Guia de Laboratorio 07 Forjado de Metales 3

 

 

“UNIVERSIDAD RICARDO PALMA” 

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

PROCESOS DE MANUFACTURA I LABORATORIO N° 07

“FORJADO DE METALES POR MATRIZ ABIERTA

Y MATRIZ CERRADA”  Profesor: ING. CASTR CASTRO O CHONTA, AMADO

PERÚ-LIMA

FORJADO MATRIZ ABIERTA

2018

FORJADO MATRIZ CERRADA 

 

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DEDICATORIA

Familia Gracias por siempre estar a mi lado, porque gracias a ustedes yo estoy hoy aquí y aunque tengamos peleas y discusiones como todas las familias recuerden que ustedes son lo más importante en mi vida, porque amigos van y vienen diariamente pero la familia está permanentemente a tu lado apoyándote y ayudando te en lo que necesites con esto quiero decirles que los amo y que son personas irreemplazables en mi vida y que gracias por esos momentos en que me han sacado una sonrisa de la cara o que me han ayudado a salir adelante cuando sentía que me desvanecía lentamente...... 

 

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INDICE

I. 

Introducción

II. 

Objetivos

III. 

Fundamento Teórico III.1 Forjado Dado Abierto III.2 Forjado Dado Cerrado o Impresor III.3 Principales Operaciones que se realizan con el Forjado III.4 Diseño de Dado para Forja

IV. 

Cuestionario

V. 

Bibliografía

 

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I.  Introducción  C risto. A los herreros y La forja era utilizada en la península Ibérica desde el siglo VI antes de Cristo. forjadores de entonces se les atribuían poderes mágicos relacionados con la fuerza y la suerte. suerte . Se ha descubierto que por aquel entonces e ntonces no sólo se utilizaba la forja para construir armamento, sino que también realizaban candelabros, faroles y otros objetos decorativos. Sin embargo, cuando llega el periodo Barroco comienza la decadencia del hierro y hay que esperar hasta mediados del siglo XX para ver resurgir el interés hacia esta artesanía, hoy en día tan de moda. En la actualidad la forja pura prácticamente no existe, los elevados costes de las interminables horas del trabajo manual, y la aparición de la soldadura han desbancado el trabajo artesano realizado en la fragua a golpe de martillo. La fragua es una construcción de forma cuadrada y con dimensiones variables, que posee una plataforma donde se coloca el carbón, normalmente de hulla. Es ahí donde se calienta el hierro. A golpe de martillo el artesano da forma a su imaginación trabajando las propiedades del hierro al rojo en el yunque. Antiguamente la forja era utilizada principalmente para realizar armas y aperos de labranza. Hoy en día, esta técnica totalmente artesanal, se aplica también al mundo de la decoración, ofreciendo gran número de trabajos y muebles decorativos, decorat ivos, con características y dimensiones espectaculares.

 

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II. 

Objetivos

 

Conocer las técnicas y operaciones del proceso de forjado en matriz abierta y cerrada.   Conocer los factores importantes que influyen en la selección de parámetros para los  procesos de forjado en matriz matriz abierta y cerrada.   Conocer las medidas de seguridad que se deben tomar para el forjado en matriz abierta y cerrada.   Conocer las características que deben tener los materiales para un buen forjado en matriz abierta y cerrada.

III. 

Fundamento Teórico

Es un método de manufactura de piezas metálicas, que consiste en la deformación plástica de un metal, ocasionada por esfuerzos impuestos sobre él, ya sea por impacto o por presión. En el  proceso, el metal fluye en la dirección de menor resistencia, así que generalmente ocurrirá un alargamiento lateral al menos que se le contenga. El grupo de metales más importantes lo constituyen el acero y sus aleaciones, ciertos materiales no ferrosos, como el aluminio y sus aleaciones.

Existen dos clases de forja, en matriz abierta y en matriz cerrada.

