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La forja fue introducida por los herreros hace miles de años. Utilizaban martillos o yunques para fabricar distintos productos. Hoy en día, muchas industrias están adoptando un proceso de fabricación bastante popular. Según las investigaciones, la ingresos de forja alcanzará los 31.600 millones de dólares en 2024.
Normalmente, la forja consiste en dar forma al metal mediante laminado, martilleo o prensado. El proceso funciona a distintas temperaturas: frío, templado o caliente. Por lo general, este proceso permite obtener un metal muy resistente para fabricar distintas piezas.
La forja puede realizarse siguiendo diversos métodos. Este artículo le dará una visión completa del proceso, sus métodos y sus aplicaciones. Así que, ¡a profundizar en el artículo!
Definición de forja
Forja is a metal shaping process that uses localized compressive forces. Usually, the force is applied on the metal workpiece in the form of hammer blows, presses, or rollings. You may power these tools through electricity, hydraulics, or compressed air. However, forging is classified according to the temperatures at which it works— cold (at room temperature), warm (300 to 800°C), and hot forging (above 800°C).
Con la ayuda de la forja, puede convertir la pieza de trabajo de metal en una variedad de formas. Esto puede ocurrir forzando la pieza a formas personalizadas aplicando la fuerza como un ariete que cae sobre el yunque. En otra situación, apretando la pieza metálica en la cavidad de la matriz se da forma al material.
Esta técnica es compatible con acero al carbono, acero aleado, acero inoxidable, aluminio, latón, cobre y titanio. El proceso permite deformar plásticamente el metal original en diversas geometrías con un desperdicio mínimo de material. Una vez forjada la pieza de metal en bruto, queda bastante reforzada y resistente a la fatiga.
Normalmente, cuando un metal se calienta a alta temperatura y luego se aplica presión, las grietas y los espacios vacíos del metal se sellan, lo que lo hace resistente. Además, la alternancia de la estructura de grano del metal siguiendo la técnica de forja hace que el metal sea resistente y robusto.
¿Qué equipo se utiliza para forjar?
A continuación se indican algunas de las principales herramientas de forja utilizadas para este proceso; su uso depende del método que se utilice. Echemos un vistazo.
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Martillos
El martillo mecánico es la herramienta de forja más utilizada. La máquina de contragolpe cuenta con un martillo y un yunque entre los que se sujeta la pieza metálica. Funciona golpeando continuamente la pieza metálica desde zonas específicas para deformarla o darle forma. El martilleo necesita un golpe de bastante presión para cambiar la forma del metal. Así, se necesitan casi 50.000 libras de fuerza motriz.
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Prensas
A diferencia del golpeo continuo, en el que se utiliza un martillo, en las prensas el metal se presiona entre matrices de forma personalizada para darle forma. Normalmente, las prensas utilizan presión mecánica o hidráulica para aplicar la presión sobre la matriz de forja. Las manivelas, levas y palancas desempeñan un papel importante en las prensas mecánicas para golpear. Mientras que, en el caso de las prensas hidráulicas, la presión del fluido y un pistón generan la fuerza motriz. Además, en el caso de las prensas, el metal se aprieta verticalmente en las cavidades de la matriz.
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Subidores
Las recalcadoras son bastante similares a las prensas. La única diferencia es que el metal se aprieta horizontalmente durante la forja. La fuerza se aplica en dirección horizontal para introducir el metal en la cavidad de la matriz.
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Rodillos de anillo
Como su nombre indica, los rodillos anulares se encargan de dar forma de anillo a los metales. Principalmente, son capaces de producir diámetros de anillo que van desde unas pocas pulgadas hasta casi más de 300 pulgadas. Los rodillos anulares trabajan con piezas metálicas huecas.
¿Cuáles son los distintos tipos de forja?
Existen varios métodos de forja, cada uno con capacidades y ventajas diferentes. Empecemos por el primer método de forja:
1. Forja por estampación
La forja por estampación se llama así porque funciona dejando caer un martillo sobre la pieza para deformarla según la forma de la matriz en la que se encuentra. La matriz es una superficie que entra en contacto con la pieza metálica. Pueden ser planas o multiformes según las operaciones.
La forja por estampación se divide a su vez en dos tipos:
- Forja con matriz abierta o forja Smith.
- Forja con matriz cerrada o forja con matriz de impresión.
Forja con matriz abierta
En la forja con matriz abierta, la pieza metálica no está encerrada en las matrices. En su lugar, la pieza se coloca sobre un yunque fijo y un martillo la golpea para moldear la forma del material. Por lo tanto, usted es el responsable de alterar la posición del metal para conseguir la forma deseada.
Además, ofrece productos metálicos personalizados. A continuación se indican algunas de las grandes ventajas de la forja:
- Ofrece resistencia a la fatiga y granulometría fina.
- La probabilidad de que se produzcan vacíos es menor.
- Mejora la calidad interna del producto gracias a sus excelentes propiedades mecánicas.
Forja en coquilla
La forja con matriz cerrada se basa totalmente en matrices de diferentes formas. Un martillo deja caer la pieza metálica dentro de la matriz, lo que hace que fluya; finalmente, se llenan las cavidades de la matriz. La pieza en la matriz está sujeta a un yunque.
Como resultado del golpeo continuo, el metal sobrante sale de las cavidades de la matriz, lo que se denomina "flash". La rebaba se enfría en menos tiempo que el resto del material de la matriz. Esto hace que sea comparativamente más fuerte y resistente. Una vez finalizada la forja, la rebaba puede retirarse. La forja por estampación le beneficia de las siguientes maneras:
- Genera las formas únicas y de gran acabado de los productos.
