Procesos de Forjado Metálico: Técnicas, Equipos y Diseño de Troqueles

Tipos de Procesos de Forjado

Forjado Impresor

En el forjado impresor, las superficies del troquel tienen una forma específica que se imparte al material de trabajo durante la compresión. Este proceso restringe significativamente el flujo del metal.

Al cerrarse el troquel y llegar a su posición final, se forma una rebaba. Esta rebaba evita que el metal siga fluyendo debido a la fricción, forzando así al material a permanecer y llenar completamente la cavidad del troquel.

Ventajas del Forjado sobre el Maquinado

• Mayor velocidad de producción
• Mayor resistencia de la pieza
• Conservación del metal (menor desperdicio)
• Orientación de granos más favorable para la resistencia

Forjado sin Rebaba

En este método, el troquel restringe completamente el material de trabajo dentro de la cavidad, por lo que no se produce rebaba.

Es crucial controlar con precisión el volumen inicial del material:

• Si el volumen es excesivo, se puede dañar el troquel.
• Si el volumen es insuficiente, la cavidad no se llenará completamente.

Este proceso es más adecuado para la manufactura de piezas con geometrías simples y simétricas, y se utiliza comúnmente para materiales como el aluminio (Al), magnesio (Mg) y sus aleaciones.

Acuñado

El acuñado es una aplicación específica del forjado sin rebaba que se utiliza para imprimir detalles finos del troquel en las superficies superior e inferior de la pieza.

Requiere presiones muy altas y su aplicación más conocida es la acuñación de monedas.

Equipos Utilizados en Forjado

Los equipos esenciales para las operaciones de forjado incluyen:

• Máquinas de forja
• Martinetes
• Prensas
• Troqueles de forjado
• Estaciones de recorte para eliminar la rebaba
• Herramientas específicas para estas máquinas

Martinetes de Forja

Los martinetes, como el martinete de caída libre, se usan comúnmente para el forjado con troquel impresor. Funcionan aplicando una descarga por impacto: elevan un pistón unido al troquel superior y lo dejan caer sobre el material de trabajo situado en el troquel inferior. Generalmente, se necesitan varios golpes para conformar la pieza.

Se clasifican principalmente en:

• Martinetes por gravedad: Generan energía por la caída libre del peso (mazo).
• Martinetes de potencia: El descenso del martinete se acelera mediante presión de aire o vapor, logrando mayor energía de impacto.

Prensas de Forjado

A diferencia de los martinetes, las prensas emplean una presión gradual en lugar de impactos para deformar el material. Los tipos principales incluyen:

• Prensas Mecánicas: Funcionan mediante sistemas de excéntricos, manivelas y juntas articuladas. Convierten el movimiento giratorio de un motor en el movimiento de traslación lineal del pistón.
• Prensas Hidráulicas: Utilizan un cilindro hidráulico para accionar el pistón, permitiendo controlar la fuerza y la velocidad de forma precisa.
• Prensas de Tornillo: Aplican la fuerza por medio de un tornillo de gran paso que mueve el pistón verticalmente. Combinan características de impacto y presión gradual.

Troqueles de Forjado

El diseño adecuado del troquel es fundamental para una operación de forjado exitosa. Mientras que el diseño de troqueles abiertos suele ser relativamente simple (generalmente superficies planas o con formas básicas), los troqueles impresores y cerrados requieren considerar varias características:

Características Clave en Troqueles Impresores y Cerrados

• Línea de separación: Es el plano que divide la parte superior (matriz) de la parte inferior (punzón) del troquel. Una mala elección de la línea de separación puede afectar negativamente el flujo de granos del metal, la carga sobre el troquel y la formación adecuada de la rebaba.
• Ahusamiento (Ángulo de salida): Es el grado de inclinación requerido en las paredes laterales de la pieza para facilitar su extracción del troquel. Los ángulos típicos varían según el material: 3° para Al y Mg, 5° a 7° para Acero. En forjados de precisión, puede ser cercano a 0°.
• Membranas y Costillas:
  • Membrana: Una porción delgada del forjado que es paralela a la línea de separación.
  • Costilla: Una porción delgada del forjado que es perpendicular a la línea de separación. El material fluye con mayor dificultad hacia estas zonas delgadas.
• Filetes y Radios de las Esquinas: Los radios pequeños en las esquinas internas y externas tienden a limitar el flujo de metal y a incrementar el desgaste y la concentración de esfuerzos en las superficies del troquel. Se prefieren radios lo más grandes posible.
• Rebaba (en forjado impresor): Aunque es material excedente, la rebaba juega un papel funcional. Su formación en un canal específico alrededor de la cavidad causa una acumulación de presión dentro del troquel que promueve el llenado completo de las secciones más intrincadas de la cavidad.