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CONFORMADOS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

FORJA:
Se entiende por forja la deformación por compresión de un material colocado entre matrices. Éstas a menudo, son componentes de prensas de gran tamaño capaces de ejercer una presión enorme y pueden obtenerse piezas tan complejas como las alas de un avión.
La forja ocupa un lugar preeminente en lo que se denomina hechurado primario.

PROCESO DE LA FORJA:
Se acepta comúnmente que la capacidad para deformar metales se basa en la naturaleza del enlace metálico. En este tipo de enlace los átomos del metal comparten electrones externos y el enlace es adireccional, de modo que los átomos pueden situarse muy próximos unos a otros un disposiciones cristalinas regulares tridimensionadas. La presencia en estas estructuras de
dislocaciones o imperfecciones en la disposición tridimensional posibilita que planos compactos de la red cristalina se deslicen a lo largo de direcciones de máximo empaquetamiento.
La deformabilidad relativa de los diferentes metales depende en alto grado de la facilidad con que pueden generarse las dislocaciones para deformar el metal sin causar su rotura o sin introducir en él otro tipo de defectos.
CICLO TÉRMICO DE LA FORJA:
La forja se realiza con tres fases:
1. Calentamiento del metal a la temperatura de forja.
2. Operación de forja, que es donde se produce la deformación.
3. Enfriamiento a la temperatura ambiente.

CALENTAMIENTO: Se ha de realizar teniendo en cuenta que el metal cuando empiece el proceso de deformación, debe hallarse a la máxima temperatura posible, pero sin alcanzar al punto de fusión del constituyente que lo tenga más bajo. También hay que considerar que durante la deformación, se comunica energía mecánica a la pieza como consecuencia de choque del martillo o la presión de la prensa y parte de esta energía se transformará en calor, provocando un sobrecalentamiento, si las circunstancias en que se realiza la forja son tales que se dificulta el enfriamiento a causa de la rapidez, como es la forja con martinete. Por otra parte si la forja se prolonga más del tiempo debido puede tener lugar un enfriamiento excesivo hasta sobrepasar descendiendo la temperatura de recristalización.
La forja en caliente requiere el mínimo de energía en el forjado y produce la máxima deformación, pero al forjar cuesta controlar las dimensiones del producto ya que el metal no se contrae uniformemente cuando se enfría de ahí que la forja se realice a menudo a temperatura ambiente, aunque la deformabilidad del metal es algo menor.
Otros factores a considerar son la velocidad de calentamiento y la atmósfera en el horno.

DEFORMACIÓN: La deformación producida en la forja es debida a esfuerzos de la compresión, esta fuerza necesaria para la deformación es denominada "carga de forja" y se deduce para un metal en particular, por la compresión de probetas cilíndricas entre matrices planas y paralelas bien lubricadas. A temperatura de trabajo en frío las tensiones son elevadas y esto se debe a la dificultad de mover las dislocaciones a través de la red ya que éstas se multiplican rápidamente conduciendo a un endurecimiento por trabajo y los límites de deformabilidad son bajos.
Cuando se trabaja en caliente los niveles de tensión son más bajos ya que la energía térmica ocasiona grandes fluctuaciones de los átomos con las redes cristalinas, de los granos del metal alrededor de sus posiciones de equilibrio. La estructura de un metal puede cambiar tan drásticamente durante el trabajo en caliente, que el resultado es un ablandamiento que puede ocasionar una exagerada deformación no uniforme.
La deformabilidad también depende del tamaño de los granos, un tamaño de grano grande es difícil de forjar. En una operación de forja real, la carga y la presión de forja depende marcadamente de la fricción entre las matrices y la pieza de trabajo, así como del límite de fluencia del metal de la pieza.
Bajo condiciones de lubricación perfectas la presión requerida para forjar una muestra cilíndrica es uniforme e igual al límite de fluencia del material.

ENFRIAMIENTO: Se produce constantemente desde que sale la pieza del horno para ser forjada.
Este enfriamiento no puede ser brusco para evitar grietas por contracciones rápidas.
Durante la forja el enfriamiento tiene lugar por radiación al ambiente o por conducción a la matriz o estampa. Si la forja es con martinete, la pieza está menos tiempo en contacto con la matriz que cuando se trabaja con una prensa por tanto el enfriamiento es menos rápido.
Influye considerablemente el tamaño de la pieza, ya que las piezas grandes se agrietan con más facilidad que las pequeñas a causa de las tensiones que se originan por la desigualdad de enfriamiento entre la periferia y el núcleo.
Una vez terminada la forja el enfriamiento puede hacerse al aire, pero si el material es delicado como sucede en muchos tipos de aceros hay que dejar enfriar la pieza en el mismo horno o en un lecho de cenizas para evitar las pérdidas bruscas de calor.

