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Summary

La presente investigación se trata de un proceso de la deformación plástica denominada la forja que es uno de los procedimientos más antiguos utilizados para la conformación de los metales, pues ya en Egipto, hacia el año 500 a. de C., se forjaba el cobre y sus aleaciones para la fabricación de arma...

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DEFORMACIÓN PLÁSTICA: PROCESO DE FORJA

ISABELLA DUQUE PAREDES CHRISTIAN WILFRED GARCIA JHON ALEJANDRO LOPEZ SANTIAGO DAWINSON YORLAD CASTAÑEDA

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA INDUSTRIAL SAN JOSÉ DE CÚCUTA 2018

DEFORMACIÓN PLÁSTICA: PROCESO DE FORJA

ISABELLA DUQUE PAREDES Código: 1192033 CHRISTIAN WILFRED GARCIA Código: 1192014 JHON ALEJANDRO LOPEZ SANTIAGO Código: 1192029 DAWINSON YORLAD CASTAÑEDA Código: 1192049

Investigación Procesos II

Presentado a: Ingeniera Gaudy C. Prada Boita

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA INDUSTRIAL SAN JOSÉ DE CÚCUTA 2018

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Tabla de Contenido 1.

Introducción .......................................................................................................................................... 3

2.

DEFINICION ........................................................................................................................................... 4 HISTORIA ................................................................................................................................................... 4

3.

ETAPAS DEL PROCESO ........................................................................................................................... 5

4. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE FORJA ......................................................................................... 14 4.1 Forja Tradicional................................................................................................................................ 14 4.2. Temperatura de trabajo: .................................................................................................................. 17 4.3. Tipo De Equipo ................................................................................................................................. 19 4.4. Grado en que los dados restringen el flujo del metal de trabajo .................................................... 21 4.5. Según material en exceso ................................................................................................................ 30 4.6. Forjado con rodillos ......................................................................................................................... 31 4.7. Forjado orbital..................................................................................................................................32 4.8. Forjado isométrico y forjado en dado caliente ................................................................................ 33 4.9. Estampado con forja y forjado radial............................................................................................... 34 4.10. Acuñado ......................................................................................................................................... 35 4.11. Punzonado .....................................................................................................................................36 4.12. Recalcado ....................................................................................................................................... 37 4.13. Laminado de anillos .......................................................................................................................39 5.

MATERIALES A QUE SE APLICA............................................................................................................ 40

6.

DEFECTOS EN FORJA ........................................................................................................................... 43

7.

MAQUINAS Y EQUIPOS PARA EL PROCESO DE FORJA..................................................................... 49

8. PARAMETROS ......................................................................................................................................... 59 9.PRODUCTOS ............................................................................................................................................. 66 10. EMPRESAS NACIONALES ....................................................................................................................... 69 11. EMPRESAS INTERNACIONALES ............................................................................................................. 73 12. VIDEO .................................................................................................................................................... 77 13. CONCLUSIONES EN INGLES ................................................................................................................... 77 REFERENCIAS............................................................................................................................................... 77

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PROCESO DE FORJA

1. Introducción La presente investigación se trata de un proceso de la deformación plástica denominada la forja que es uno de los procedimientos más antiguos utilizados para la conformación de los metales, pues ya en Egipto, hacia el año 500 a. de C., se forjaba el cobre y sus aleaciones para la fabricación de armas y utensilios domésticos. En la actualidad se sigue empleando para la fabricación de infinidad de piezas de diversas formas y tamaños. La forja es un procedimiento de conformación de los metales que se realiza sometiéndolos a esfuerzos violentos de compresión, repetidos o continuos, generalmente realizado en caliente o, en casos más excepcionales, en frío.

Este proceso se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.

Cabe destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.

