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Forja

  1. 1. Introducción<br />Aunque es el oro el primer metal que el hombre descubre y llega a trabajar, la historia nos confirma que el hierro tiene desde hace miles de años una gran importancia para el ser humano.<br />En la Edad Media era cada vez mayor la demanda de aplicaciones de hierro (sobre todo armas y armaduras debido al continuo guerrear) tanto fue así, que empezaron a surgir especialistas que conseguían mayor precisión y calidad. Algunos en la construcción de armas, otros en rejas, soportes y elementos de apoyo a la construcción, herraje de animales, carruajes, etc. El oficio de forjador, fue evolucionando hasta el inicio de la Revolución Industrial, donde se empezó a requerir mayor producción con menor coste. Esto produjo que algunos talleres cambiaran su sistema de trabajo para adaptarse a unas necesidades menos artesanales, otros sin embargo, siguieron fieles a las técnicas tradicionales.<br />La forja es tal vez el método más antiguo de trabajo de los metal es un proceso de conformado de metales y aleaciones que consigue sometiéndolos a grandes presiones aplicadas de forma continua o intermitente. Se aplica generalmente en caliente, las superficies con las que se comprime el material se denominan dados, este proceso de fabricación 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.<br />Hay que 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.<br />Concepto de la Forja<br />La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.<br />Este proceso de fabricación 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.<br />La forja ¿Por qué la forja es tan utilizada?<br />Desde los comienzos el trabajo en metales ha asegurado la resistencia, la dureza, la fiabilidad, y la calidad más alta en una variedad de productos. Hoy, estas ventajas de componentes forjados asumen la importancia mayor como temperaturas de funcionamiento, cargas, y el aumento de esfuerzos. Los componentes forjados hacen posibles diseños que acomodan las cargas más altas y esfuerzos. Avances recientes en la tecnología de la forja han aumentado enormemente la gama de propiedades disponibles en forjas.<br />Económicamente, los productos forjados son atractivos debido a su inherente fiabilidad superior, capacidades de tolerancias mejoradas, y la eficacia más alta con la cual las forjas pueden ser trabajadas a máquina y procesadas por métodos automatizados.<br />El grado de fiabilidad estructural alcanzada en una forja es poco comparable con cualquier otro proceso de trabajo en metales. No hay bolsillos internos de gases o vacíos que podrían causar el fracaso inesperado bajo tensión o impacto. A menudo, el proceso de forja ayuda en el mejoramiento de la segregación química gracias a la acción de la forja de mover el material a varias posiciones.<br />Clases de forja<br />Existen dos clases de forja, en matriz abierta y en matriz cerrada.<br />En la forja en matriz abierta, <br />El metal no está completamente contenido en el dado, el forjado con martinete es un ejemplo característico de este método. La pieza es formada debido a rápidos y sucesivos golpes del martillo. Utilizada en la producción de piezas pesadas con tolerancias grandes y en lotes pequeños y medianos.<br />La forja en matriz cerrada <br />Se utiliza mucho para alta producción. En el proceso, el metal es formado prensándose entre un par de dados. El dado superior se fija generalmente al ariete de una prensa de forja o a un martillo, mientras que el inferior queda sujeto al yunque. Juntos constituyen la matriz cerrada. El método permite obtener piezas de gran complejidad y exactitud, así como un buen acabado. Utilizada en la producción de piezas de peso reducido, de precisión y en lotes de 1000 a 10000 unidades.<br />En ciertas ocasiones la forja libre y la forja cerrada se pueden combinar favorablemente, por ejemplo, en la producción de piezas de precisión, es muy común preformar primero el metal en matriz abierta, y luego realizar el acabado final en matrices cerradas. <br />Hay que 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.<br />Tipos de forja<br />Forja libre<br /> Es el tipo de forja industrial más antiguo y se caracteriza porque la deformación del metal no está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para fabricar piezas únicas o pequeños lotes de piezas, donde normalmente estas son de gran tamaño. También puede encontrarse como forja en dados abiertos.<br />Forja abierta o de herrero.