- Trata productos de hasta 25 toneladas.
- Ofrece mayores índices de producción.
2. Forja de rodillos
El método de forja por rodillos reduce el grosor y aumenta la longitud de una pieza redonda o en forma de barra. Se utilizan dos rodillos horizontales cilíndricos o semicilíndricos, cada uno de ellos con ranuras perfiladas. La pieza redonda calentada se coloca entre los rodillos y, a medida que éstos giran, la pieza se va moldeando sucesivamente en la máquina. A continuación, se desplaza al siguiente juego de ranuras. El proceso continúa hasta conseguir la forma y el tamaño deseados de la varilla.
La ventaja de la forja por laminación es que no produce desperdicios de material. Además, reduce la sección transversal del vástago y forma extremos cónicos.
3. Forja en prensa
La forja en prensa se ocupa del factor de compresión. La pieza metálica se coloca en una matriz fija y se aplica una presión continua para obtener la forma deseada. Se puede controlar la deformación interna controlando la velocidad de compresión.
Se prefiere la prensa de forja por las siguientes razones:
- Ofrece una precisión notable.
- Se pueden aplicar 500-9000 toneladas de presión mediante forja en prensa.
- Puede controlar automáticamente la presión, la velocidad y el recorrido del troquel.
4. Forja invertida
La forja por recalcado comprime la longitud de la pieza para aumentar su diámetro. Las prensas de manivela son máquinas de alta velocidad que permiten la forja por recalcado. La mayoría de las prensas de manivela se colocan en planos horizontales para mejorar la eficacia del trabajo. Sin embargo, también pueden utilizarse prensas hidráulicas o prensas de manivela verticales. La forja por recalcado le beneficia al aumentar el ritmo de producción. Además, se proporciona una automatización total.
5. Forja en frío
La forja en frío es uno de los métodos de forja que producen productos con un excelente acabado superficial y dimensiones de tolerancia ajustadas. La forja en frío es muy diferente de otros métodos de forja, ya que no utiliza calor. En su lugar, se requiere una temperatura fría para dar forma a las piezas.
Además, ofrece una amplia gama de formas, como piezas en forma de eje, piezas huecas, configuraciones recalcadas y dobladas, componentes en forma de copa, etc.
6. Forja isotérmica
La forja isotérmica es una forma avanzada de forja en caliente en la que tanto el material como la matriz se calientan a la misma temperatura. Por lo tanto, debe haber un dispositivo de calentamiento del molde y de control de la temperatura para mantener el control y el equilibrio adecuados. El proceso utiliza calentamiento adiabático, lo que significa que no se produce intercambio térmico entre el sistema y su entorno. Así, debido a la menor pérdida de calor, pueden utilizarse máquinas más pequeñas.
Lo más habitual es que la forja isotérmica sea adecuada para materiales con un estrecho margen de temperatura, como las aleaciones de titanio, las superaleaciones, las superaleaciones de potencia, etc.
7. Forja en caliente automática
Durante la forja en caliente automática, las barras de metal se introducen en un extremo de la máquina de forja a temperatura ambiente. Mientras que los productos forjados en caliente salen por el extremo opuesto. Todo el proceso se desarrolla rápidamente. Por lo general, puede fabricar 180 piezas pequeñas en un minuto, aunque las más grandes pueden fabricarse a razón de 90 piezas por minuto.
La principal ventaja de este método es que sólo se necesita un poco de mano de obra para manejar la máquina de forja; el resto del proceso es automático. Además, no se producen rebabas, por lo que el material no se desperdicia.
8. Forja de precisión o forja en red y casi en red
La forja de precisión suele ser una técnica de forja sin flash, casi en forma de red. Su objetivo es minimizar el coste y los residuos durante la operación. El coste se ahorra porque se consume menos material, se limita el uso de energía y se reduce el mecanizado. Por lo tanto, este proceso sólo se prefiere si se quiere reducir el coste.
Sobre todo, la forja de precisión es una técnica de perfeccionamiento que no requiere ningún tratamiento posterior tras la forja.
Aplicaciones de la forja
La forja es una técnica de fabricación de metales muy aplicable. Con ella se pueden crear desde pequeños componentes de forja de unos pocos centímetros hasta piezas bastante grandes que pesan toneladas. A continuación se indican algunos usos comunes:
- Se encarga de fabricar piezas sensibles de los aviones.
- El proceso fortalece el equipamiento de los automóviles.
- También fabrica herramientas manuales, por ejemplo, tornillos, remaches, cinceles, pernos, etc.
- Debido a la excelente resistencia a la fatiga del metal de forja, es ideal para la mayoría de componentes móviles, como engranajes de árboles de levas y cigüeñales.
- La técnica es aplicable en la construcción de las estructuras de los barcos.
- Los rotores de los generadores y los motores de las turbinas también son ejemplos de piezas forjadas.
- También contribuye a fortalecer las piezas del motor y la transmisión.
Conclusión
Hopefully, you are there with enough knowledge about the basics and several methods of the forging process. Forging enables you to enjoy metal parts containing outstanding mechanical properties, offering toughness, ductility, and fatigue resistance. On top of that, Forging provides products with various sizes and design flexibilities. Yet, you need to take high safety measures while dealing with forging techniques in industries. Your slight negligence may prove risky to you.
At JIAHUI A MEDIDA, we offer expert forging services, leveraging advanced techniques to produce high-quality metal components for various industries. Our skilled team specializes in methods like drop forging and precision forging, ensuring precision and reliability in every project. For more details, visit our forging services page.
