La forja es un proceso de fabricación que implica la conformación de metal utilizando fuerzas de compresión localizadas . Los golpes se dan con un martillo (a menudo un martillo mecánico ) o un dado . La forja suele clasificarse según la temperatura a la que se realiza: forja en frío (un tipo de trabajo en frío ), forja en caliente o forja en caliente (un tipo de trabajo en caliente ). Para los dos últimos, el metal se calienta , normalmente en una fragua . Las piezas forjadas pueden variar en peso desde menos de un kilogramo hasta cientos de toneladas métricas. [1] [2] La forja ha sido realizada por herreros durante milenios; los productos tradicionales eran utensilios de cocina , ferretería , herramientas manuales , armas blancas , címbalos y joyas .
Desde la Revolución Industrial , las piezas forjadas se utilizan ampliamente en mecanismos y máquinas dondequiera que un componente requiera alta resistencia ; Estas piezas forjadas generalmente requieren un procesamiento adicional (como mecanizado ) para lograr una pieza terminada. Hoy en día, la forja es una industria importante a nivel mundial. [3]
La forja es uno de los procesos metalúrgicos más antiguos que se conocen . [1] Tradicionalmente, la forja la realizaba un herrero usando martillo y yunque , aunque la introducción de la energía hidráulica en la producción y el trabajo del hierro en el siglo XII permitió el uso de grandes martillos de viaje o martillos eléctricos que aumentaron la cantidad y el tamaño del hierro que se utilizaba. podría producirse y falsificarse. La herrería o forja ha evolucionado a lo largo de los siglos hasta convertirse en una instalación con procesos de ingeniería, equipos de producción, herramientas, materias primas y productos para satisfacer las demandas de la industria moderna.
En los tiempos modernos, la forja industrial se realiza ya sea con prensas o con martillos accionados por aire comprimido, electricidad, hidráulica o vapor. Estos martillos pueden tener pesos alternativos de miles de libras. Los martillos eléctricos más pequeños , de 500 lb (230 kg) o menos de peso alternativo, y las prensas hidráulicas también son comunes en las herrerías de arte. Algunos martillos de vapor siguen en uso, pero quedaron obsoletos con la disponibilidad de otras fuentes de energía más convenientes.
La forja puede producir una pieza que es más resistente que una pieza fundida o mecanizada equivalente . A medida que se le da forma al metal durante el proceso de forjado, su textura de grano interno se deforma para seguir la forma general de la pieza. Como resultado, la variación de textura es continua en toda la pieza, dando lugar a una pieza con características de resistencia mejoradas. [4] Además, las piezas forjadas pueden lograr un costo total más bajo que la fundición o la fabricación. Teniendo en cuenta todos los costos en los que se incurre durante el ciclo de vida de un producto, desde la adquisición hasta el tiempo de reelaboración, y teniendo en cuenta los costos de la chatarra, el tiempo de inactividad y otras consideraciones de calidad, los beneficios a largo plazo de las piezas forjadas pueden superar los ahorros de costos a corto plazo. que las fundiciones o fabricaciones puedan ofrecer. [5]
Algunos metales pueden forjarse en frío, pero el hierro y el acero casi siempre se forjan en caliente . La forja en caliente evita el endurecimiento por trabajo que resultaría del conformado en frío , lo que aumentaría la dificultad de realizar operaciones de mecanizado secundario sobre la pieza. Además, si bien el endurecimiento por trabajo puede ser deseable en algunas circunstancias, otros métodos de endurecimiento de la pieza, como el tratamiento térmico , son generalmente más económicos y más controlables. Las aleaciones que son susceptibles de endurecerse por precipitación , como la mayoría de las aleaciones de aluminio y titanio , pueden forjarse en caliente y luego endurecerse. [ cita necesaria ]
La producción de forja implica importantes gastos de capital en maquinaria, herramientas, instalaciones y personal. En el caso de la forja en caliente, se requiere un horno de alta temperatura (a veces denominado forja) para calentar lingotes o palanquillas . Debido al tamaño de los enormes martillos y prensas de forjado y a las piezas que pueden producir, así como a los peligros inherentes al trabajo con metal caliente, con frecuencia se requiere un edificio especial para albergar la operación. En el caso de operaciones de forjado por estampación, se deben tomar medidas para absorber los golpes y vibraciones generados por el martillo. La mayoría de las operaciones de forjado utilizan matrices de formación de metales, que deben mecanizarse con precisión y tratarse térmicamente cuidadosamente para dar forma correcta a la pieza de trabajo, así como para resistir las tremendas fuerzas involucradas.
