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PROCESO DE DEFORMACINVOLUMETRICA: FORJADO

UNMSM FACULTAD DE INGENIERAINDUSTRIAL

DEPARTAMENTO ACADMICO DE DISEO YTECNOLOGIA INDUSTRIAL

PROCESO DE MANUFACTURA I

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PROCESO DE DEFORMACION VOLUMETRICA : FORJADO

El forjado es un proceso de deformacin en el cual el material se

comprime entre los dados, usando impacto o presin gradual para

formar la parte.

DEFINICIN

Una manera de clasificar las operaciones de forja es mediante latemperatura de trabajo

a) Caliente: La mayora de las operaciones de forja se realizan encaliente (por arriba y por debajo de la temperatura de recristalizacin),

dada la demanda de deformacin que el proceso requiere y la necesidadde reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal de trabajo.

b) Fri: Tambin es muy comn para ciertos productos. La ventaja delforjado en fro es la mayor resistencia que adquiere el material, que

resulta del endurecimiento por deformacin.

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En el forjado se aplica la presin por impacto o en forma gradual. Ladiferencia depende ms del tipo de equipo que de las diferencias en latecnologa de los procesos. Una mquina de forjado que aplica cargas

de impacto se llama martinete de forja, mientras la que aplica presingradual se llama prensa de forjado.

Otra diferencia, entre las operaciones de forjado es el grado en que losdados restringen el flujo del metal de trabajo. Atendiendo a estaclasificacin, hay tres tipos de operaciones de forjado:

a) Forjado en dado abierto,b) Forjado en dado impresor yc) Forjado sin rebaba.

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FORJADO EN DADO ABIERTO

El caso ms simple de forjado consiste en comprimir una parte de seccin

cilndrica entre dos dados planos, muy semejante a un ensayo de la

compresin. Esta operacin de forjado se conoce como recalcado o

forjado para recalcar, reduce la altura de material de trabajo e incrementa

su dimetro.

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hholn=

Si el forjado en dado abierto se lleva a cabo bajo condiciones ideales,sin friccin entre el material de trabajo y la superficie del dado, ocurreuna deformacin homognea y el flujo radial de material es uniforme a lo

largo de su altura. Bajo condiciones ideales, la deformacin real queexperimenta el material durante el proceso, se puede determinar por:

Donde

ho = altura inicial del trabajo, (mm); y

h = altura de un punto intermedio en el proceso (mm)

Al final de la carrera de compresin, h = hf(su valor

final) y el esfuerzo real alcanza su mximo valor.

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Se puede estimar la fuerza para ejecutar el recalcado. Se puede obtener la

fuerza requerida para continuar la compresin a una altura dada h durante

el proceso:



AYF f=Donde

F = fuerza, (N);

A = rea de la seccin transversal de la parte, (mm2);

Yf

= esfuerzo de fluencia correspondiente al esfuerzo (MPa).

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Una operacin real de recalcado no ocurre exactamente como se

describi anteriormente, debido a que la friccin en la superficie de los

dados se opone al flujo de metal. Esto crea un efecto de abultamiento en

forma de barril, llamado abarrilamiento. Cuando se realiza un trabajo en

caliente con dados fros, el abarrilamiento es ms pronunciado. Esto sedebe a:

1) Un coeficiente de friccin ms alto, tpico del trabajo en caliente y2) La transferencia de calor en la superficie del dado y sus cercanas.

Lo cual enfra el metal y aumenta su resistencia a la deformacin. El metalms caliente se encuentra en medio de la parte y fluye ms fcilmente

que el metal ms fro de los extremos. El efecto se acenta al aumentar la

relacin entre el dimetro y la altura de la parte, debido a la mayor rea de

contacto en la interfase dado - material de trabajo.



