Conceptos básicos de forja: 5 consejos esenciales que debe conocer | MachineMFG

Conceptos básicos de forja: 5 consejos esenciales que debe conocer

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La forja es un método de procesamiento de metales que utiliza maquinaria de forja para aplicar presión sobre piezas brutas de metal, produciendo una deformación plástica que da lugar a piezas forjadas con propiedades mecánicas, formas y tamaños específicos. Es uno de los dos componentes de la forja, junto con la estampación.

La forja elimina defectos como la porosidad de la fundición en el proceso de fusión, al tiempo que optimiza la microestructura. Además, como se conserva la línea aerodinámica completa del metal, las propiedades mecánicas de las piezas forjadas suelen ser superiores a las de las piezas fundidas del mismo material.

A excepción de las chapas laminadas, los perfiles o las soldaduras de formas sencillas, las piezas forjadas se utilizan sobre todo para componentes cruciales que soportan cargas elevadas y condiciones de trabajo severas en maquinaria relevante.

1. Temperatura de deformación

La temperatura inicial de recristalización del acero es de aproximadamente 727℃. Sin embargo, 800℃ suele considerarse el umbral de la forja en caliente. La forja por encima de 800℃ se denomina forja en caliente, mientras que la forja entre 300℃ y 800℃ se denomina forja templada o semicaliente. La forja a temperatura ambiente se denomina forja en frío.

La forja en caliente es el método más utilizado para fabricar piezas forjadas en la mayoría de las industrias. La forja en caliente y en frío, por su parte, se utiliza principalmente en la industria del automóvil, maquinaria general y otras industrias de producción de piezas. Estos métodos permiten ahorrar materiales de forma eficaz.

Conceptos básicos de forja

2. Tipos de forja

Como se ha mencionado anteriormente, la forja puede clasificarse en forja en caliente, forja en caliente y forja en frío en función de la temperatura. Además, puede clasificarse en forja libre, forja en matriz, laminado en anillo y forja especializada en función del mecanismo de conformado.

1) Forja libre

La forja libre es un método de transformación que consiste en utilizar herramientas universales simples o aplicar directamente una fuerza externa para deformar una pieza en bruto entre el yunque superior e inferior de un equipo de forja, con el fin de obtener la geometría y la calidad interna requeridas.

Las piezas forjadas producidas mediante este método se conocen como piezas de forja libre y suelen fabricarse en pequeños lotes.

Para crear piezas forjadas cualificadas, se utilizan diversos equipos de forja, como martillos de forja y prensas hidráulicas, para dar forma y procesar la pieza en bruto.

Los procesos fundamentales de la forja libre incluyen el recalcado, el estirado, el punzonado, el corte, el doblado, la torsión, la dislocación y el forjado. Este método suele emplear técnicas de forja en caliente.

2) Forja de matrices

La forja con matriz puede clasificarse en dos tipos principales: forja con matriz abierta y forja con matriz cerrada. Durante este proceso, una pieza metálica en bruto se deforma y se prensa en una cámara de forja con una forma específica para crear piezas forjadas.

Normalmente, la forja en estampa se utiliza para fabricar piezas de poco peso y en grandes lotes. Este proceso puede dividirse a su vez en tres tipos: forja en calienteforja en caliente y forja en frío.

Tanto la forja en caliente como la forja en frío se consideran la dirección futura de la forja en estampa y representan avances en la tecnología de forja. La forja en estampa también puede clasificarse en función de los materiales utilizados, entre los que se incluyen los ferrosos troquel metálico forja, forja a presión de metales no férreos y conformado de productos en polvo.

Metales ferrosos, como el acero al carbono, metales no ferrosos como el cobre y aluminioy materiales pulvimetalúrgicos.

Lectura relacionada: Metales ferrosos y no ferrosos

La extrusión es una tipo de troquel forja que pueden clasificarse en extrusión de metales pesados y extrusión de metales ligeros.

La forja en matriz cerrada y el recalcado cerrado son dos procesos avanzados de forja en matriz. Una ventaja significativa de estos procesos es la elevada tasa de utilización de los materiales, ya que no hay rebabas.

Con uno o varios procesos se pueden realizar piezas forjadas complejas.

Además, la ausencia de rebabas reduce el área de tensión de la forja, lo que en última instancia se traduce en menores cargas requeridas.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la pieza en bruto no puede limitarse por completo. Por lo tanto, es necesario controlar estrictamente el volumen de la pieza en bruto, gestionar la posición relativa de la matriz de forja y medir la forja para minimizar el desgaste de la matriz de forja.