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2. DEFINICION Es un proceso de conformado de metales el cual consiste en dar una forma y mejorar sus propiedades mecánicas y solidez metalúrgica, determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica, en el cual al material se aplica fuerzas de compresión unidireccionales, entre los dados o matrices (herramientas) mediante grandes presiones esto a través de una deformación plástica controlada por medio de impacto (de forma intermitente utilizando martillos pilones) o presión (continua utilizando prensas ), por la cual se obtienen piezas de sección transversal irregular al comprimir un bloque metálico, denominado tocho, entre dos útiles de trabajo llamados estampas, aprovechando la plasticidad del material. Este proceso permite fabricar piezas de materiales ferrosos y no ferrosos en dimensiones, geometrías y pesos muy variados que sería imposible obtener mediante otras operaciones. El proceso generalmente se realiza en caliente, al realizar la forja en caliente, el tocho de metal a conformar se calienta a temperaturas superiores a la de recristalización (temperatura a la cual formación de granos libres de deformación.), pero inferiores a la de fusión. Dado que a estas temperaturas, el metal se deforma fácilmente sin que se produzca acritud (endurecimiento que se produce al deformar en frio los los metales y las aleaciones).

HISTORIA Es la operación más antigua para formado de metales y se remonta quizá al año 5000 a. C. Se pueden hacer operaciones sencillas de forja con un marro de mano, y un yunque, como lo hacen los herreros en forma tradicional, , sus antecedentes se encuentran en la labor de los herreros y en las fraguas (taller el lugar donde se calienta y se trabaja el 4

metal empleando el arte de la forja) de los tiempos bíblicos y mitológicos. La Revolución Industrial significó la sustitución de la fuerza del herrero por la de las máquinas. En la actualidad existe una gran variedad de equipos para forja, los cuales permiten la obtención de piezas de tamaños que van desde un remache hasta el rotor de una turbina, comúnmente se encuentran en partes de máquinas con esfuerzos críticos, particularmente en donde pueda afectarse la seguridad humana. Una vez producidas, piezas forjadas tienen una amplia gama de usos en una variedad de industrias que van desde los camiones pesados, equipos médicos, partes de automóviles, hasta la industria aeroespacial.

3. ETAPAS DEL PROCESO Las etapas del proceso de forjado se dividen en 6 las cuales se trabaja tanto proceso de manufactura como automatizada. 1. Preparar un trozo de metal, planquilla o performa Pre-conformado: es una operación de preparación en el cual se generan una serie de esfuerzos generando golpes con matillos, sobre la pieza de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría que se desee, algo así como un bosquejo, es decir que no lleva acabados. Tipos de Cortes mecánicos: Dentro de estos procedimientos se encuentran el cizallado, el cincelado, el chorro de agua, el aserrado y el disco abrasivo. Cizallado: Cizallar un metal es seccionarlo por medio de cuchillas de aristas vivas que se deslizan una contra otra.

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Cincelado.: Es el procedimiento de corte más antiguo; es largo, fatigoso, deforma las chapas y necesita posteriormente una costosa operación de acabado. Aserrado: Es la operación de corte con arranque de viruta más común. En este grupo aparecen herramientas como las sierras y serruchos. Chorro de agua: esta operación consigue cortar cualquier material, haciendo impactar sobre éste un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado. 2. Calentamiento: en esta etapa se emplean diversos instrumentos con la finalidad de elevar la temperatura del material hasta que está presente una resistencia débil a la deformación. Los equipos utilizados para calentar estas piezas derivan su tamaño respecto a al tamaño y tipo de material que compone la pieza, los más utilizados son: Hornos / Muflas: Estos equipos se utilizan para calcinar, fundir, dar tratamiento térmico, templar, etc. Cuenta con un microprocesador que controla la temperatura de ambiente a 1100°C. Si se calienta muy rápido la pieza, la zona externa estará a la temperatura adecuada cuando la zona interna aun este fría. Pudiendo las dilataciones romper la pieza. 3. Una vez calentada la pieza, la operación de deformación se realiza en diversos tipos de máquinas: prensas mecánicas de impacto, laminadoras, prensas hidráulicas de extrusión, etc. En esta etapa se aplican los esfuerzos al material. Forjado en matriz: se coloca en la matriz de la prensa o martinete. Dependiendo de su forma o tamaño y complejidad será el número de pasos y cavidades de la matriz, donde proporcionalmente se le ira dando forma al producto. Existen dos tipos de forjado en

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matrices:

Forjado en matriz abierta: Se lleva a cabo entre dos dados planos o de forma muy simple, como cavidades semicirculares o en forma de v. Permite la deformación libre de al menos algunas superficies de la pieza de trabajo.