 

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En la forja en matriz abierta, 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. Más importante es la forja en matriz cerrada, y 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 complejidad y exactitud, así como un buen buen acabado. Concretando, es posible delimitar las aplicaciones básicas y campos de utilización de la forja de matriz abierta y matriz cerrada de la siguiente siguiente manera:  

Forja en matriz abierta: abierta : Producción de piezas pesadas con tolerancias grandes y en lotes  pequeños y medianos.

 

Forja en matriz cerrada: cerrada : Producción de piezas de peso reducido, de precisión y en lotes de 1000 a 10000 unidades.

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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 primera el metal en matriz abierta, dándosele después el acabado final en estampas cerradas.

 

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Es raro usar las partes forjados tal y como se les produce, en general se les termina primero quitándoles las rebanados a las piezas (desbarbado), con una matriz de corte que no siempre está integrada a la máquina de forja y después se proporciona el acabado requerido mediante los  procesos de maquinado maquinado comunes. Cabe mencionar que existen dos clases de forjado el denominado en caliente, que se realiza arriba de la temperatura de re cristalización y el llamado forjado en frío que se efectúa por debajo de esta. Las piezas forjados se emplean ampliamente en herramientas de mano, partes de automóviles, caimanes, ferrocarriles, en la industria aeroespacial y muchas otras. Algunas de sus características técnicas más sobresalientes se enumeran a continuación:

III.1 Forjado Dado Abierto Se puede describir al proceso con matriz abierta como una pieza sólida colocada entre dos dados o matrices planos, cuya altura se reduce por compresión. Este proceso también se llama recalcado , o forjado con dado plano. Las superficies del dado en el forjado con matriz plana  pueden tener cavidades sencillas, para producir forjaduras relativamente sencillas. La deformación de la pieza bajos condiciones ideales. Debido a que se mantiene el volumen constante, toda reducción de altura aumenta el diámetro de la pieza forjada.

PROCESO   PROCESO

VENTAJAS   VENTAJAS

LIMITACIONES   LIMITACIONES

Dado abierto

Dados sencillos poco costosas; útil

Limitado a formas sencillas; difícil

 para pequeñas cantidades; cantidades; amplia

mantener tolerancias estrechas;

gama de tamaños disponibles;

necesario el maquinado a la forma

buenas características de

 final; poca capacidad capacidad de

resistencia.

 producción; utilización utilización relativamente mala del material; se requiere mucha destreza.

Dado cerrado

Utilización relativamente buena

Gran costo de los dados cuando las

del material; en general mejores

cantidades son pequeñas; con

 propiedades que las forjas forjas con

 frecuencia se necesita maquinado. maquinado.

dado abierto; buena precisión dimensional; gran capacidad de

 

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 producción; buena reproductibilidad. Bloqueador

Bajos costos de dado; grandes

Necesario maquinar para llegar a

capacidades de producción.

la forma final; son Necesarias almas gruesas y biseles grandes.

Tipo convencional

Requiere mucho de menos

Costo de matrices algo mayor que

maquinado que el bloqueador;

 para el tipo con bloqueador. bloqueador.

grandes capacidades de  producción; buena utilización utilización del material. De precisión

Tolerancias cerradas; con

Requiere grandes fuerzas, dados

 frecuencia es innecesario innecesario el

intrincados y medios para separar

maquinado; muy buena utilización la forjadura de los dados del material; es factible, con almas y bridas muy delgadas.

Práctica del forjado en dado abierto  abierto  El forjado caliente, en dado abierto es un proceso industrial importante. Las formas generadas por operaciones en dado abierto son simples. Los dados en algunas aplicaciones tienen superficies con ligeros contornos que ayudan a formar el material de trabajo. Éste, además, debe manipularse frecuentemente (girándolo en cada paso, por ejemplo) para efectuar los cambios de  forma requeridos. La habilidad del operador es un factor importante para el éxito de estas operaciones. Un ejemplo de forjado en dado abierto en la industria del acero es el formado de grandes lingotes cuadrados para convertirlos en secciones redondas. Las operaciones de forja en dado abierto producen formas rudimentarias que necesitan operaciones posteriores para refinar las partes a sus dimensiones y geometría final. Una contribución importante del forjado en caliente en dado abierto es la creación de un flujo de granos y de una estructura metalúrgica favorable en el metal.