<br /> En este caso, la forja es el arte y el lugar de trabajo del forjador o herrero, cuyo trabajo consiste en dar forma al metal por medio del fuego y del martillo. <br />Forja por estampación <br />Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría deseada. Este proceso puede realizarse con rebaba o sin rebaba, dependiendo de si las matrices llevan incorporada una zona de desahogo para alojar el material sobrante (rebaba) o no. Se utiliza para fabricar grandes series de piezas cuyas dimensiones y geometrías pueden variar ampliamente. Las dimensiones de estas piezas van desde unos pocos milímetros de longitud y gramos de peso hasta varios metros y toneladas, y sus geometrías pueden ser simples o complejas. También puede encontrarse como forja en dados cerrados.<br />Forja en caliente<br />Es el proceso mediante el cual consiste en elevar la temperatura interna del material hasta la temperatura de austenización para hacerlo más maleable y fácil de modificar, en este proceso se emplea menos cantidad de energía y trabajo que la forja en caliente.<br />Forja en frio <br />Es un proceso mediante el cual el material se trabaja en temperaturas de inferiores a la de austenización y en temperatura ambiente, este tipo de trabajo es empleado para trabajos con acabados más precisos y de mejor estética que el trabajo en caliente, pero para trabajar el material en estas condiciones se debe emplear más cantidad de trabajo y energía que la forja en caliente.<br />Forja en prensa<br />Generalmente, los componentes forjados son formados por un martillo o la prensa. La forja con martillo es realizado en una sucesión de impresiones producto de golpes repetidos. La calidad de la forja, economía y la productividad del proceso de martillo depende del labrado y la habilidad del operador. El advenimiento de martillos programables ha influido sobre menos dependencia de operador y ha mejorado la consistencia de proceso. En una prensa, el metal, por lo general es golpeado sólo una vez y el diseño de cada impresión se hace más importante mientras la habilidad de operador es menos importante.<br />Forja horizontal <br />El forjado horizontal implica de una barra de sección uniforme en dados y se aplica una presión sobre el extremo caliente, provocando el que sea recalcado o formado según el dado.<br />El ser ampliamente utilizado en las industrias del vehículo, tractor y cojinete, la forja horizontal y máquina desconcertante es un equipo de producción especializado de la eficacia alta, que puede forjar la cabeza de la barra en forma necesaria.<br />La longitud de la barra a ser recalcada no puede ser mayor de dos o tres el diámetro, pues si no el material se doblara en vez de expandirse para llenar la cavidad del dado.<br />Forja por laminado<br />Las maquinas para forja por laminado son principalmente adaptada para operaciones de reducción y conificación sobre barras de acero de pequeña longitud. Los rodillos de estas maquinas mostrados en la figura, no son completamente circulares sino que son cortados de un 25 a un 75% para permitir la entrada de la materia prima entre los rodillos.<br />Forja en martinete <br />Este es el equivalente moderno del forjado de herrero en donde la fuerza limitada del herrero ha sido reemplazada por un martillo mecánico o de vapor. El proceso puede llevarse a cabo en forjado abierto donde el martillo es reemplazado por un mazo y el metal es manipulado manualmente sobre un yunque. <br />Ventajas y desventajas del forjado.<br />Forja en trabajo en caliente:<br />Ventajas:<br />Las fuerzas requeridas para deformarlo son menores.<br />El material tiene buena soldabilidad y maquinabilidad.<br />Se elimina la porosidad del metal.<br />Desventajas:<br />Existe una rápida oxidación o escamado de la superficie por lo que no es posible manejar tolerancia estrechas.<br />Se produce un alto consumo de energético.<br />Forja en trabajo en frió<br />Ventajas <br />Mejora el trabajo superficial por lo que puede laminarse hojas muy delgadas.<br />Distorsiona la forma del grano<br />Mejora su exactitud dimensional, lo que implica tolerancias más estrechas<br />Se logran mayores velocidades de producción.<br />Desventajas <br />Se requiere aplicar precisiones mayores que en el trabajo en caliente.<br />Se requiere mayor potencia y por consiguiente equipos grandes.<br />Mientras menos dúctil sea el metal menos puede trabajarse en frió<br />Materiales a los que se les aplica el forjado y aplicaciones<br />Materiales a los que se aplica<br />Este proceso puede aplicarse a:<br />Metales puros: aluminio, cobre, titanio y cinc.<br />Aleaciones: acero, de aluminio, de cobre, de magnesio y bronces.<br />Aplicaciones <br />La forja tiene multitud de aplicaciones en distintos campos, algunas de ellas son las siguientes:<br />Bielas, cigüeñales, ejes, rejas, barandillas, cabezas de tornillos, de pernos, remaches, clavos, etc.