3) Anillo abrasivo

El rectificado de anillos es el proceso de producción de piezas anulares de distintos diámetros mediante un equipo especializado, conocido como rectificadora de anillos. También se utiliza en la producción de piezas de ruedas, como bujes de automóviles y ruedas de trenes.

4) Forja especial

Las técnicas especiales de forja incluyen forja de rodillosEl laminado en cuña transversal, la forja radial, la forja en matriz líquida y otros métodos más adecuados para producir determinadas piezas de formas complejas.

El forjado por laminación, por ejemplo, puede servir como un eficaz proceso de preformado que reduce significativamente la cantidad de presión necesaria para las operaciones de conformado posteriores.

La laminación en cuña cruzada se utiliza para producir bolas de acero, ejes de transmisióny otros componentes similares.

La forja radial, por su parte, se utiliza para fabricar grandes cañones, ejes escalonados y otros tipos de piezas forjadas.

Conceptos básicos de forja

5) Matriz de forja

Según el modo de movimiento de la matriz de forja, la forja puede dividirse en laminado oscilante, forjado giratorio oscilante, forjado de rodillo, laminado de cuña transversal, laminado de anillo y laminado transversal.

La forja rotativa, la forja giratoria y el laminado de anillos también pueden procesarse mediante forja de precisión.

Con el fin de mejorar la utilización de los materiales, la forja de rodillos y el laminado transversal pueden utilizarse como proceso previo para los materiales delgados.

Al igual que la forja libre, la forja rotativa también se forma localmente.

Su ventaja es que, en comparación con el tamaño de forja, también puede formarse cuando la fuerza de forja es pequeña.

En este método de forja, incluida la forja libre, el material se expande desde cerca de la superficie de la matriz hasta la superficie libre durante el procesamiento.

Por lo tanto, es difícil garantizar la exactitud.

Controlando por ordenador la dirección de movimiento de la matriz de forja y el proceso de forja rotativa, los productos con formas complejas y se puede obtener una gran precisión con una fuerza de forja baja, como en la producción de piezas forjadas como los álabes de turbinas de vapor con muchas variedades y grandes tamaños.

El movimiento del equipo de forja puede no coincidir con el grado de libertad, que puede clasificarse en los cuatro tipos siguientes:

  • Modo de limitación de la fuerza de forja: Una prensa de aceite con un bloque deslizante accionado directamente por la presión del aceite.
  • Modo de límite de cuasi-carrera: Una prensa de aceite que acciona un mecanismo de biela del cigüeñal mediante la presión del aceite.
  • Modo límite de carrera: A prensa mecánica con una corredera accionada por una manivela, una biela y un mecanismo de cuña.
  • Modo de limitación de energía: Una prensa de tornillo y fricción que utiliza un mecanismo de tornillo.

Para lograr una alta precisión, se debe prestar atención a evitar la sobrecarga en el punto muerto inferior, controlar la velocidad y la posición de la matriz, ya que estos factores pueden afectar a la tolerancia de forja, la precisión de la forma y la vida útil de la matriz.

Además, para mantener la precisión es necesario ajustar la holgura del carril guía del bloque deslizante, garantizar la rigidez, ajustar el punto muerto inferior y utilizar un dispositivo de transmisión auxiliar.

Para forjar piezas esbeltas, lubricar la refrigeración y forjar piezas para la producción a alta velocidad, la corredera puede moverse vertical u horizontalmente. También se pueden utilizar dispositivos de compensación para aumentar el movimiento en otras direcciones.

Los métodos anteriores difieren en la fuerza de forja necesaria, el proceso, la utilización del material, el rendimiento, la tolerancia dimensional y los métodos de lubricación y refrigeración. Estos factores también afectan al nivel de automatización.

3. Materiales de forja

En materiales de forja Incluyen principalmente acero al carbono y acero aleado con diversos componentes, así como aluminio, magnesio, cobre, titanio y sus aleaciones. Estos materiales están disponibles en forma de barras, lingotes, polvo metálico y metal líquido.

La relación de forja se refiere a la relación entre el área de la sección transversal del metal antes de la deformación y el área de la sección transversal después de la deformación. La selección correcta de la relación de forja, una temperatura de calentamiento y un tiempo de mantenimiento razonables, una temperatura de forja inicial y final razonables, y una deformación y velocidad de deformación razonables son esenciales para mejorar la calidad del producto y reducir los costes.

Las barras redondas o cuadradas se utilizan generalmente como piezas en bruto para piezas forjadas de tamaño pequeño y mediano. Estas barras tienen una estructura de grano y unas propiedades mecánicas uniformes y buenas, una forma y un tamaño precisos y una buena calidad superficial, lo que las hace convenientes para la producción en masa. Con una temperatura de calentamiento y unas condiciones de deformación razonables, se pueden producir piezas forjadas de excelente rendimiento sin grandes deformaciones de forja.