Forjado en matriz cerrada: En el proceso, el metal es formado prensándose entre un par de dados. El dado superior se fija generalmente al ariete de una prensa, mientras que el inferior queda sujeto al yunque. 4. Enfriamiento: es dejar enfriar el metal hasta una temperatura determinada. Este enfriamiento no debe hacerse rápido, ya que las contracciones podrían romper la pieza. 5. Rebabado: un proceso de acabado donde se eliminan las rebabas (excedente de material) o los bordes afilados del metal, plástico u otros materiales de la pieza de trabajo. El objetivo del proceso es el de eliminar las irregularidades y afinar la superficie de la pieza para lograr el pulido o acabado ideal. Algunos de los procesos mecánicos en el cual se elimina la rebaba y se logran acabados son los siguientes:

Limado: es una operación mediante la cual se da forma a una pieza mediante el desprendimiento del material en forma de limaduras. Las herramientas utilizadas para este fin son las limas.

Taladrado: Es una operación que tiene por objeto el mecanizado de agujeros, con obtención de virutas. Para esta operación se emplean elementos de corte circular denominados 7

brocas.

Torneado: se lleva a cabo mediante el torno, es una herramienta que permite fabricar piezas de revolución, es decir, cuya sección transversal tiene forma circular.

Una herramienta manual para llevar a cabo el rebarbado son las cuchillas giratorias, eliminando materia sobrante e irregular en bordes, ranuras, esquinas, agujeros y áreas externas e internas. El instrumento opera poniendo en contacto la pieza y la cuchilla aplicando la acción de corte sobre dicha superficie. 6. Tratamiento térmico: es un proceso que comprende el calentamiento del material en estado sólido a temperaturas definidas, seguido de un enfriamiento, con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. 7. Inspeccionar la pieza forjada para ver si tiene defectos internos y externos.

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OBJETIVOS Con la forja se pueden obtener piezas acabadas (con su forma definitiva) o de desbaste (piezas a las que se le da forma definitiva mediante el mecanizado) El forjado permite mejorar las propiedades mecánicas tales como la ductilidad y resistencia a la fatiga e impacto de los metales y aleaciones, como consecuencia de: Afino del grano: Se produce cuando se forja debido a los golpes, porque los granos del metal se rompen en trozos más pequeños. Si el forjado se interrumpe antes de que la temperatura de recristalización baje, el tamaño del grano crece, lo cual no conviene, ya que el afino del grano (Diminución del tamaño del grano), conlleva unas mejoras de las propiedades mecánicas del metal. Orientación de las fibras: Las fibras hacen variar las propiedades mecánicas del metal, mejorándolas en su dirección, y empeorándolas perpendicularmente a estas. Por ello, la fibra debe orientarse en la misma dirección que la de los máximos esfuerzos, acorde a la forma de la pieza. Sobre todo, en metales con impurezas, los aceros muy puros evitan este debilitamiento. Las piezas de forja tienen un flujo de grano direccional por lo que sus propiedades mecánicas y metalúrgicas son mejores que cualquier otro proceso.

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Disminución de sopladuras: El metal tiene unas pequeñas cavidades o vacíos llamados sopladuras, los cuales desaparecen al forjarlo, ya que se produce un aplastamiento que suelda las paredes de dichas cavidades.

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VENTAJAS 11

Ahorros significativos Hay que destacar que al ser un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, esto conlleva un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado es por esto por lo que la forja es económica y competitiva con respecto a otros tipos de manufacturas. Mediante una utilización mínima de excesos en material, es posible asegurar una optimización en costos, mientras que se provee una pieza con las tolerancias ( la cantidad total que se permite variar en la fabricación de una pieza respecto de lo indicado en el plano; definiremos pues, Tolerancia dimensional a la cantidad total que es permitido variar en la fabricación, a una dimensión especificada en el plano según la cota (altura)apropiadas que garantizan siempre que la pieza pueda limpiar a medidas finales. La forja reduce el peso que requiere para hacer la pieza a la medida, por lo que existe un costo real y significativo. Por otra parte, las piezas cuentan con menor exceso, por lo que requieren menos horas de maquinado y menos material utilizado para limpiar al final la pieza. En cuanto a los costos de mano de obra son moderados, ya que se ha reducido gracias al control automatizado por computadora.