 

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Varias operaciones de forjado en dado abierto: (a) con dados convexos, (b) con dados cóncavos y (c) por secciones.

El forjado con dado abierto  puede realizarse con dados convexos, con dados cóncavos y por secciones, como se ilustran en la  figura. El forjado con dados convexos es una operación de forja que se utiliza para reducir la sección transversal y redistribuir el metal en una parte de trabajo, como preparación para operaciones posteriores de  formado con forja. El forjado con dados cóncavos es similar al anterior, excepto que los dados tienen superficies cóncavas.

 

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Dos vistas de una operación de desbaste de una barra rectangular. Los herreros usan este proceso  para reducir el espesor de las las barras martillando la pi pieza eza sobre un yunque.

III.2

Forjado Dado Cerrado o Impresor

En el forjado con dado impresor, o forjado con matriz de impresión la pieza adquiere la  forma de las cavidades (impresiones) del dado, forjarse entre dos matrices perfiladas . Obsérvese que algo del material fluye hacia afuera y forma una rebaba rebaba.. Esta rebaba tiene un papel importante en el flujo del material en el estampado: es delgada, se enfría con rapidez y, por su resistencia a la fricción, somete a grandes presiones al material en la cavidad de la matriz,  promoviendo así el llenado llenado de la cavidad.

 

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Etapas de forja con dado impresor estampado de un material redondo sólido. La pieza por forjar se prepara con operaciones como: a) corte o recorte de una barra extruida o estirada b) operaciones de pre-conformado, como metalurgia de polvos c) una pieza bruta preformada en un forjado anterior.

Herramienta para para forja en dados cerra cerrados dos La pieza bruta se coloca en el dado inferior y, al comenzar a descender el dado superior la  forma de la pieza cambia en en forma gradual.

Los procesos de preformado, como el forjado con dados cóncavos y convexos son para distribuir el material en las diversas regiones de la pieza bruta, en forma parecida a como se conforma la masa para hacer bizcochos. bizcochos. En el forjado el  forjado con dado cóncavo el material se aleja de una zona; en el  forjado con dado convexo se junta en una una zona localizada. localizada. A continuación, a la  pieza se le da la forma aproximada de la biela con un proceso llamado bloqueo , usando dados bloqueadores. La operación final es el acabado de la forjadura en matrices de de estampado, que le dan su forma final. La rebaba se quita, normalmente normalmente mediante troquelado. troquelado.

 

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III,3Principales Operaciones que se realizan con el Forjado Para impartir la forma y las propiedades deseadas en el producto se hacen varias operaciones. Cabeceado El cabeceado, encabezado o cabeceo es esencialmente una operación de recalcado, que normalmente se hace en el extremo de una varilla o alambre redondos, para producir una sección transversal mayor. Entre los ejemplos característicos característicos están las cabezas de los tornillos, pernos pernos,, remaches, clavos y demás sujetadores sujetadores (fig. 14.11a). Los procesos de cabeceado se pueden hacer en frio o en caliente, en máquinas que se llaman cabeceadoras que suelen ser muy automatizadas. Sus producciones con piezas piezas pequeñas son de cientos cientos de ellas por minuto. Es fácil que estas máquinas sean ruidosas; se requieren recintos a prueba de ruido, o el uso de protectores en los oídos. Se pueden combinar las operaciones operaciones de cabeceado con los procesos de extrusión en frio frio  para fabricar diversas piezas. piezas. Penetrado El penetrado es un proceso de indentación (sin atravesar) de la superficie de una pieza con un punzón, para producir una cavidad o impresión (fig. (fig. 14.12). La pieza puede estar confinada en una cavidad del dado o puede no estar restringida. Al penetrado puede seguir la perforación,  punzonado o taladrado, para producir un orificio en la pieza. También, el penetrado se hace para  producir regiones huecas huecas en las forjas con equi equipo po auxiliar de acción lateral. lateral.