En comparación, los lingotes sólo se utilizan para grandes piezas forjadas. Los lingotes tienen una estructura de fundición con grandes cristales columnares y un centro suelto. Por lo tanto, es necesario romper los cristales columnares en granos finos y compactarlos mediante una gran deformación plástica para obtener una microestructura metálica y unas propiedades mecánicas excelentes.

La preforma pulvimetalúrgica puede convertirse en forja en polvo mediante forja sin matriz en caliente. La forja en polvo tiene propiedades similares a la forja en matriz general, incluidas buenas propiedades mecánicas y alta precisión, y puede reducir el corte posterior. La estructura interna de la forja en polvo es uniforme, sin segregación, lo que la hace ideal para engranajes pequeños y otras piezas de trabajo. Sin embargo, el precio del polvo es mucho más elevado que el de las barras generales, lo que limita su aplicación en la producción.

La forja en coquilla de metal líquido es un método de conformación intermedio entre la fundición en coquilla y la forja en coquilla. Aplicando presión estática al metal líquido vertido en el orificio de la matriz para que se solidifique, cristalice, fluya, se deforme plásticamente y se moldee bajo la acción de la presión, se pueden obtener piezas forjadas en matriz con la forma y las propiedades requeridas. Este método es especialmente adecuado para piezas complejas de paredes finas que son difíciles de conformar mediante forja en matriz general.

Por último, las aleaciones forjadas de superaleaciones con base de hierro, superaleaciones con base de níquel y superaleaciones con base de cobalto también pueden completarse mediante forja o laminación. Sin embargo, estas aleaciones son relativamente difíciles de forjar debido a su estrecha zona plástica. Por lo tanto, existen requisitos estrictos para la temperatura de calentamiento, la temperatura de forja abierta y la temperatura de forja final de los diferentes materiales.

4. 4. Flujo del proceso

Varios métodos de forja emplean procesos diferentes, y entre ellos, la forja en caliente tiene el flujo de proceso más largo.

La secuencia típica es la siguiente: troquelado de la pieza bruta de forja → calentamiento de la pieza bruta de forja → preparación de la pieza bruta de forja en rollo → conformado mediante forja en matriz → recorte → punzonado → corrección → inspección intermedia para comprobar el tamaño y los defectos superficiales de la forja → tratamiento térmico de la forja para eliminar tensiones y mejorar. corte de metales rendimiento → limpieza para eliminar la cascarilla de óxido superficial → corrección → inspección.

Normalmente, las piezas forjadas se someten a inspecciones de aspecto y dureza, mientras que las piezas forjadas importantes también se someten a inspecciones de análisis de composición química y propiedades mecánicas, tensión residualy otros ensayos no destructivos (END).

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5. Características de las piezas forjadas

Comparada con la fundición, la forja puede mejorar la microestructura y las propiedades mecánicas de los metales.

Cuando el metal se deforma y recristaliza por el método de forja en caliente, las estructuras originales de grano grueso dendrítico y columnar se transforman en estructuras de recristalización equiaxial con granos más finos y uniformes. Este proceso hace que la segregación, la porosidad, la inclusión de escoria y otras imperfecciones originales del lingote sean más compactas y soldadas, lo que mejora la plasticidad y las propiedades mecánicas del metal.

Las propiedades mecánicas de las piezas fundidas suelen ser inferiores a las de las piezas forjadas del mismo material.

Además, el forjado asegura la continuidad de la estructura de la fibra metálica y mantiene la coherencia de la estructura de la fibra con la forma de las piezas forjadas. El proceso completa la línea de flujo del metal y garantiza que las piezas posean buenas propiedades mecánicas y una larga vida útil.

Las piezas forjadas producidas mediante forja de precisión, extrusión en frío, extrusión en caliente y otros métodos son superiores a las piezas de fundición.

La forja consiste en prensar el metal para darle la forma deseada o aplicar una fuerza de compresión adecuada mediante deformación plástica, normalmente con un martillo o a presión. El proceso de forja refina la estructura de las partículas y mejora las propiedades físicas del metal. En aplicaciones prácticas, una pieza correctamente diseñada puede dirigir el flujo de partículas en la dirección de la presión primaria.

La fundición es el proceso de obtención de un objeto metálico moldeado utilizando diversos métodos de fundición. El metal líquido fundido se inyecta en un molde preparado mediante vertido, inyección, succión u otras técnicas de fundición. A continuación, el objeto se enfría, se desprende la arena, se limpia y se somete a un tratamiento posterior para conseguir una forma, un tamaño y un rendimiento determinados.

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