Amplia variedad de formas y tamaños 12

El diseño de formas es tan versátil que pueden forjarse desde barras simples y anillos hasta piezas más complejas de acuerdo a las diferentes necesidades.

Integridad estructural La integridad estructural de una pieza forjada es insuperable por cualquier otro proceso de transformación ya que elimina porosidades, gases y huecos internos que podrían causar fallas inesperadas bajo estrés, fatiga e impacto, lo cual ayuda a incrementar las propiedades del material para que las piezas forjadas tengan buena resistencia y tenacidad (resiste trabajo sin deflactarse) y se puedan usar con confianza en aplicaciones críticas, donde se requieran grandes resistencias.

Alta Resistencia Debido a la reorientación y al refinamiento de los granos, se produce una uniformidad del material, la cual confiere una mejor respuesta a los tratamientos térmicos. Por consiguiente es posible desarrollar la máxima resistencia de un material con la mínima variación de propiedades entre pieza y pieza. Gracias a su gran resistencia, solidez, uniformidad química y tamaño de grano fino, la forja es más apropiada en muchas aplicaciones que la fundición. También es más resistente que la soldadura, cuya eficiencia es rara vez el 100%. Una soldadura es metalúrgicamente una ranura en elementos con altos esfuerzos, requiere una inspección muy detallada (rayos X, Ultrasonidos, etc.).

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Aplicabilidad Surtido de Aceros Casi todos los metales -ferrosos y no ferrosos, pueden ser forjados. Se puede utilizar cualquier tipo de acero: al carbón, aleado, inoxidable o superaleación. Geometrías Una de sus principales ventajas es que la pieza de trabajo sale de este proceso con dimensiones y geometría cercanas a las finales, implicando mayor facilidad y rapidez para su maquinado. Alta Uniformidad La forma geométrica de la pieza se obtiene con un troquel metálico, esto garantiza uniformidad dimensional y estructural. En la forja se logra que una pieza sea idéntica a la otra; por lo anterior es una ventaja para: · Tratamiento Térmico. · Maquinado. · Inspecciones. Aunque puede no ser el método más económico para hacer productos en ciertas geometrías, la historia ha demostrado que la forja tiene el más alto nivel de precisión y combinación de propiedades mecánicas.

4. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE FORJA 4.1 Forja Tradicional En este caso, la forja es el arte y el lugar de trabajo del herrero o forjador, cuyo trabajo consiste en dar forma al metal por medio del fuego y del martillo. Una forja contiene 14

básicamente una fragua para calentar los metales (normalmente compuestos de hierro), un yunque y un recipiente en el cual se pueden enfriar rápidamente las piezas forjadas para templarlas. Las herramientas incluyen tenazas para sostener el metal caliente y martillo para golpearlo. Como principales herramientas para el forjado están: Yunque Es una herramienta de herrería. Está hecha de un bloque macizo de piedra o metal que se usa como soporte para forjar metales como hierro o acero. Normalmente, el peso de un yunque de herrero oscila entre los 50 y 200 kg, habiendo yunques de menos peso, en especial los de joyería, orfebrería y los destinados a afilar guadañas. Tenazas son usadas para asir el metal incandescente. Varían en un rango de formas y tamaños. Martillo Es una herramienta de percusión utilizada para golpear directa o indirectamente1 una pieza, causando su desplazamiento o deformación. La Fragua Es una herramienta que consta de un recipiente donde se coloca el carbón (de hulla, o carbón de piedra, o sea el carbón natural, no de madera aunque este si es de madera dura también sirve), una manivela conectada a unas paletas (tipo aspas) dentro de una pieza de chapa que al girar la manivela se envía aire controlado para que el carbón se encienda y/o se avive para poder ablandar el hierro que queremos trabajar que irá directamente sobre el carbón encendido.

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