EFECTOS QUE PRODUCE LA FORJA:
Con la forja se realizan dos clases de trabajos:
? Piezas acabadas a las que por forja se les ha dado su forma definitiva.
? Piezas de desbaste: a las que por forja se les da una forma aproximada y se terminan por mecanizado.
Con la forja se logra una positiva mejora en las propiedades mecánicas de los metales y aleaciones, como consecuencia del afine de grano, de la orientación de la fibra y de la disminución de sopladuras.
1. Afino de grano en la forja:
Durante la forja entran en juego dos efectos complementarios, la deformación plástica de los cristales y la subsiguiente recristalización. La consecuencia lógica tiene que ser un grano más fino, pero en este proceso influye por un lado la temperatura de equicohesión y de otro la velocidad de deformación. El efecto final dependerá de estos dos factores con las siguientes posibilidades:
A. Forja realizada de forma violenta (por choques) a temperatura inferior a la de equicohesión. Produce principalmente efectos transcristalinos, que trituran el grano y lo afinan.
B. Forja realizada de forma lenta (por prensas) a temperatura inferior a la de equicohesión, y que produce principalmente efectos intercristalinos que deforman el grano sin afinarlo.
2. Orientación de la fibra:
La fibra que se produce en la forja por aplastamiento y alargamiento de las inclusiones e impurezas que contiene el metal hacen variar sus propiedades mecánicas mejorándolas en la dirección de la fibra y empeorándolas en dirección perpendicular. Esto es debido a que en las secciones del metal perpendiculares a la dirección de la fibra hay un porcentaje de impurezas inferior al que había antes de la forja. En cambio en las secciones paralelas el porcentaje es superior. Por esto, en metales con muchas impurezas, debe orientarse la fibra de manera que coincida con la dirección de los máximos esfuerzos.
3. Eliminación de cavidades, sopladuras, poros, etc.:
Las altas presiones a las que se somete el material producen siempre una condensación del mismo, de modo que por este medio se consigue la desaparición de poros, sopladuras, burbujas, etc., siempre que las paredes de estas oquedades no estén oxidadas porque se produciría un resquebrajamiento interior con una soldadura imperfecta.

LA FORJA MECÁNICA:
Es en la que utiliza fuerza motriz de tipo mecánico, hidráulico, neumático o eléctrico. El conjunto es una máquina a la que se aporta energía exterior para mover los mecanismos impulsores de la herramienta. Esto permite el trabajo de grandes piezas o grandes series de piezas aplicando esfuerzos violentos y bruscos con los martinetes o continuos con las prensas. Las prensas realizan un trabajo mayor en un periodo de tiempo más largo, por consiguiente el material fluye mejor ya que los átomos disponen de más tiempo para su movimiento, sin que surjan distorsiones violentas en la estructura y con ello tensiones internas que se opongan a la deformación.
La utilización de prensa o martillo depende principalmente del peso de la pieza a forjar y de su sección. Se utiliza el martillo para piezas de hasta 5.000Kg y las prensas desde este valor hasta las 100 toneladas. Los tamaños de los martillos varían desde mazas de 50Kg hasta las de 10.000Kg. Y las prensas desde 1.500 hasta 15.000 toneladas. Hasta secciones de 17.000cm2 deben usarse martillo y de este valor en adelante prensas.

MARTINETES:
Son máquinas utilizadas principalmente para forja, estampación y recalcado. Generalmente constan de una maza de gran peso formada por un bloque de acero o fundición que se mueve entre guías y choca contra el yunque o chavota el cual se apoya sobre un bloque de fundición también llamado asiento que a su vez descansa en la bancada. Tanto la maza como la chavota pueden ser provistos o sustituidos por una estampa en la maza que choca contra la matriz en la chavota cuando en vez de forjar lo que se desea es estampar.

PRENSAS:
Se clasifican atendiendo a la magnitud del modo operativo. Las tres magnitudes determinantes son:
- La fuerza.
- El trabajo.
- Y el recorrido.
? En las caracterizadas por la fuerza, lo que se especifica es la fuerza de compresión. El proceso de conformado termina cuando la fuerza de conformación iguala al valor máximo de su capacidad de compresión.
? En las caracterizadas por el trabajo se termina el proceso al agotarse la capacidad de trabajo. Piezas iguales con distinta resistencia a la conformación se forjan a destintas alturas limitando de alguna manera el recorrido y observando la energía sobrante mediante resortes.
? En las caracterizadas por el recorrido, es el trayecto de la maza o pilón el determinante.

MATERIALES FORJABLES:
Puesto que el trabajo de forja está basado en la aptitud para la recristalización y el crecimiento de los granos, sólo se podrán trabajar así los metales que cumplan esta doble condición. Por tanto serán forjables como metales puros el aluminio, el cobre, el hierro, el titanio y el cinc.
Son forjables como aleaciones las formadas por una o varias soluciones sólidas de todas ellas, lo más importante es el acero no aleado, o simplemente aleado, ya que los aceros altamente aleados exigen en su mayoría grandes esfuerzos lo cual es un inconveniente en las matrices en cuanto a su duración.
Son también forjables las aleaciones de aluminio con cobre, magnesio, cinc y manganeso; las de magnesio; los bronces y latones y hasta las aleaciones de cobre-silicio.
Algunas de las aleaciones anteriores forman compuestos intermetálicos, sólo son parcialmente forjables cuando el constituyente matriz lo sea. Si este constituyente matriz es un compuesto intermetálico, la forja no es posible.