Forja: Tipos, Operaciones y Características

Forja

Introducción a la Forja

La forja es un proceso de fabricación que consiste en deformar un metal, generalmente caliente, mediante golpes o presión. Se utiliza para crear piezas con formas específicas y mejorar sus propiedades mecánicas. Existen dos tipos principales de forja: abierta y cerrada.

Forja Abierta

Características:

• Emplea matrices universales y sencillas.
• Puede usarse una contramatriz de forma.
• Adecuada para piezas unitarias, piezas largas/grandes.
• Sirve para dar preforma.

Forja Cerrada o con Estampa

Características:

• Matrices/estampas con la forma de la geometría deseada en la pieza.
• Presión en la cavidad.
• Adecuada para piezas pequeñas.
• Alta precisión.
• Estampas caras.
• Producción en serie.

Operaciones de Forja

Forja Abierta

• Compresión
• Recalcado
• Identación

Forja Cerrada

Muy diversas, e intervienen varias de ellas en el forjado de una misma pieza.

• Forjado con estampa
• Perforado
• Desbarbado
• Reducción
• Estriado
• Extrusión
• Extrusión lateral

Forja con Estampa

Estampa o matriz cerrada. Se necesitan varios golpes (pasos) para el conformado total:

1. Preformado
2. Conformado de desbaste
3. Conformado de acabado
4. Recortado con estampa

Tipos de Prensas para Forja

Prensas de Forja. Martillos

Suben la matriz por medio de un cilindro neumático/hidráulico y luego se deja caer sobre el material a forjar. La energía de deformación es la energía potencial de la masa de la matriz.

Ventajas:

• Máquina sencilla y robusta.
• Tiempo de presión sobre el material es corto (mayor duración de la matriz).
• Prensas baratas.

Inconvenientes:

• Ruido y vibraciones por el impacto.
• Cimentación costosa.
• Operario cualificado.
• Para mayor capacidad se necesita una máquina muy voluminosa.

Tipos:

• Martillos simples
• Martillos con empuje
• Martillos de contragolpe

Prensas de Husillo

Mecanismo tuerca-husillo para convertir el movimiento de rotación de un volante en movimiento lineal de la matriz. El volante almacena la energía que es liberada en el momento de la acción de la matriz.

Ventajas:

• Ajuste preciso de la carrera y de la fuerza de deformado.
• Tiempo de contacto más bajo.
• Rango de capacidad grande.
• Construcción simple.
• Gran energía de deformación.
• Operación sencilla.
• Fácil mantenimiento.
• Menores ruidos y vibraciones.

Inconvenientes:

• Más caras que las prensas de martillo.

Tipos:

• Prensas de dos volantes
• De un volante (y un cilindro para ascender la matriz)
• De accionamiento directo eléctrico

Prensas de Manivela

La energía acumulada en un volante se transmite a la estampa mediante un mecanismo de biela-manivela.

Características:

• Alto volumen de producción.
• Alto nivel de automatización.
• Buena precisión de los productos forjados.
• Cargas de deformación altas.
• Alta rigidez.
• Tiempo de contacto estampa-material corto.
• Desgaste de la estampa bajo.

Prensas Hidráulicas

La energía de deformación se proporciona por medio de un cilindro hidráulico.

Ventajas:

• Fuerza aplicada en toda la trayectoria.
• Cinemática sencilla.
• Alto nivel de automatización.

Inconvenientes:

• No aprovecha la caída de la matriz.
• Velocidad del ciclo es inferior.
• Alto consumo energético.
• Rigidez reducida de la columna de aceite cuando el cilindro está en su posición inferior.

Estampas para Forja

Elementos que sufren condiciones de trabajo severas: rozamiento, impacto, presión. Si el proceso se realiza rápidamente, aumentan los esfuerzos y la temperatura, y hay un mayor desgaste superficial.

Al diseñarlas:

• Aumentar la resistencia al desgaste (radios de acuerdo).
• Reducir el tiempo de contacto superficial (tiempo de ciclo/llenado, reducir tiempo de calentamiento y aumentar el de enfriamiento).
• Facilitar el flujo de material (asegurar llenado).

En el diseño, también se deben definir las siguientes características:

• Las fases del forjado: Crear flujos uniformes progresivos y asegurar las condiciones de uso de la prensa.
• Geometría de las superficies de la estampa: Posición y forma de la línea de partición, ángulos de salida, radios de las esquinas y creces dimensionales.

En prensas de presión: El volumen de la pieza a forjar se reparte en partes iguales en ambas matrices, los ángulos de salida deben ser grandes (10º a 20º, pendientes del 20-35%), los redondeos amplios de las esquinas en el fondo y en las aristas, y nervios estructurales de baja altura.

En prensas de presión y choque: Bajar la línea de partición (relación 5:7), menores ángulos de salida (4º a 6º, pendientes del 6-7%), redondeos de las esquinas en el fondo y en las aristas más pequeños.

En prensas de choque: Bajar la línea de partición más todavía, asegurar la salida de los gases producidos durante el forjado, y una altura de los nervios grande.

Las superficies frontales de la estampa deben tener una inclinación que dé lugar a un volumen creciente a llenar por el material.

Sobreespesor para piezas pequeñas de 1-2mm y para piezas grandes de 3-5mm.

Debido a la contracción posterior al forjado en caliente, debe sobredimensionarse la estampa en un rango de 0.5-2% según el material.