Hay muchos tipos diferentes de procesos de forjado disponibles; sin embargo, se pueden agrupar en tres clases principales: [1]
Los procesos de forjado comunes incluyen: forjado por rodillos, estampado , dentado, forjado con troquel abierto, forjado con troquel por impresión (forjado con troquel cerrado), forjado en prensa, forjado en frío, forjado automático en caliente y recalcado. [dieciséis ]
Todos los siguientes procesos de forjado se pueden realizar a diversas temperaturas; sin embargo, generalmente se clasifican según si la temperatura del metal está por encima o por debajo de la temperatura de recristalización. [7] Si la temperatura es superior a la temperatura de recristalización del material, se considera forja en caliente ; si la temperatura es inferior a la temperatura de recristalización del material pero superior al 30% de la temperatura de recristalización (en escala absoluta), se considera forja en caliente ; si está por debajo del 30% de la temperatura de recristalización (generalmente temperatura ambiente), se considera forja en frío . La principal ventaja de la forja en caliente es que se puede realizar de forma más rápida y precisa, y a medida que el metal se deforma, el proceso de recristalización anula los efectos del endurecimiento por trabajo . La forja en frío normalmente da como resultado el endurecimiento por trabajo de la pieza. [8] [9]
La forja por estampación es un proceso de forja en el que se levanta un martillo y luego se "deja caer" en la pieza de trabajo para deformarla según la forma de la matriz. Hay dos tipos de forja por estampación: forja por estampación con matriz abierta y forja por estampación con matriz de impresión (o matriz cerrada). Como lo implican los nombres, la diferencia está en la forma del troquel: el primero no encierra completamente la pieza de trabajo, mientras que el segundo sí.
La forja con matriz abierta también se conoce como forja de herrero . [10] En la forja con matriz abierta, un martillo golpea y deforma la pieza de trabajo, que se coloca sobre un yunque estacionario . La forja con matriz abierta recibe su nombre del hecho de que las matrices (las superficies que están en contacto con la pieza de trabajo) no encierran la pieza de trabajo, permitiéndole fluir excepto donde entran en contacto con las matrices. Por lo tanto, el operador necesita orientar y posicionar la pieza de trabajo para obtener la forma deseada. Los troqueles suelen tener forma plana, pero algunos tienen una superficie con una forma especial para operaciones especializadas. Por ejemplo, una matriz puede tener una superficie redonda, cóncava o convexa o ser una herramienta para formar agujeros o ser una herramienta de corte. [11] Las piezas forjadas de matriz abierta se pueden trabajar en formas que incluyen discos, cubos, bloques, ejes (incluidos ejes escalonados o con bridas), manguitos, cilindros, planos, hexágonos, redondos, placas y algunas formas personalizadas. [12] La forja con matriz abierta se presta para tiradas cortas y es apropiada para trabajos artísticos y personalizados. En algunos casos, se puede emplear la forja con matriz abierta para dar forma rugosa a los lingotes y prepararlos para operaciones posteriores. La forja con matriz abierta también puede orientar la veta para aumentar la resistencia en la dirección requerida. [11]
"Cogging " es la deformación sucesiva de una barra a lo largo de su longitud usando una forja de matriz abierta. Se usa comúnmente para trabajar una pieza de materia prima hasta obtener el espesor adecuado. Una vez que se logra el espesor adecuado, el ancho adecuado se logra mediante "bordeado". ". [15] "Canteado "es el proceso de concentrar material utilizando una matriz abierta de forma cóncava. El proceso se llama "canteado" porque generalmente se lleva a cabo en los extremos de la pieza de trabajo. "Fullering "es un proceso similar que adelgaza secciones de forjado utilizando un troquel de forma convexa. Estos procesos preparan las piezas de trabajo para procesos de forjado posteriores. [16]