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Todos estos factores originan que la fuerza de recalcado sea ms

grande. Podernos aplicar un factor de forma para aproximar los efectos

de la friccin y la relacin entre el dimetro y la altura:

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AYKF ff=Donde

F, YfyA tienen las mismas definiciones

que se vio anteriormente;

Kf= factor de forma del forjado, definido

como:

h

DKf

4.0

1+=

Donde

= coeficiente de friccin;

D = dimetro de la parte de trabajo o

longitud de contacto con la superficie, (mm);

h = altura de la parte, (mm).

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FORJADO CON DADO IMPRESOR

Llamado algunas veces forjado en dado cerrado, se realiza con dadosque tienen la forma inversa a la requerida para la parte.

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La pieza de trabajo inicial se muestra como una parte cilndrica. Al

cerrarse el dado y llegar a su posicin final, el metal fluye ms all de la

cavidad del dado y forma una rebaba en la pequea abertura entre lasplacas del dado. Aunque la rebaba se recorta posteriormente, tiene

realmente una funcin importante en el forjado por impresin, ya que

cuando sta empieza a formarse, la friccin se opone a que el metal

siga fluyendo hacia la abertura, y de esta manera fuerza al material de

trabajo a permanecer en la cavidad,



La frmula de la fuerza es la misma para el forjado en dado abierto, pero

su interpretacin es ligeramente diferente:

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AYKF ff=Donde

F = fuerza mxima en la operacin, (N);

A = rea que incluye la rebaba, (mm2);

Yf= esfuerzo de fluencia del materia (MPa);

Kf= factor de forma del forjado

En el forjado en caliente, el valor apropiado de Yf

es la resistencia a la

fluencia del metal a temperatura elevada. En otros casos, la seleccin del

valor apropiado del esfuerzo de fluencia es difcil porque para las formascomplejas el esfuerzo vara a travs de la pieza de trabajo. K

fes un factor

con el que se intenta tomar en cuenta el incremento de la fuerza requerida

para forjar formas complejas,

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La siguiente tabla muestra la escala de valores de Kf. para diferentesformas de la parte. Obviamente, el problema al especificar el valor

apropiado de Kfpara una forma dada de trabajo, limita la precisin de la

estimacin.



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Las ventajas del forjado sobre el maquinado completo de la parte son:

velocidad de produccin ms alta, conservacin del metal, mayorresistencia y orientacin ms favorable de los granos de metal. Enla siguiente figura se ilustra una comparacin del flujo granular en el

forjado y en el maquinado.



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FORJADO SIN REBABA

En la terminologa industrial, el forjado con dado impresor se llama algunas

veces forjado en dado cerrado. Sin embargo, hay una distincin tcnica

entre forjado con dado impresor y forjado con dado cerrado real. La

distincin es que en el forjado con dado cerrado, la pieza de trabajo

original queda contenida completamente dentro de la cavidad del dadodurante la compresin y no se forma rebaba. Para identificar este proceso

es apropiado el trmino forjado sin rebaba.

El parmetro ms importante es que el volumen del material de trabajodebe igualar al volumen de la cavidad del dado dentro de muyestrechas tolerancias.

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FORJADO SIN REBABA

Las fuerzas en el forjado sin rebaba alcanzan valores comparables a lasdel forjado con dado impresor. Estas fuerzas se pueden, estimar usando

los mismos mtodos para el forjado con dado impresor.

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FORJADO SIN REBABA

El acuado es una aplicacin especial del forjado sin rebaba medianteel cual se imprimen los finos detalles del dado en la superficie superior y

en el fondo de la pieza de trabajo. En el acuado hay poco flujo de

metal; no obstante, las presiones requeridas para reproducir los detallessuperficiales de la cavidad del dado son altas, como se indica por el

valor de Kf

en la tabla Una aplicacin comn del acuado es desde

luego la acuacin de monedas. El proceso se usa tambin para dar

acabados superficiales y de precisin dimensional a algunas partesfabricadas por otras operaciones

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FORJADO SIN REBABA: ACUADO

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