Forja de precisión

La forja es un método de formación de metales que utiliza maquinaria de forja para aplicar presión a un tocho de metal, provocando la deformación plástica para obtenerforjadoscon propiedades mecánicas, formas y dimensiones específicas. La forja elimina defectos como la porosidad de la fundición que se producen durante el proceso de fundición, optimiza la microestructura y preserva intactas las líneas de flujo del metal. Las piezas forjadas generalmente tienen propiedades mecánicas superiores en comparación con las piezas fundidas del mismo material.

 

Según la temperatura de la pieza de trabajo durante el forjado, el forjado se puede clasificar en: forjado en caliente (por encima de la temperatura de recristalización), forjado en caliente (desde la temperatura de recristalización hasta el 30% de la temperatura de recristalización) y forjado en frío (por debajo del 30% de la temperatura de recristalización, generalmente a temperatura ambiente).

 

 

El material más utilizado en la forja es el acero aleado. La temperatura de recristalización inicial del acero es de aproximadamente 727 grados, pero generalmente se utiliza 800 grados como línea divisoria. Forjar por encima de 800 grados es forjar en caliente; la forja entre 300 y 800 grados se denomina forja en caliente o forja semi-en caliente; y la forja a temperatura ambiente se llama forja en frío. Las piezas forjadas utilizadas en la mayoría de las industrias son forjadas en caliente. La forja en caliente y la forja en frío se utilizan principalmente para forjar piezas de automóviles y maquinaria en general. La forja en caliente y la forja en frío pueden ahorrar materiales de forma eficaz.

 

Forja libre
La forja libre se refiere a un método de procesamiento que utiliza herramientas simples-de uso general o aplica directamente una fuerza externa al tocho entre los yunques superior e inferior del equipo de forjado, lo que hace que el tocho se deforme y obtenga la forma geométrica y la calidad interna deseadas. Las piezas forjadas producidas mediante el método de forja libre se denominan forjas libres. La forja libre se utiliza principalmente para producir piezas forjadas en lotes pequeños. Se utilizan equipos de forja, como martillos de forja y prensas hidráulicas, para dar forma a la palanquilla y obtener piezas forjadas calificadas. Los procesos básicos de la forja libre incluyen recalcado, trefilado, punzonado, corte, doblado, torsión, desplazamiento y unión forjada. La forja libre siempre utiliza métodos de forja en caliente.

 

Forja
La forja con matriz se divide a su vez en forja con matriz abierta y forja con matriz cerrada. El tocho de metal se deforma bajo presión dentro de una cavidad de matriz de forja de cierta forma para obtener la forja. La forja con matriz se utiliza generalmente para producir piezas que no son pesadas pero que se producen en grandes lotes. La forja con matriz se puede dividir en forja con matriz en caliente, forja en caliente y forja en frío. La forja con matriz cerrada, debido a la ausencia de rebabas, tiene una mayor tasa de utilización de material. Las piezas forjadas complejas se pueden acabar en uno o varios procesos. Además, la forja con matriz cerrada produce piezas forjadas con un área de tensión más pequeña, lo que requiere menos carga. Es importante tener en cuenta que la forja con matriz cerrada requiere un control estricto del volumen de la palanquilla, la posición relativa de las matrices de forja y la medición de las piezas forjadas para minimizar el desgaste de la matriz.

 

Materiales metálicos adecuados para la forja

Los principales materiales utilizados para la forja son el acero al carbono y los aceros aleados de diversas composiciones, seguidos del aluminio, magnesio, cobre, titanio y sus aleaciones. Los estados originales de los materiales incluyen barras, lingotes, polvo metálico y metal líquido. La relación entre el área de la sección transversal-del metal antes de la deformación y el área de la sección transversal-después de la deformación se denomina relación de forjado. Seleccionar correctamente la relación de forjado, la temperatura de calentamiento y el tiempo de mantenimiento adecuados, las temperaturas de forjado inicial y final adecuadas y la cantidad y velocidad de deformación adecuadas son cruciales para mejorar la calidad del producto y reducir los costos. Además de los materiales metálicos antes mencionados, también se forjan o laminan superaleaciones a base de hierro forjado-, níquel- y cobalto-. Sin embargo, debido a su rango plástico relativamente estrecho, estas aleaciones son más difíciles de forjar y se imponen requisitos estrictos sobre la temperatura de calentamiento, la temperatura de forjado inicial y la temperatura de forjado final para diferentes materiales.