La forja con matriz de impresión también se denomina "forja con matriz cerrada". En la forja con matriz de impresión, el metal se coloca en una matriz que se asemeja a un molde, que está sujeto a un yunque. Por lo general, el martillo también tiene forma. Luego se deja caer el martillo sobre la pieza de trabajo, lo que hace que el metal fluya y llene las cavidades del troquel. El contacto del martillo con la pieza de trabajo suele ser en una escala de milisegundos. Dependiendo del tamaño y la complejidad de la pieza, el martillo puede caer varias veces en rápida sucesión. El exceso de metal se expulsa de las cavidades de la matriz, formando lo que se conoce como " flash ". El destello se enfría más rápidamente que el resto del material; Este metal frío es más fuerte que el metal del troquel, por lo que ayuda a evitar que se formen más rebabas. Esto también obliga al metal a llenar completamente la cavidad del troquel. Después de la forja, se retira la rebaba. [10] [17]
En la forja comercial con matriz de impresión, la pieza de trabajo generalmente se mueve a través de una serie de cavidades en una matriz para pasar de un lingote a la forma final. La primera impresión se utiliza para distribuir el metal en la forma aproximada de acuerdo con las necesidades de las cavidades posteriores; esta impresión se llama impresión de "borde", "batanado" o "doblado". Las siguientes cavidades se denominan cavidades de "bloqueo", en las que la pieza adopta una forma que se asemeja más al producto final. Estas etapas generalmente imparten a la pieza de trabajo curvas generosas y filetes grandes . La forma final se forja en una cavidad de impresión "final" o "de acabado". Si solo hay que fabricar una tirada corta de piezas, entonces puede ser más económico que el troquel carezca de una cavidad de impresión final y, en su lugar, mecanice las características finales. [4]
La forja con troquel de impresión se ha mejorado en los últimos años mediante una mayor automatización que incluye calentamiento por inducción, alimentación mecánica, posicionamiento y manipulación, y el tratamiento térmico directo de las piezas después de la forja. [18] Una variación de la forja con matriz de impresión se llama "forja sin flash" o "verdadera forja con matriz cerrada". En este tipo de forjado, las cavidades del troquel están completamente cerradas, lo que evita que la pieza de trabajo forme rebabas. La principal ventaja de este proceso es que se pierde menos metal por evaporación. Flash puede representar del 20 al 45% del material de partida. Las desventajas de este proceso incluyen costos adicionales debido a un diseño de matriz más complejo y la necesidad de una mejor lubricación y colocación de la pieza de trabajo. [4]
Existen otras variaciones de formación de piezas que integran la forja con matriz de impresión. Un método consiste en fundir una preforma forjada a partir de metal líquido. La pieza fundida se retira una vez solidificada, pero aún caliente. Luego se termina en un troquel de una sola cavidad. Se recorta la rebaba y luego se endurece la pieza. Otra variación sigue el mismo proceso descrito anteriormente, excepto que la preforma se produce mediante la deposición por pulverización de gotas de metal en colectores moldeados (similar al proceso Osprey ). [18]
La forja con troquel cerrado tiene un alto costo inicial debido a la creación de troqueles y al trabajo de diseño requerido para crear cavidades de troquel funcionales. Sin embargo, tiene bajos costos recurrentes para cada pieza, por lo que las piezas forjadas se vuelven más económicas con un mayor volumen de producción. Esta es una de las principales razones por las que las piezas forjadas con matriz cerrada se utilizan a menudo en las industrias automotriz y de herramientas. Otra razón por la que las piezas forjadas son comunes en estos sectores industriales es que las piezas forjadas generalmente tienen una relación resistencia-peso aproximadamente un 20 por ciento mayor en comparación con las piezas fundidas o mecanizadas del mismo material. [4]
Las matrices de forja suelen estar hechas de acero de alta aleación o para herramientas . Los troqueles deben ser resistentes a los impactos y al desgaste, mantener su resistencia a altas temperaturas y tener la capacidad de soportar ciclos de calentamiento y enfriamiento rápidos. Para producir un troquel mejor y más económico se mantienen los siguientes estándares: [18]
El barrilete ocurre cuando, debido a la fricción entre la pieza de trabajo y el troquel o punzón , la pieza de trabajo se abulta en su centro de tal manera que se asemeja a un barril . Esto lleva a que la parte central de la pieza de trabajo entre en contacto con los lados del troquel antes que si no hubiera fricción, creando un aumento mucho mayor en la presión requerida para que el punzón termine el forjado.