 

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Otras operaciones  operaciones   Aparte de las operaciones convencionales de forja descritas en las secciones anteriores hay otras operaciones de formado para metal que están relacionadas se asocian muy cerca con el  forjado.

Una operación de recalcado para formar la cabeza de un perno u otro artículo similar. El ciclo consiste en: (1) el alambre se alimenta hasta el tope, (2) los dados mordaza se cierran apretando el material y el tope se retira, (3) el punzón avanza y (4) loca fondo para formar la cabeza.

Recalcado y encabezamiento El recalcado (también llamado llamado forjado de recalcado) recalcado) es una operación de deformación deformación en la cual una parte o pieza de trabajo cilíndrica aumenta su diámetro y reduce su longitud. Esta operación se analizó en nuestra descripción del forjado en dado abierto. Sin embargo, es una operación industrial que puede también ejecutarse como un forjado en dado cerrado.

 

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Estampado (suajeado) con forja y forjado radial Son procesos de forjado que se usan para reducir el diámetro de un tubo o barra sólida. El estampado se ejecuta frecuentemente sobre el extremo de una pieza de trabajo para crear una sección abusada. El proceso de estampad, se realiza por medio de dados rotatorios que golpean en una pieza de trabajo radialmente hacia dentro para ahusarla conforme la pieza avanza dentro de los dados. La figura se ilustra algunas de las formas formas y productos que se hacen hacen por estampado. Se requiere algunas veces un mandril para controlar la forma y tamaño del diámetro interno de las  partes tubulares que se estampan. El forjado radial es similar al estampado en su acción contra la  parte y se usa para crear formas similares. La diferencia es que en el forjado radial los dados no giran alrededor de la pieza de trabajo; en su lugar, el material de trabajo es el que gira al avanzar dentro de los dados martillo.

Forjado con rodillos Es un proceso de deformación que se usa para reducir la sección transversal de una pieza de trabajo cilíndrica (o rectangular), ésta pasa a través de una serie de rodillos opuestos con canales que igualan la forma requerida por la parte final. El forjado con rodillos se clasifica

 

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generalmente como un proceso de forja, aun cuando utiliza rodillos. Los rodillos no giran continuamente, sino solamente a través de una porción de revolución que corresponde a la deformación que requiere la parte. La partes forjadas con rodillos son generalmente más fuertes y  poseen una estructura granular favorable con respecto a otros procesos competidores como el maquinado que puede usarse para producir estas mismas partes.

Forjado orbital   En este proceso, la deformación ocurre por medio de un dado superior en forma de cono que presiona y gira simultáneamente sobre el material de trabajo. El material de trabajo se comprime sobre un dado inferior que tiene una cavidad. Debido a que el eje del cono está inclinado, solamente una pequeña área de la superficie del material de trabajo se comprime en cualquier momento. Al revolver el dado superior, el área bajo compresión también gira. Estas operaciones características del forjado orbital producen una reducción sustancial en la carga requerida de la prensa para alcanzar la deformación del material del trabajo.

