Selección de Prensas de Forja: Cómo calcular el tonelaje para obtener resultados óptimos | MachineMFG

Selección de prensas de forja: Cómo calcular el tonelaje para obtener resultados óptimos

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Visión general

El martillo de forja, la prensa de husillo y la prensa de forja en caliente son los tres principales equipos de forja de la industria de forja.

Aunque las tecnologías respectivas se han desarrollado a lo largo de muchos años, tienen capacidades diferentes debido a sus características de rendimiento únicas.

forja de troqueles

Cálculo del tonelaje de forja

El tonelaje de forja se refiere a la fuerza máxima (normalmente medida en toneladas) que puede soportar una máquina de forja. Esta fuerza es suficiente para deformar plásticamente los metales, produciendo así las piezas forjadas necesarias.

Según la definición de la Asociación China de Forja, las grandes piezas forjadas son productos de forja libre producidos por máquinas hidráulicas de más de 1.000 toneladas y martillos de forja libre de más de 5 toneladas, así como piezas forjadas producidas por equipos de forja en caliente de más de 6.000 toneladas y martillos de forja en caliente de más de 10 toneladas.

En aplicaciones prácticas, la selección del tonelaje de forja adecuado implica tener en cuenta diversos factores, como el tamaño, la forma y el grado de deformación requerido de las piezas forjadas.

Por ejemplo, el tonelaje de una prensa de husillo puede calcularse mediante la fórmula P= p/q= (64~73)F/q, donde P es el tonelaje de la prensa de husillo (KN), p es la fuerza de deformación necesaria para la forja de la matriz (KN), y F es el área de proyección de la forja junto con la rebaba (cm2).

Además, también se utilizan métodos de cálculo teóricos y fórmulas empíricas para determinar el tonelaje de los equipos.

Características de rendimiento y selección de equipos de forja

1. Martillo de forja

1.1 Características de rendimiento

El martillo de forja de troqueles es un equipo de forja utilizado para producir diversas piezas forjadas de troqueles en condiciones de producción de lotes medianos a grandes.

Es versátil y puede utilizarse para múltiples tipos de troqueles forja.

Debido a su estructura sencilla, alta productividad, bajo coste y adaptabilidad al proceso de forja en matriz, se utiliza ampliamente como equipo de forja.

El papel del martillo de forja en la industria moderna de la forja depende de los siguientes factores:

  • Estructura sencilla y bajo coste de mantenimiento;
  • Fácil de manejar y flexible;
  • El martillo de forja puede utilizarse para forjar varias matrices, sin necesidad de equipos de preforja y con una gran versatilidad;
  • La velocidad de conformado es rápida, adaptabilidad a diferentes tipos de piezas forjadas;
  • La inversión en equipos es baja (sólo 1/4 de la inversión en prensas de forja en caliente).

La principal ventaja del martillo de forja es su rápida velocidad de golpe, que se traduce en un breve tiempo de contacto con el molde y lo hace ideal para situaciones que requieren una deformación a alta velocidad para llenar el molde.

Esto incluye las piezas forjadas con placas acanaladas finas, formas complejasy estrictos requisitos de tolerancia de peso.

Debido a sus características de funcionamiento rápido y flexible, tiene una gran capacidad de adaptación y a veces se le denomina equipo "universal".

Por lo tanto, es especialmente adecuada para la producción de múltiples tipos y lotes pequeños.

En términos de rentabilidad, el martillo de forja es el más ventajoso equipos de conformado.

Martillo de forja

1.2 Cómo elegir un martillo de forja

La energía máxima de impacto del martillo de forja es el parámetro más crítico para determinar su capacidad de trabajo.

