Proceso de Forja: Tipos, Fases y Aplicaciones Industriales

1. Definición y Ciclo Térmico de la Forja

La forja es un proceso de deformación por compresión de un material, usualmente metálico, colocado entre matrices o estampas. El ciclo térmico de la forja comprende tres fases principales:

• Calentamiento: El metal se calienta a la máxima temperatura posible sin llegar a su punto de fusión. Durante la deformación, se le comunica energía mecánica, y parte de esta se disipa en forma de calor. La forja en caliente minimiza la energía necesaria y maximiza la deformación, pero dificulta el control dimensional debido a la contracción no uniforme del metal al enfriarse. Por ello, a veces se realiza a temperatura ambiente, aunque la deformabilidad es menor.
• Deformación: La deformación en la forja se debe a esfuerzos de compresión. La fuerza aplicada se denomina carga de forja y depende del metal. La deformabilidad también está influenciada por el tamaño de grano; granos grandes dificultan la forja. En una operación real, la carga y la presión dependen del límite de fluencia del metal. Bajo condiciones de lubricación perfectas, la presión es uniforme e igual al límite de fluencia.
• Enfriamiento: El enfriamiento comienza desde que la pieza sale del horno. Debe ser gradual para evitar grietas, especialmente en piezas grandes, donde las tensiones internas por diferencias de temperatura entre el núcleo y la periferia son mayores. El enfriamiento puede ser al aire o, en materiales delicados, dentro del horno.

2. Forja Mecánica

Actualmente, la forja mecánica es la más común. Permite trabajar piezas grandes o series extensas aplicando esfuerzos violentos y bruscos (martinetes) o continuos (prensas). La elección entre prensa y martillo depende del peso y la sección de la pieza (martillo para menos de 5000 kg, prensas para hasta 100 toneladas).

3. Estampación, Recalcado y Extrusión

Estos procesos son variantes de la forja en caliente. Comparten la característica de producir fluencia de partículas de material sin pérdida de cohesión, obteniendo una pieza sólida con una forma definida.

• Estampación: El material se somete a esfuerzos de compresión sin una dirección específica. Se utiliza ampliamente para fabricar piezas en serie como ejes, discos, cigüeñales, engranajes, cuchillos, etc.
• Recalcado: Se emplea para acumular material en una zona limitada de un producto semielaborado mediante compresión. Las piezas típicas son cabezas de tornillos, remaches, clavos, llantas, etc.
• Extrusión: El metal se comprime y se fuerza a fluir a través del orificio de una matriz. Las aplicaciones más comunes incluyen cartuchos de balas, perfiles, etc.