Punzonado

 

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El punzonado en forja es un proceso de deformación en el cual se prensa una forma endurecida de acero sobre un bloque de acero suave (u otro metal suave). El proceso se usa  frecuentemente para hacer cavidades de moldes para moldeo de plásticos y fundición en dados, como se muestra en la figura 3.33. La forma de acero endurecido se llama punzón o fresa y está maquinada con la geometría de la parte que se va a moldear. Para forzar la fresa dentro del bloque de metal suave se requiere una presión sustancial, esto se logra generalmente con una  prensa hidráulica. La formación completa de la cavidad del dado en el bloque requiere  frecuentemente varios pasos, como el fresado seguido del recocido para remover el endurecimiento por deformación. Cuando el bloque del material se ha deformado en cantidades significativas, como se muestra en la figura, se elimina el exceso por maquinado. La ventaja del  punzonado en esta aplicación es que es más fácil maquinar la forma positiva que erosionar la cavidad negativa. Esta ventaja se multiplica en los casos donde se tienen que hacer cavidades múltiples en el bloque del dado.

III,4 Diseño de Dado para Forja Para diseñar los datos para forja se requiere conocer la resistencia y la ductilidad del material de la pieza, su sensibilidad a la velocidad de deformación y a la temperatura, sus características de fricción fricción y la forma y la complejidad complejidad de la pieza. Un aspecto importante es la distorsión del dado bajo grandes cargas en el forjado, en especial si se requieren tolerancias dimensionales cerradas.

 

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La regla más importante en el diseño de dados es que la pieza fluye en la dirección de la menor resistencia.

Por

consiguiente, se debe conformar la pieza (forma intermedia) de tal modo que llene bien las las cavidades cavidades del dado. En la fig. 14.7a se ve un ejemplo de las formas intermedias para una biela.

Se puede

apreciar la importancia del preformado si se recuerda cómo se preconforma una  porción de masa para obtener la tapa de un “pay”, o cómo se preconforma la carne

molida para obtener una hamburguesa.

Para la mayor parte de las forjas o piezas forjadas, la línea de partición suele partición suele estar en la sección transversal máxima máxima de la pieza. Para las formas simétricas sencillas, sencillas, es normalmente una recta al centro de la pieza forjada, pero para las formas más complejas esa línea puede no estar en un solo plano. Por lo anterior se diseñan diseñan los datos en tal forma que se traben durante el el acoplamiento para evitar los empujes naturales, para equilibrar las fuerzas y mantener el alineamiento durante el forjado.

III,5 MATERIALES Y LUBRICACIÓN DE LOS DADOS Entre los aspectos importantes del forjado, así como para otros procesos de manufactura, están los materiales y la lubricación de los dados. Materiales de los dados. La mayor parte de las operaciones operaciones de forjado, en especial especial para piezas grandes se hacen a altas temperaturas. temperaturas. En consecuencia, los requerimientos requerimientos generales para los los materiales del dado son:   a) resistencia y tenacidad a temperaturas elevadas b) b)   capacidad de endurecimiento y de endurecerse uniformemente

 

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c) c)   resistencia al choque térmico y mecánico d) d)   resistencia al desgaste, en especial al desgaste abrasivo, por la presencia de cascarilla en la forja en caliente. La selección de los materiales adecuados para dados depende de factores tales como su tamaño, la composición y las propiedades de la pieza, la complejidad de la forma, la temperatura de forjado, el tipo de operación de forjado, el costo de los materiales del dado y la cantidad requerida de  forjas. También, un factor importante es la transferencia de calor de la pieza caliente a los dados, con la distorsión consiguiente de éstos. Los materiales comunes en los dados son los aceros de herramienta y para dados, que contienen cromo, níquel, molibdeno molibdeno y vanadio. Los dados se fabrican a partir de bloques, bloques, que a su vez se  forjan a partir de fundición, y después se maquinan y terminan a la forma y acabado superficial deseados. Lubricación. Los lubricantes influyen influyen mucho sobre la fricción fricción y el desgaste, y por consiguiente consiguiente sobre las fuerzas requeridas requeridas y el flujo del metal en las las cavidades. También pueden actuar actuar como barrera térmica entre la pieza caliente y los dados relativamente fríos, disminuyendo la velocidad de enfriamiento de la pieza y mejorando el flujo del metal. Otro papel importante del lubricante es servir como agente de desprendimiento, esto es, que inhiba que la pieza forjada o forja se pegue a los dados y que ayude en el desprendimiento. En el forjado se puede usar una gran variedad de lubricantes. Para una forja en caliente se usan grafito, disulfuro de molibdeno molibdeno y, a veces, vidrio. Para la forja en frío los lubricantes comune comuness son aceites minerales y jabones, aplicados después del recubrimiento de conversión de las piezas brutas. En la forja en caliente se suele aplicar el lubricante directamente directamente a los dados; en la forja en  frío se aplica a la pieza. Son importantes para la calidad del producto el método de aplicación y la uniformidad del espesor del lubricante.