A la hora de elegir la energía de impacto de martilleo necesaria, puede utilizarse como referencia la siguiente fórmula:

E=25(3,5~6,3)KFtotal

En la fórmula:

  • E-Energía necesaria para las piezas forjadas (J);
  • Coeficiente del tipo de acero K (0,9 para acero con bajo contenido de carbono; 1 para acero con contenido medio de carbono y bajo contenido de carbono. acero aleado1,1 para aceros de media aleación y bajo contenido en carbono; 1,25 para aceros estructurales de alta aleación.)
  • Ftotal-Superficie de deformación total del plano de forja (incluida la piel y la rebaba) (㎝)2)

Cuando se realiza una producción por lotes y se necesita una alta productividad, la fórmula utiliza el valor límite superior de 6,3. En los casos en los que se puede realizar la etapa final de forja y la productividad no es una preocupación, se utiliza el límite inferior de 3,5.

2. Prensa de husillo

Prensa de husillo

2.1 Características de rendimiento

La prensa de husillo es adecuada para procesos de forja, recalcado, prensado de precisión, corrección, recorte y plegado.

Sin embargo, su capacidad de carga excéntrica media es significativamente menor en comparación con la del forja en caliente prensa y el martillo de forja.

En consecuencia, no es adecuado para operaciones de calentamiento multiproceso (como la desincrustación, la preforja y el recorte).

Por lo tanto, cuando se utiliza una prensa de husillo para la forja final, es necesario un equipo adicional para llevar a cabo procesos auxiliares.

Las características de forja de la prensa de husillo vienen determinadas por el rendimiento del equipo.

Dado que la prensa de husillo tiene las características de trabajo dual tanto del martillo de forja de troquel como de la prensa de forja de troquel caliente, tiene las siguientes características:

  • Tener un cierto impacto durante el proceso de trabajo;
  • La carrera de la corredera no es fija; el aparato está equipado con un dispositivo de expulsión;
  • La fuerza recibida entre la corredera y la mesa durante la formación del forjado es recibida por la estructura del bastidor de la prensa.

Por lo tanto, la forja de la matriz de la prensa de husillo tiene las siguientes características:

  1. La corredera de la prensa de husillo tiene una velocidad de carrera lenta y un impacto mínimo, lo que permite múltiples deformaciones en una sola ranura. Como resultado, puede proporcionar una amplia energía de deformación para procesos de deformación grandes (como el recalcado y la extrusión), y también puede producir una fuerza de deformación significativa para procesos de deformación más pequeños (como el prensado de precisión y el estampado).
  2. Dado que la carrera de la corredera no es fija y dispone de un dispositivo de expulsión, es adecuada para el recalcado en forja sin estampación y forja de barras largas. Para el proceso de extrusión y recorte, debe añadirse al molde un dispositivo de carrera límite.
  3. La prensa de husillo tiene una capacidad limitada para manejar cargas excéntricas y se utiliza generalmente para la forja de matrices de una sola ranura. La pieza en bruto suele fabricarse en otro equipo auxiliar. En casos de fuerzas excéntricas pequeñas, es posible disponer de dos ranuras, como en el proceso de plegado de prensa seguido de forjado final o recalcado seguido de forjado final.

El uso de una prensa de husillo para la forja de matrices está limitado por factores desfavorables, como el tonelaje del equipo, la baja velocidad de funcionamiento y la necesidad de equipos auxiliares para el troquelado. Se suele utilizar para la producción de lotes pequeños y medianos de piezas forjadas de tamaño pequeño a mediano.

2.2 Adaptabilidad a otras matrices de forja press

La prensa de husillo funciona con energía de golpe y tiene características de trabajo similares a las de un martillo de forja. La carrera de la corredera de la prensa es ajustable y puede volver a cualquier posición antes de alcanzar su punto más bajo. La cantidad de energía de golpeo y el número de golpes pueden controlarse en función del trabajo de deformación requerido de la forja.

Sin embargo, durante la forja, la resistencia a la deformación de la forja se equilibra con la deformación elástica del sistema de cierre de la bancada. La prensa de husillo tiene una estructura similar a la de una prensa de forja en caliente, lo que la convierte en un dispositivo de forja por estampación con cierta capacidad de sobrecarga.

