Universidad Técnica de Ambato. Barreno, Alex., Espín, Daniel., Miranda, Kevin., Rodríguez, Sebastián y Sánchez, Alejandro. Forjado con troquel impresor
FORJADO CON TROQUEL IMPRESOR Barreno, Alex., Espín, Daniel., Rodríguez, Sebastián., Sánchez, Sánchez, Alejandro., y Miranda Kevin. Universidad Técnica de Ambato generalmente varios nombres especializados. En consecuencia el término “forja” se asocia comúnmente a la forja en caliente. Resumen —
Se estudia acerca de las características y procesos del forjado y de manera más profunda el forjado con troquel impresor sus procesos y cada uno de los pasos a seguir como el contacto inicial, la compresión final, cerradura final de los troqueles. Además se estudiara como medir la fuerza que se deberá aplicar en el forjado y las diferencias que existe entre el forjado con troquel impresor con el forjado a precisión. precisión. I. INTRODUCCIÓN El forjado es la operación más antigua para formado de metales y se remonta quizá al año 4000 a.C. fue el primero de los procesos del tipo de compresión indirecta y se utilizó por primera vez para realizar joyería, monedas y diversos implementos martillando el metal con herramientas hechas de piedra. En la actualidad el forjado es un proceso industrial industrial importante, mediante el cual se hacen una variedad de componentes de alta resistencia para automóviles, vehículos aeroespaciales y otras aplicaciones. Las partes forjadas incluyen grandes rotores para turbinas, engranes, tornillos y remaches, cuchillería, herramientas manuales, diversos componentes estructurales para maquinaria, aeronaves y vías férreas, así como otros equipos de transporte.
La mayoría de las operaciones de forja se realiza en caliente (por arriba o por debajo de la temperatura de cristalización), dada la deformación que demanda el proceso y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal de trabajo, sin embargo el forjado en frío es muy común para ciertos productos. La ventaja del forjado en frío es que incrementa la resistencia que resulta del endurecimiento por deformación deformación del componente. A diferencia de las operaciones de laminado, que por lo general producen placas, láminas, cintas o varias secciones transversales estructurales continuas, las operaciones de forjado producen partes discretas.
A. Definición
El forjado es un proceso de deformación en el cual se moldea el material de trabajo mediante fuerzas sucesivas de compresión aplicadas por medio de matrices y herramental, los esfuerzos de compresión exceden el esfuerzo de fluencia del metal. En el forjado se aplica la presión por impacto en forma gradual (rápido o lentamente). La diferencia depende más del tipo de equipo usado que de las diferencias en la tecnología de los procesos. B. Clasificación
Una forma de clasificar las operaciones de forja es mediante la temperatura de trabajo. Las operaciones se pueden realizar en frío o caliente, pero cuando es en frío los procesos reciben
Trabajo de Procesos de fabricación
C.
con o rjado F orjado
troquel impr esor
El for jado con troquel impr esor , llamado algunas veces for jado en troquel cerr cerr ado , se realiza con troquel que tiene la forma inversa de la requerida para la pieza. Este proceso se ilustra en una secuencia secuencia de tres pasos pasos en la la figura. 1) Inmediatamente antes del contacto inicial con la pieza de trabajo en bruto 2) Compresión parcial 3 )Cerradura final de los troqueles, ocasionando la formación de rebaba entre las placas placa s del troquel.
Universidad Técnica de Ambato. Barreno, Alex., Espín, Daniel., Miranda, Kevin., Rodríguez, Sebastián y Sánchez, Alejandro. Forjado con troquel impresor
La pieza de trabajo inicial se muestra como una pieza cilíndrica similar a la de las operaciones previas en troquel abier to. Al cerrarse el troquel y llegar a su posición final, el metal fluye más allá de la cavidad del troquel y forma una rebaba en la peque ña abertur a entre las placas del troquel. Aunque la rebaba se debe recortar después, tiene realmente una función importante en el forjado por impresión, ya que cuando ésta empieza a formarse en el hueco del troquel, la fricción se opone a que el metal siga fluyendo hacia la abertura, y de esta manera fuerza al material de trabajo a permanec er en la cavidad. En el forjado en caliente, la restricción del flujo de metal es mayor debido a que la rebaba delgada se enfría rápidamente contra las placas del troquel, incrementando la resistencia a la deformación. La restricción del flujo de metal en la abertura hace que las presiones compresión incrementen de se significativamente, for zando al material a llenar los detalles algunas veces intrincados de la cavidad del troquel; con esto se obtiene un producto de alta calidad. Con frecuencia se requieren varios pasos de formado en el forjado con troquel im presor para transformar la forma en blanco inicial en la forma final deseada. Para c ada paso se necesitan cavidades separadas. Los pasos iniciales se diseñan para redistribuir el metal en la pieza de trabajo y conseguir así una deformación uniforme y la estructura metálica requerida en las etapas subsecuentes. Los últimos pasos le dan el acabado a la pieza final. Además, cuando se usa martinete, se pueden requer ir varios golpes de martillo pa r a cada paso. Cuando el forjado con martinete se hace a mano, como sucede a menudo, se requiere considerable habilidad del operador para lograr resultados con sistentes en condiciones adversas. Varias operaciones de forjado en troquel abierto: a) con troqueles convexos b) con troqueles cóncavos c) por secciones.