IV. Cuestionario 1. 1.   ¿Qué es la forja, en qué consiste el proceso de forjado de métales y cómo identificaría si una pieza esta forjada o fundida? Discutir las propiedades y características. 2. 2.   ¿Defina y describa cuáles son los efectos de la forja sobre los métales? 3. 3.   ¿Qué diferencia hay entre forjado con matriz abierta y forjado con matriz cerrada? Describa las ventajas y limitaciones de cada una de ellas. Ilustre cada uno de los  procesos de forjado. 4. 4.   Hacer un DOP del proceso de forjado con matriz abierta y matriz cerrada. Explicar y describir cada etapa de estos procesos.

 

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5. 5.   ¿Qué propiedades deben tener los metales para ser forjados, qué piezas se pueden  fabricar y cuáles son sus propiedades propiedades una vez que han han sido forjados? 6. 6.   ¿En qué consiste el forjado con dado de impresión. Describir, discutir y explicar sus características y cuáles son sus aplicaciones? 7. 7.   ¿Qué significa que el material se deforman plásticamente en el proceso de manufactura de forjado de métales? 8. 8.   ¿Cuáles son los equipos y tipos de maquinas que se utilizan para el forjado abierto y cerrado, cuáles son sus principales características, ventajas y desventajas? 9. 9.   ¿Qué tipo de procesos de forjado se utiliza para fabricar partes o piezas simétricas y qué tipo de proceso de forjado se utiliza en la industria aeronáutica? Describa y explique cada uno de ellos. 10.  ¿Explique cuál es la temperatura ideal para realizar el forjado en matriz abierta y 10. cerrada? 11.  ¿Cuáles son las propiedades, las características y bondades de la forja en frio, caliente 11. y tibio? 12.  Describir y explicar las ecuaciones para calcular la fuerza de forjado. Proponer tres 12.  problemas de forjado y explicar su solución. 13. Problema: Una parte cilíndrica se sujeta a una operación de recalcado en forja. La  pieza inicial tiene 3. 3.0 0 pulg de altura y 2.0 pulg de diámetro. En la o operación, peración, su altura se reduce hasta 1.5 pulg. El material de trabajotiene una curva de fluencia definida por K = 50000 lb/pulg2 y n = 0.17. Asuma un coeficiente de fricción de 0,10. Determine la  fuerza al empezar el proceso, a las alturas intermedias 2.5 pulg, 2 pulg, y a la altura  final 1.5 pulg.

V. V.  

WEBGRAFIA

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un-metal-para-forja

VIDEOS:  

http://www.youtube.com/watch?v=bh6wghRBFK8&playnext=1&list=PLBFA539BE44CD10E4   http://www.youtube.com/watch?v=bh6wghRBFK8&playnext=1&list=PLBFA539BE44CD10E4

 

http://www.youtube.com/watch?v=tLRkOupbARM http://www.youtube.com/watch?v=tLRkOupbARM  

 

http://www.youtube.com/watch?v=PXVWiGqeltM http://www.youtube.com/watch?v=PXVWiGqeltM  

 

http://www.youtube.com/watch?v=XBg5iXGjhVY&feature=grec_index