Las tolerancias dimensionales de una pieza de acero producida mediante el método de forjado con matriz de impresión se describen en la siguiente tabla. Las dimensiones a lo largo del plano de separación se ven afectadas por el cierre de las matrices y, por lo tanto, dependen del desgaste de las matrices y del espesor de la rebaba final. Las dimensiones que están completamente contenidas dentro de un único segmento o mitad de matriz se pueden mantener con un nivel de precisión significativamente mayor. [17]
Se utiliza un lubricante al forjar para reducir la fricción y el desgaste. También se utiliza como barrera térmica para restringir la transferencia de calor desde la pieza de trabajo al troquel. Finalmente, el lubricante actúa como compuesto de separación para evitar que la pieza se pegue en los troqueles. [17]
La forja a presión funciona aplicando lentamente una presión o fuerza continua, que difiere del impacto casi instantáneo de la forja con martillo. La cantidad de tiempo que las matrices están en contacto con la pieza de trabajo se mide en segundos (en comparación con los milisegundos de las forjas de martillo). La operación de forjado en prensa se puede realizar en frío o en caliente. [17]
La principal ventaja de la forja con prensa, en comparación con la forja con martillo, es su capacidad para deformar la pieza de trabajo completa. La forja con martillo normalmente sólo deforma las superficies de la pieza de trabajo en contacto con el martillo y el yunque; el interior de la pieza de trabajo permanecerá relativamente sin deformar. Otra ventaja del proceso incluye el conocimiento de la tasa de deformación de la pieza nueva. Al controlar la tasa de compresión de la operación de forjado en prensa, se puede controlar la tensión interna.
Este proceso tiene algunas desventajas, la mayoría de las cuales se debe a que la pieza de trabajo está en contacto con las matrices durante un período de tiempo tan prolongado. La operación es un proceso que requiere mucho tiempo debido a la cantidad y duración de los pasos. La pieza de trabajo se enfriará más rápido porque los troqueles están en contacto con la pieza de trabajo; Los troqueles facilitan una transferencia de calor drásticamente mayor que la atmósfera circundante. A medida que la pieza de trabajo se enfría, se vuelve más fuerte y menos dúctil, lo que puede provocar grietas si la deformación continúa. Por lo tanto, los troqueles calentados se suelen utilizar para reducir la pérdida de calor, promover el flujo superficial y permitir la producción de detalles más finos y tolerancias más estrechas. Es posible que también sea necesario recalentar la pieza de trabajo.