La capacidad media de carga excéntrica de la prensa de husillo es menor en comparación con la de la prensa de forja en caliente y el martillo de forja de matriz CNC, por lo que sólo es adecuada para la forja de matriz de una sola ranura. Cuando se utiliza una prensa de husillo para la forja final, puede ser necesario un equipo adicional para completar el proceso auxiliar.

La corredera de la prensa de husillo tiene una velocidad de carrera más lenta y una frecuencia de funcionamiento más baja, y sólo puede realizar la deformación de un solo golpe en una ranura. Durante la deformación de un solo golpe, la parte central de la pieza en bruto sufre una deformación significativa, lo que hace que fluya horizontalmente y forme un gran borde intermitente, dificultando el llenado del metal en ranuras profundas y aumentando la probabilidad de plegado en comparación con la forja con martillo. Esto es especialmente pronunciado en las piezas forjadas con formas de sección transversal complejas.

Además, la prensa de husillo tiene poca flexibilidad y una vida útil más corta en comparación con las matrices. a CNC martillo de forja de matriz. Es adecuado para forjar piezas con una forma relativamente sencilla, requisitos de precisión bajos y alta energía de deformación. El operario suele determinar la energía de golpe y la frecuencia en función del trabajo de deformación que requiera la pieza.

Sin embargo, la prensa de husillo tiene un rendimiento de control deficiente en comparación con un martillo de forja de matriz CNC, lo que provoca una calidad de forja inestable y dificultades en la automatización. Suele utilizarse para la producción de lotes pequeños y medianos de piezas de forja pequeñas y medianas.

2.3 Cómo seleccionar prensa de tornillo

La fórmula de cálculo para seleccionar el tonelaje de la prensa de tornillo es la siguiente:

1)P= p/q=(64~73)F/q

En la fórmula:

  • P-Tonelaje de prensado del tornillo (KN);
  • p-Fuerza de deformación necesaria para forjar la matriz (KN);
  • Pieza forjada junto con la superficie proyectada del destello (㎝)2)
  • (64~73)-El coeficiente de las piezas forjadas complejas es 73, y el de las piezas forjadas simples es 64;.
  • q-q es un coeficiente de deformación, que se puede dividir en carrera y trabajo de deformación en la forja de troqueles de una prensa de tornillo:.

① Para las piezas forjadas que requieren una gran carrera de deformación, deformación y trabajo de deformación para la forja en matriz, el valor de q debe estar comprendido entre 0,9 y 1,1.

② Para las piezas forjadas que requieren una carrera de deformación y un trabajo de deformación menores para la forja en matriz, el valor de q es 1,3.

③ Para las piezas forjadas que sólo requieren una pequeña carrera de deformación pero necesitan una gran fuerza de deformación para un prensado de precisión, el valor de q es 1,6.

2) P=(17,5~28)K-Ftotal(KN)

En la fórmula:

  • Ftotal-Superficie total proyectada de las piezas forjadas junto con la rebaba (㎝)2);
  • Coeficiente del tipo de acero K (0,9 para acero con bajo contenido de carbono; 1 para acero con contenido medio de carbono y bajo acero aleado al carbono1,1 para aceros de media aleación y bajo contenido en carbono; 1,25 para aceros estructurales de alta aleación.)
  • (17.5~28)-El coeficiente 28 se utiliza para las dificultades de deformación (como la deformación por extrusión, la deformación del borde de destello, etc.) y la alta productividad. De lo contrario, el coeficiente se toma como 17,5.

La fórmula anterior se aplica al cálculo del tonelaje de equipo necesario para carreras de forja dobles o triples. Si se necesita una sola carrera de forja, el cálculo debe multiplicarse por dos.