<br />Calidad y costos<br />Las dimensiones de una serie de forjas hechas en un dado varían por las diferencias de comportamiento del material, temperatura, contracción del dado, mal herrando de las mitades del dado y agrandamiento de las cantidades conforme se desgastan. Se considera buena una tolerancia de ±0.8 mm (±132 in) para forjas pequeñas de acero al carbono y puede ser tam amplio como 7 mm (14 in) en todas las direcciones para piezas grandes. Se han mantenido tolerancias de 0.25 mm (0.010 in) y menores en las forjas de precisión en prensas, pero a un costo más elevado. Las tolerancias son más grandes para los materiales de la era espacial menos trabajables. Están disponibles tablas de tolerancia comercial para diversos tamaños y clases de forja en los libros de consulta y manual.<br />Muchas forjas se acaban por maquinado a tolerancia estrechas y deben tener suficiente material en exceso en las superficies que van a maquinarse. El material mínimo en exceso es aproximadamente 1.5 mm (0.06 in) por superficie en las forjas pequeñas y puede ser hasta de 7 mm (14 in) o mas en las piezas grandes.<br />Las partes hechas por forjas también pueden hacerse de otros modos. Puede realizarse una forja más fuertes, más resistente al impacto, a la fatiga y más durable que otras formas. Esto se debe a que puede hacerse con grano de tamaño fino y estructura fibrosa con la más alta resistencia en la dirección necesaria. Una forja puede proporcionar las propiedades requeridas con menos peso. Se seleccionan otras formas solo cuando pueden servir también costo más bajo. Aun así, las forjas son más baratas en algunos casos se ilustra en los siguientes párrafos.<br />Las forjas son económicas en algunos casos porque se tiene que remover menos material de ellas que del material en barras. Los dados son costosos y por lo general eliminan la forja para pequeñas cantidades. <br />Maquinas empleadas en el forjado<br />Las máquinas para forjado consisten principalmente en prensas y martillos lo que se usan para forjado con dado o deformación plástica por martillo según sea el proceso.<br />En general se tienen tres tipos de máquinas.<br />- Prensas y martillos mecánicos.<br />- Prensas y martillos neumáticos.<br />- Prensas y martillos hidráulicos.<br />La decisión de utilizar uno u otro radica en factores como fuerza necesaria a aplicar, frecuencia de golpe o presión y velocidad en la carrera de trabajo.<br />En general se sabe que las prensas hidráulicas tienen una carrera más lenta pero son capaces de entregar grandes presión a la pieza a forjar, por el contrario una máquina neumática puede tener gran velocidad por lo que se le prefiere para funciones de martinete donde hay que golpear repetidamente la pieza para irla forjando antes de que ésta se enfríe.<br />Por su parte las prensas mecánicas son capaces, al igual que las hidráulicas de entregar gran fuerza pero la frecuencia se ve limitada por el desgaste mecánico que sufren naturalmente las piezas.<br />Las máximas frecuencias pueden llegar hasta las 120 s-1 y las cargas máximas a las<br />2000 o 3000 toneladas.<br />Conclusión<br />La forja es un proceso de fabricación mecánica que implica energía fuerza precisa y fuerza bruta aplicada mediante la mano del hombre o por maquinarias de alto desempeño.<br />La forja y sus diversos tipos son empleados en áreas, materiales y condiciones específicas para la creación de elementos alternativos y necesarios para las industrias y seres humanos. <br />Se crean elementos más precisos y de alta calidad de dureza o flexibilidad, el esfuerzo puede ser aplicado rápida o lentamente. El proceso puede realizarse en frío o en caliente, la selección de temperatura es decidida por factores como la facilidad y costo que involucre la deformación, la producción de piezas con ciertas características mecánicas o de acabado superficial es un factor de menor importancia.<br />Es importante recalcar que no todos los tipos de forjado son actos para ciertos materiales de allí radica la importancia de catalogarlos y conocerlos a ciencia cierta.<br />Bibliografía <br />Autor: Gerenlin S.A<br />Titulo: Moldeo y conformación<br />Editorial: Reverte 3 edición.<br />Año: 1979<br />Paginas consultadas: desde la 1013 hasta la 1093<br />Autor: Shiro Matsuzaki<br />Titulo: Trabajo de los metales<br />Editorial: Reverte 2 edición.<br />Año: 1974<br />Paginas consultadas: capitulo 35 página 553<br />Autor: Karl Marx<br />Titulo: resultados del proceso inmediato de producción <br />Editorial: Siglo XXI 16 edición <br />Año: 2001<br />Paginas consultadas: 109 hasta la 167<br />

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