Debido a la formación de rebaba en el forjado con troquel impresor y a las f o r ma s más complejas de las piezas hechas con estos troqueles, las fuerzas en este proceso son considerablemente más grandes y más difíciles de analizar que en el forjado en t r oque l abierto. Con frecuencia se usan fórmulas y factores de diseño relativamente simples pa r a estimar las fuerzas en el forjado con troquel impresor. La fórmula de la fuerza es la mism a de la ecuación para el forjado en troquel abierto, pero su interpretación es liger amente d ifer ente : F = K f Y f A Donde
F = fuerza máxima en la operación, N (lb); A= área proyectada de la pieza, incluida la rebaba, mm2 Yf = esfuerzo de fluencia del material, MPa (lb/in2); K f= factor de forma del forjado En el forjado en caliente, el valor apropiado de Y f es la resistencia a la fluencia del metal a temperatura elevada. En otros casos, la selección del valor ap r opiado del esfuerzo de fluencia es difícil porque para las formas complejas la deformación va r ía a través de la pieza de trabajo. En la ecuación K f es un factor con el que se i ntenta tomar en cuenta el incremento de la fuerza requerida para forjar formas complejas. La ta bla muestra la escala de valores de K f para diferentes formas de la pieza. O bvia mente, el problema, al especificar el valor apropiado de K f para una forma dada de trabajo, li m ita la precisión de la estimación de la f uer z a. Forma d e la
pieza:
K f
de
la
K f
pieza:
Forjado con troquel impresor
6.0
Formas simples con rebaba
Formas complejas con
8.0
rebaba
Formas muy complejas con rebaba Trabajo de Procesos de fabricación
Forma
Forjado sin rebaba: Acuñado (superficies superior e inferior)
Formas complejas
10.0
6.0
8.0
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La ecuación se aplica a la fuerza máxima durante la operación, ya que ésta determinará la capacidad requerida de la prensa o martinete que se use en la ope rac ión . La fuerza máxima se alcanza al final de la carrera o golpe de forjado donde el área pro yectada es más grande y la fricción es má xima. El forjado con troquel impresor no tiene tolerancias estrechas de trabajo y f re cuente- mente se requiere el maquinado para lograr la precisión necesaria. El proceso de f or jado genera la configuración geométrica básica de la pieza y el maquinado realiza los acabados de precisión que se requieren en algunas porcione s de la pieza (por ejemplo, pe r fo raciones, cuerdas y superficies que deben coincidir con otros componentes). Las venta ja s del forjado sobre el maquinado completo de la pieza son: velocidades de producc ión má s alta, conservación del metal, mayor resistencia y orientación más favorable de los gr ano s de metal. En la figura se ilustra una comparación del flujo granular en el forjado y en el maquin ado . Las mejoras en la tecnología del forjado con troquel impresor han tenido como r esu ltado la capacidad de produci r forjados con secciones más delgadas, formas más comple ja s, reducción drástica de los requerimientos de ahusamiento en los troqueles, tolerancias m á s estrechas y la virtual eliminación de tolerancias al maquinado. Los procesos de f or jado con estas características se conocen como for jado de precisión . Los metales más c omune s que se usan en el forjado de precisión son el aluminio y el titanio. Comparación del flujo de granos metálicos en una pieza que es: a) forjada en caliente con acabado maquinado b) completamente maquinada.
Note que el forjado de precisión en este ejemplo no elimina las rebabas, aunque sí las reduce. Algunas operaciones de forjado de precisión se realizan sin producir r ebaba. El forjado de precisión se clasifica propiame nte como un proceso de forma neta o cas i neta , dependiendo de la necesidad del maquinado para acabar la forma de la pieza. Secciones transversales de: a) Forjado convencional b) Forjado de precisión Las líneas punteadas en a indican los requerimientos de maquinado posterior para convertir una pieza de forjado convencional en una forma equivalente a la de forjado de precisión. En ambos casos tienen que recortarse la rebaba.
II. CONCLUSIONES 1. La mayoría de las operaciones de forja se realiza en caliente dada la deformación que demanda el proceso. 2. Gracias a las mejoras en la tecnología del forjado con troquel se han logrado crear forjados con secciones más delgadas, tolerancias más estrechas y formas más complejas. 3. La ventaja del forjado en frío es que incrementa la resistencia que resulta del endurecimiento por deformación del componente. 4. A diferencia de las operaciones de laminado el forjado crea partes discretas 5. Las fuerzas en este proceso son considerablemente más grandes y más difíciles de analizar que en el forjado en tr oquel abierto.
a)
b)
Las mejoras en la tecnología del forjado con troquel impresor han tenido como r esu ltado la capacidad de produci r forjados con secciones más delgadas, formas más comple ja s, reducción drástica de los requerimientos de ahusamiento en los troqueles, tolerancias m á s estrechas y la virtual eliminación de tolerancias al maquinado. Los procesos de f or jado con estas características se conocen como for jado de precisión . Los metales más c omune s que se usan en el forjado de precisión son el aluminio y el titanio. En la figura s e muestra una comparación del forjado de precisión y el forjado convencional con t r oque l impresor. Trabajo de Procesos de fabricación
III. REFERENCIAS
[1]Mikell P. Groover, Fundamentos de manofactura moderna: Materiales procesos y sistemas, En línea, Disponible: http://www.freelibros.org/ingenieria/fundamentosde-manufactura-moderna-3ra-edicion-mikell-p-groover.html [2] Euskal Herriko Unibertsitatea, El proceso de forja,En línea Disponible: http://www.ehu.eus/manufacturing/docencia/713_ca.pdf [3] Introduccion a los procesos de manufactura, En línea, Disponible: http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecnoII/PDF/cap-11.pdf