Cuando se realiza con alta productividad, el forjado con prensa es más económico que el forjado con martillo. La operación también crea tolerancias más estrechas. En la forja con martillo, gran parte del trabajo es absorbido por la maquinaria; cuando en forja en prensa, el mayor porcentaje de trabajo se utiliza en la pieza de trabajo. Otra ventaja es que la operación se puede utilizar para crear piezas de cualquier tamaño porque no hay límite para el tamaño de la máquina de forja en prensa. Las nuevas técnicas de forjado en prensa han podido crear un mayor grado de integridad mecánica y de orientación. Debido a la restricción de la oxidación en las capas exteriores de la pieza, se producen niveles reducidos de microfisuras en la pieza terminada. [17]
La forja en prensa se puede utilizar para realizar todo tipo de forja, incluida la forja con troquel abierto y con troquel de impresión. La forja con prensa de impresión generalmente requiere menos desmoldeo que la forja por estampación y tiene una mejor precisión dimensional. Además, las forjas en prensa a menudo se pueden realizar con un solo cierre de las matrices, lo que permite una fácil automatización. [19]
La forja recalcada aumenta el diámetro de la pieza de trabajo al comprimir su longitud. [19] Según el número de piezas producidas, este es el proceso de forja más utilizado. [19] Algunos ejemplos de piezas comunes producidas mediante el proceso de forjado recalcado son válvulas de motor, acoplamientos, pernos, tornillos y otros sujetadores.
La forja recalcada generalmente se realiza en máquinas especiales de alta velocidad llamadas prensas de manivela . Las máquinas suelen estar configuradas para trabajar en el plano horizontal, para facilitar el rápido intercambio de piezas de una estación a otra, pero el recalcado también se puede realizar en una prensa de manivela vertical o en una prensa hidráulica. La pieza de trabajo inicial suele ser alambre o varilla, pero algunas máquinas pueden aceptar barras de hasta 25 cm (9,8 pulgadas) de diámetro y una capacidad de más de 1000 toneladas. La máquina recalcadora estándar emplea matrices divididas que contienen múltiples cavidades. Las matrices se abren lo suficiente como para permitir que la pieza de trabajo se mueva de una cavidad a la siguiente; Luego, las matrices se cierran y la herramienta de avance, o ariete, se mueve longitudinalmente contra la barra, introduciéndola en la cavidad. Si se utilizan todas las cavidades en cada ciclo, se producirá una pieza terminada en cada ciclo, lo que hace que este proceso sea ventajoso para la producción en masa. [19]
Se deben seguir estas reglas al diseñar piezas que se van a forjar por recalcado: [20]
El proceso automático de forjado en caliente implica introducir barras de acero del tamaño de un molino (normalmente de 7 m (23 pies) de largo) en un extremo de la máquina a temperatura ambiente y los productos forjados en caliente emergen del otro extremo. Todo esto ocurre rápidamente; Se pueden fabricar piezas pequeñas a una velocidad de 180 partes por minuto (ppm) y más grandes a una velocidad de 90 ppm. Las piezas pueden ser macizas o huecas, redondas o simétricas, de hasta 6 kg (13 lb) y hasta 18 cm (7,1 pulgadas) de diámetro. Las principales ventajas de este proceso son su alta tasa de producción y su capacidad para aceptar materiales de bajo costo. Se requiere poca mano de obra para operar la maquinaria.
No se produce rebaba, por lo que el ahorro de material es de entre un 20 y un 30 % con respecto al forjado convencional. El producto final tiene una temperatura constante de 1050 °C (1920 °F), por lo que el enfriamiento por aire dará como resultado una pieza que aún es fácilmente mecanizable (la ventaja es la falta de recocido necesario después de la forja). Las tolerancias suelen ser de ±0,3 mm (0,012 pulgadas), las superficies están limpias y los ángulos de inclinación son de 0,5 a 1°. La vida útil de la herramienta es casi el doble que la de la forja convencional porque los tiempos de contacto son del orden de 0,06 segundos. La desventaja es que este proceso sólo es factible en piezas y costos simétricos más pequeños; la inversión inicial puede superar los $10 millones, por lo que se requieren grandes cantidades para justificar este proceso. [21]