3. Prensa de forja en caliente

Prensa de forja en caliente

3.1 Características de rendimiento

Las características de la forja en prensas de forja en caliente vienen determinadas por el diseño estructural de la prensa. Presenta las siguientes características notables:

La rigidez del bastidor de la prensa de forja en caliente y del mecanismo de articulación de la manivela es elevada, lo que se traduce en una deformación elástica mínima durante el funcionamiento, lo que se traduce en una mayor precisión en las piezas forjadas producidas.

El deslizador incorpora una estructura adicional en forma de nariz que aumenta la longitud de guiado y mejora la precisión de éste. Con un guiado preciso y el uso de una matriz combinada con un dispositivo de guiado, las prensas de forja en caliente son capaces de producir piezas forjadas con mayor precisión. Las ranuras de cada escalón se realizan en un cómodo inserto y se fijan al encofrado universal mediante tornillos de sujeción, eliminando el contragolpe durante el funcionamiento.

La carrera de trabajo de la prensa es fija, con un paso completado en una sola carrera y un dispositivo de expulsión automática incluido.

3.2 Adaptabilidad a otros equipos de forja con troquel:

La prensa de forja en caliente tiene una carrera determinada y funciona a baja velocidad, lo que permite que la pieza en bruto sufra la deformación predeterminada en una sola carrera. Sin embargo, esto provoca una deformación importante en el centro del tocho, lo que hace que fluya fácilmente en dirección horizontal y forme una gran rebaba, que impide rellenar eficazmente el metal de las ranuras profundas.

Además, el plegado de las piezas forjadas es más probable que se produzca que el martilleo, sobre todo en el caso de las que tienen formas de sección transversal complejas.

Para superar estos retos, es necesario utilizar un paso de corte para acercar la pieza en bruto a la forma de forja deseada, lo que requiere un diseño cuidadoso del paso de forja en matriz. Por otro lado, los martillos de forja tienen un elevado número de golpes por minuto y pueden controlar el peso del martillo para cumplir los requisitos de deformación de la pieza en bruto. Esto facilita el manejo y la forja de las piezas forjadas, como el alargamiento y el laminado.

Sin embargo, los procesos de laminado largo y laminado son difíciles de llevar a cabo en una prensa de forja en caliente. Para las piezas en bruto de tipo varilla larga con grandes diferencias de sección transversal, otros equipos, como los martillos neumáticos, forja de rodillos o máquinas de forja plana.

La prensa de forja en caliente también tiene dificultades para eliminar la cascarilla de óxido de la superficie de la pieza en bruto, sobre todo en sus extremos, que se presiona fácilmente en la superficie de la forja.

Para evitarlo, hay que utilizar el calentamiento eléctrico y otros métodos de calentamiento sin oxidación. La prensa de forja en caliente adopta una matriz combinada con un dispositivo de guía, y las ranuras de cada paso se realizan en insertos convenientes.

Este diseño hace que el tamaño de las matrices de inserción sea mucho menor que el de los martillos, lo que ahorra material de moldeo y hace que la fabricación, el uso y la reparación de los moldes de inserción sean mucho más cómodos.

3.3 Cómo elegir una prensa de forja en caliente

El tonelaje de la prensa de forja en caliente se determina en función de la resistencia máxima a la deformación al final del proceso de forja. La presión de forja (P) puede calcularse mediante la siguiente fórmula empírica:

P=(64~73)KF

En la fórmula:

  • F-Superficie de proyección de las piezas forjadas, incluidos los puentes (cm)2);
  • Coeficiente del tipo de acero K (0,9 para acero con bajo contenido de carbono; 1 para acero con contenido medio de carbono y acero aleado con bajo contenido de carbono; 1,1 para acero con contenido medio de carbono y baja aleación; 1,25 para acero estructural de alta aleación);

Para las piezas forjadas con forma simple, gran superficie redonda, nervaduras bajas y gruesas, y pared gruesa, el coeficiente de complejidad tiene un valor pequeño, y lo contrario es cierto.