 

 

Flujo del proceso de forja
Los diferentes métodos de forjado tienen diferentes procesos, siendo el forjado en caliente el que tiene el flujo más largo. La secuencia general es: corte de palanquilla, calentamiento de palanquilla, preparación de forjado por rodillo, forjado por matriz, recorte, limpieza, punzonado, enderezamiento, etc.

 

Inspección de forja
La inspección de forja incluye en-la inspección de procesos, la inspección dimensional, la detección de defectos en la superficie y la composición química, la tensión residual, las propiedades mecánicas y el análisis metalográfico. Si es necesario, también se pueden realizar pruebas no-destructivas (END).Tratamiento térmicode forjados se utiliza para eliminar la tensión de forjado y mejorar la maquinabilidad del metal.

 

Características de las forjas
1. Comparado conpiezas fundidas, la forja mejora la microestructura y las propiedades mecánicas de los metales. Después de la deformación por trabajo en caliente mediante forjado, las dendritas gruesas originales y los granos columnares del metal fundido se transforman en granos recristalizados equiaxiales más finos y uniformes debido a la deformación y la recristalización. Esto compacta y suelda inconsistencias como segregación, porosidad, poros e inclusiones dentro del lingote, lo que da como resultado una microestructura más densa y una plasticidad y propiedades mecánicas mejoradas.

2. Las propiedades mecánicas de las piezas fundidas son inferiores a las de las piezas forjadas del mismo material. Además, la forja asegura la continuidad de la estructura fibrosa del metal, manteniendo la coherencia entre la estructura fibrosa y la forma de la forja, lo que da como resultado líneas de flujo de metal completas y garantiza buenas propiedades mecánicas y una vida útil más larga. Las piezas forjadas producidas mediante procesos de forjado con matriz de precisión, extrusión en frío y extrusión en caliente no tienen comparación con las piezas fundidas.

3. Las piezas forjadas son objetos en los que el metal se somete a presión y se deforma plásticamente para lograr la forma deseada o la fuerza de compresión adecuada. Esta fuerza se consigue mediante un martillo o presión. El proceso de forjado crea una estructura granular refinada y mejora las propiedades físicas del metal. En aplicaciones prácticas de componentes, un diseño adecuado garantiza que el flujo de partículas esté alineado con la dirección de presión principal. Por el contrario, las piezas fundidas son piezas metálicas formadas mediante diversos métodos de fundición. Esto implica verter metal fundido en un molde pre-preparado utilizando métodos como vertido, inyección, succión u otras técnicas de fundición. Después de enfriarse, el metal se somete a eliminación de arena, limpieza y pos-procesamiento para obtener un objeto con una forma, tamaño y rendimiento específicos.

4. Las piezas forjadas pueden lograr una forja de forma neta-. Las piezas forjadas requieren un mecanizado mínimo o nulo y ofrecen ventajas como forma precisa, alta exactitud dimensional, alta precisión de forma y posición y alta rugosidad superficial.

 

Aplicaciones de las forjas
Las piezas importantes de maquinaria relacionada que soportan cargas elevadas y funcionan en condiciones difíciles suelen estar forjadas, excepto las formas más simples que pueden fabricarse a partir de placas laminadas, perfiles, piezas fundidas y piezas soldadas. La forja es uno de los principales métodos de procesamiento para proporcionar piezas en bruto para piezas mecánicas en elindustria de fabricación de maquinaria. A través de la forja no sólo se puede obtener la forma de las piezas mecánicas, sino que también se puede mejorar la estructura interna del metal, potenciando sus propiedades mecánicas y físicas. Para las piezas mecánicas más importantes que están sujetas a grandes tensiones y tienen altos requisitos, la forja es el método de fabricación más común. Por ejemplo, piezas importantes como ejes de generadores de turbinas, rotores, impulsores, palas, anillos de retención, grandes columnas de prensas hidráulicas, cilindros de alta-presión, rodillos de laminador, cigüeñales de motores de combustión interna, bielas, engranajes, cojinetes y artillería en la industria de defensa se producen mediante forja.