El proceso comienza calentando la barra de 1200 a 1300 °C (2190 a 2370 °F) en menos de 60 segundos utilizando bobinas de inducción de alta potencia. Luego se desincrusta con rodillos, se corta en piezas en bruto y se transfiere a través de varias etapas sucesivas de formación, durante las cuales se recalca, se preforma, se forja finalmente y se perfora (si es necesario). Este proceso también puede combinarse con operaciones de conformado en frío de alta velocidad. Generalmente, la operación de conformado en frío realizará la etapa de acabado para que se puedan obtener las ventajas del trabajo en frío, manteniendo al mismo tiempo la alta velocidad del forjado automático en caliente. [22]
Ejemplos de piezas fabricadas mediante este proceso son: cojinetes de unidad de cubo de rueda, engranajes de transmisión, pistas de rodamiento de rodillos cónicos, bridas de acoplamiento de acero inoxidable y anillos de cuello para cilindros de gas propano líquido (LP). [23] Los engranajes de transmisión manual son un ejemplo de forjado automático en caliente utilizado junto con el trabajo en frío. [24]
La forja con rodillos es un proceso en el que se reduce el espesor de las barras redondas o planas y se aumenta su longitud. La forja con rodillos se realiza utilizando dos rodillos cilíndricos o semicilíndricos, cada uno de los cuales contiene una o más ranuras perfiladas. Se inserta una barra calentada en los rollos y, cuando llega a un punto, los rollos giran y la barra adquiere forma progresiva a medida que avanza a través de la máquina. Luego, la pieza se transfiere al siguiente conjunto de ranuras o se le da la vuelta y se reinserta en las mismas ranuras. Esto continúa hasta lograr la forma y el tamaño deseados. La ventaja de este proceso es que no se produce rebaba y confiere una estructura de grano favorable a la pieza de trabajo. [25]
Ejemplos de productos producidos utilizando este método incluyen ejes , palancas cónicas y ballestas .
Este proceso también se conoce como forjado de precisión . Fue desarrollado para minimizar el costo y el desperdicio asociados con las operaciones posteriores al forjado. Por lo tanto, el producto final de una forja de precisión necesita poco o ningún mecanizado final. Se obtienen ahorros de costes mediante el uso de menos material y, por tanto, menos desechos, la disminución general de la energía utilizada y la reducción o eliminación del mecanizado. La forja de precisión también requiere menos desmoldeo, de 1° a 0°. La desventaja de este proceso es su costo, por lo que sólo se implementa si se puede lograr una reducción significativa de costos. [26]
La forja de forma casi neta es más común cuando las piezas se forjan sin calentar el trozo, la barra o el tocho. El aluminio es un material común que se puede forjar en frío según la forma final. La lubricación de las piezas que se están formando es fundamental para aumentar la vida útil de los troqueles acoplados.
A diferencia de los procesos anteriores, la forja por inducción se basa en el tipo de estilo de calentamiento utilizado. Muchos de los procesos anteriores se pueden utilizar junto con este método de calentamiento.
La forja multidireccional es la formación de una pieza de trabajo en un solo paso en varias direcciones. La conformación multidireccional se realiza mediante medidas constructivas de la herramienta. El movimiento vertical del ariete de la prensa se redirige mediante cuñas que distribuyen y redirigen la fuerza de la prensa de forjado en direcciones horizontales. [27]
La forja isotérmica es un proceso mediante el cual los materiales y la matriz se calientan a la misma temperatura ( iso- que significa "igual"). El calentamiento adiabático se utiliza para ayudar en la deformación del material, lo que significa que las tasas de deformación están altamente controladas. Esta técnica se utiliza habitualmente para forjar aluminio, que tiene una temperatura de forjado más baja que los aceros. Las temperaturas de forjado del aluminio rondan los 430 °C (806 °F), mientras que los aceros y las superaleaciones pueden oscilar entre 930 y 1260 °C (1710 a 2300 °F).
Beneficios:
Desventajas:
Dependiendo de la temperatura de formación, el acero forjado se puede dividir en: [28]
Para los procesos industriales, las aleaciones de acero se forjan principalmente en caliente. El latón, el bronce, el cobre, los metales preciosos y sus aleaciones se fabrican mediante procesos de forja en frío; cada metal requiere una temperatura de forjado diferente.
