AVXMARIPOSANo. De golpesPREFORMANo. De golpesFINALIZADONo. De
golpes
16 oz3000160003120001
20 oz3000160003120001
22 oz5000170003130001
28 oz5000170003140001
Recorte AVXDescripcin:1. Tome la pieza del banco para proceder
con el recorte.
1. Coloque la pieza en el recortador, accione el pedal una sola
vez.
1. Tome el sobrante del recorte y pngalo en el contenedor de
scrap.
1. Recoja la pieza del troquel para formar la ua, verifique que
la pieza salga bien recortada con el mnimo de rebaba en la zona de
particin.Formacin cavidad AVXDescripcin:1. Coloque la pieza en el
primer troquel (formado de ua).
1. Asegurece de retirar la pepa del herramental accione el pedal
una sola vez.1. Verifique que la pieza tenga la forma deseada.1.
Coloque la pieza en el tercer troquel (formador de cabeza).
1. Accione el pedal una sola vez y verifique la pieza que tenga
la forma deseada.1. Tomar la pieza terminada y colocarla en el
contenedor de piezas forjadas y asi para que un operador se las
lleve al siguiente proceso.
CONDICIONES DE LAS MAQUINAS DE FORJAAc veremos las condiciones
que deben tener las mquinas de forja para poder realizar el
martillo AVX ( one piece ), las cuales son necesarias 8 mquinas las
cuales son el horno de induccin automatizado, SET UP, el rolado, el
horno de gas, el martinete, recorte flash, primer troquel (formar
la ua) y segundo troquel (formar el cilindro).Tambin hay que
considerar la vida de los herramentales que utilizan cada mquina
que a continuacin veremos cuales tienen que ser sus condiciones y
cada cuanto hay que hacer cambio de los herramentales.Horno de
induccin.El horno deber tener una temperatura de (1100 a 1200)
C.Tiempo de ciclo es de 30 seg.Panel de control condiciones de
voltaje y amperios que deben tener.
Voltaje %RangoEn KW %Rango
MAX94.6875 V41156 KW
MIN96.21125V52.9180 KW
Amprs %Rango
MAX111.3420 A
MIN120.4492 A
Panel de control del horno de induccin automatizado.
UP SETEl up set es una maquina tipo prensa en la cual lleva una
herramienta llamada barril, son las cuales se encargan de darle la
forma del tocho en un forma de hongo.Para cada tipo de martillo AVX
lleva un tipo diferente de barril porque cada barril tiene
diferentes dimetros.La mquina que se usa para este proceso es una
prensa venson.Tiempo de ciclo de 20 segundos.Los rendimientos de
cada barril son los siguientes.Vida til de cada barril (No. de
piezas) es de 39, 873.Se rectifican cada 5, 500 a 4000
piezas.Precio al proceso el recalentado de los barriles debe de ser
de 200C a 300C.En el UP SET debe llevar una calibracin en el
centrado del barril dependiendo de cada modelo de martillo, porque
sus distancias y centrados son diferentes en cada modelo. Estas son
las distancias que deben llevar en cada modelo de martillos.
MARTILLOS AVX A B
28 oz1.5034.980
22 oz 1.4555.036
20 oz1.4715.030
16 oz1.4635.070
Rolado Es una mquina que tiene una herramienta llamada rodillos
las cuales se encargan en rolar el hogo salido del up set, esta
mquina gira a unas 50 RPM.Cada rodillo debe ser roseado por grafito
cada vez que se haya echo un rolado para que el material se
desplace bien y no se pegue el acero, y tambin para que tenga ms
vida los rodillos.Los rodillos tienen una vida de 40,000
piezas.Tiempo de ciclo de 30 segundos.
Dados # parte
16 ozFAX 00600
20 ozFAX 00600
22 oz FAX 00600
28 ozFAX 00600
Horno de gas El horno solo se encargara de mantener una
temperatura de la pieza de 1100C a 1200C.El horno de gas debe de
tener una temperatura de 1300C a 1400C.El ciclo es de 30
segundos.
Martillo El martinete tambin llamado como ceco 23, se llama asi
porque su capacidad de presin por golpe es de 23,000 LB/FT, este
martinete utiliza un amvil y un ram los cuales sostienen el dado.El
dado es donde tiene la figura grabada para poder forjar la pieza
que necesitemos.Este martinete funciona con presin de aire, el cual
tiene su compresor y su tanque de aire para que cada vez que se
accione el pedal habr una vlvula y libere el aire a presin.La ram
que est unido con el dado es el que est sujeto con el pistn eso
quiere decir que el da el golpe y el amvil es el que est sujeto con
el dado inferior anclados para recibir el golpe del dado superior
junto al ram.Herramental del martilloEn el martillo lleva
herramental llamados dados los cuales son los que llevan la figura
del martillo, estos recibe los golpea que provoca el martillo al
ejercer presin del pistn y el cual lleva dos dados el superior y el
inferior uno unido al ram el cual es el superior y el otro que
lleva el amvil.Por cada golpe recibido hay un desgaste y poco a
poco va deformando la figura de la pieza a forjar, estos
herramentales o dados tienen una vida de 60,000 piezas y se tiene
que rectificar cada 4,000 a 5,000 piezas para asi poder sacar el
martillo en buenas condiciones y cumplan los requisitos de
calidad.
Cortador Estas herramientas que llevan el los troqueles se
dividen en dos partes en la cual una es el punzn y otra es el
recorte