Tabla comparativa de rendimiento de la prensa de forja de tres matrices

Artículo

Martillo de vaporPrensa de husilloPrensa de manivela

Martillo de forja

Velocidad de golpe(m/s)4~70.6~0.80.3~0.74~6
Tiempo de golpe en frío (ms)2~330~6030~602~3
Tiempo de formación (ms)5~1530~15080~1205~15
Frecuencia de las huelgas80~1006~1540~8080~110
FlexibilidadBienMalMalBien
Ratio de inversión11~242
AdaptabilidadLote pequeño multivarietalPieza única en grandes cantidadesPieza única en grandes cantidadesLote pequeño multivarietal
Complejidad de la estructuraMás sencilloMediaLo más complicadoSimple
Grado de automatizaciónMalMalBienBien
Principio de forjaConformado múltiple con martilloUna formación de impactoFormación de la presión estáticaConformado múltiple con martillo
Precisión de trabajoMalMalAltaAlta
Comparación del consumo de energía152~331

Relación de equivalencia de los equipos de forja de tres matrices

Al seleccionar equipos de forja con capacidades similares, la relación de conversión entre las capacidades de los equipos de forja es la siguiente: un martillo de forja con troquel de 25KJ (martillo de doble efecto de 1 tonelada) equivale a una prensa de forja en caliente de 10.000 KN, que a su vez equivale a una prensa de husillo de 3.500 a 4.000 KN.

¿Cómo elegir el tonelaje adecuado de la prensa de forja en función de los distintos tipos de piezas forjadas?

La selección del tonelaje de forja adecuado requiere una consideración inicial del tamaño y la deformación de las piezas forjadas. Para los distintos tipos de piezas forjadas, el equipo de forja necesario, el consumo de unidades de potencia de combustible, el consumo de moldes, etc. varían, lo que significa que la elección del tonelaje debe basarse en las circunstancias específicas de las piezas forjadas.

Por ejemplo, las aleaciones de titanio tienen una gran resistencia a la deformación durante el proceso de forja, por lo que, al elegir el equipo de tonelaje de forja, debe prestarse especial atención al tamaño y la deformación de las piezas.

Además, la calidad de la forja es un factor importante.

En general, las piezas forjadas con mayor resistencia y dureza pueden soportar mayores cargas y presiones, lo que significa que el grado de la pieza forjada también debe tenerse en cuenta a la hora de seleccionar el tonelaje de forja. Por ejemplo, el acero de grado 3 tiene mayor resistencia y dureza que el acero de grado 2, por lo que la elección del tonelaje de forja puede requerir equipos más grandes para satisfacer sus necesidades de procesamiento.

La elección del tonelaje de forja adecuado requiere una consideración exhaustiva del tamaño y la deformación de las piezas forjadas, el grado del material y los costes de producción.

En la práctica, esto puede lograrse calculando el tonelaje de la presión de forja y disponiendo la posición de la cavidad del molde junto con el espacio de trabajo y la estructura del equipo, lo que permite el diseño global de los componentes del molde de forja. Esto garantiza no sólo la calidad de las piezas forjadas, sino también un control eficaz de los costes de producción.

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6 comentarios en “Forging Press Selection: How to Calculate Tonnage for Optimal Results”

  1. SRIKUMAR CHAKRABORTY

    Señor,
    La prensa hidráulica de 800T de capacidad puede forjar en caliente con seguridad grados de acero de aleación como D2 (composición nominal: C 1,55, Cr 11,5, Mo 0,80, V 0,90, S y P 0,035 como máximo) con un tamaño de entrada de 30 pulgadas, es decir, lingote de 750 mm de diámetro, y una salida redonda de 350 mm a una temperatura de forja de 1180 ºC.
    Estaré agradecido de recibir su opinión - Saludos - Srikumar Chakraborty.

  2. Pankaj Khandare

    Cómo calcular el tonelaje de la rueda volante para la forja en frío de varilla de 8 mm, después de la forja El diámetro de la varilla se deforma en 22 mm y el espesor es de 2 mm

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