Debido al estrecho rango de temperatura y a la alta conductividad térmica, la forja del aluminio sólo puede realizarse en una ventana de proceso particular. Para proporcionar buenas condiciones de conformado es necesaria una distribución homogénea de la temperatura en toda la pieza de trabajo. Por tanto, el control de la temperatura de la herramienta tiene una gran influencia en el proceso. Por ejemplo, al optimizar las geometrías de las preformas, se puede influir en las deformaciones efectivas locales para reducir el sobrecalentamiento local y lograr una distribución de temperatura más homogénea. [30]
Las aleaciones de aluminio de alta resistencia tienen la resistencia a la tracción de las aleaciones de acero de resistencia media y, al mismo tiempo, proporcionan importantes ventajas de peso. Por lo tanto, las piezas forjadas de aluminio se utilizan principalmente en la industria aeroespacial, automotriz y muchos otros campos de la ingeniería, especialmente en aquellos campos donde se necesitan los más altos estándares de seguridad contra fallas por abuso, golpes o tensiones vibratorias. Estas piezas son, por ejemplo, pistones, [ cita necesaria ] piezas del chasis, componentes de la dirección y piezas de los frenos. Las aleaciones más utilizadas son AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) y AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ). Aproximadamente el 80% de todas las piezas forjadas de aluminio están hechas de AlSi1MgMn. La aleación de alta resistencia AlZnMgCu1,5 se utiliza principalmente para aplicaciones aeroespaciales. [31]
Las aleaciones de magnesio son más difíciles de forjar debido a su baja plasticidad, baja sensibilidad a las velocidades de deformación y estrecha temperatura de formación. [32] El uso de forjado en caliente con matriz semiabierta con una prensa de forjado de tres deslizamientos (TSFP) se ha convertido en un método de forjado recientemente desarrollado para la aleación de Mg-Al AZ31, comúnmente utilizada en la formación de soportes para aviones. [33] [34] Se ha demostrado que este método de forjado mejora las propiedades de tracción, pero carece de un tamaño de grano uniforme. [35] [36] Aunque la aplicación de aleaciones de magnesio aumenta entre un 15% y un 20% cada año en la industria aeroespacial y automotriz, forjar aleaciones de magnesio con matrices especializadas es costosa y un método inviable para producir piezas para un mercado masivo. En cambio, la mayoría de las piezas de aleación de magnesio para la industria se producen mediante métodos de fundición.
El tipo más común de equipo de forja es el martillo y el yunque. Los principios detrás del martillo y el yunque todavía se utilizan hoy en día en equipos de martillo abatible . El principio detrás de la máquina es simple: levantar el martillo y dejarlo caer o impulsarlo hacia la pieza de trabajo, que descansa sobre el yunque. Las principales variaciones entre los martillos de caída están en la forma en que se acciona el martillo; los más comunes son los martillos de aire y de vapor. Los martillos de caída suelen funcionar en posición vertical. La razón principal de esto es el exceso de energía (energía que no se utiliza para deformar la pieza de trabajo) que no se libera cuando es necesario transmitir calor o sonido a la base. Además, se necesita una base de máquina grande para absorber los impactos. [11]
Para superar algunas deficiencias del martillo de caída, se utiliza la máquina de contragolpe o impactador . En una máquina de contragolpe tanto el martillo como el yunque se mueven y la pieza de trabajo se mantiene entre ellos. Aquí el exceso de energía se convierte en retroceso. Esto permite que la máquina trabaje en horizontal y tenga una base más pequeña. Otras ventajas incluyen menos ruido, calor y vibración. También produce un patrón de flujo claramente diferente. Ambas máquinas se pueden utilizar para forjado con matriz abierta o cerrada. [37]
Una prensa de forja , a menudo llamada simplemente prensa, se utiliza para forjar en prensa. Hay dos tipos principales: prensas mecánicas e hidráulicas. Las prensas mecánicas funcionan mediante el uso de levas, manivelas y/o palancas para producir una carrera preestablecida (una fuerza predeterminada en una determinada ubicación de la carrera) y reproducible. Debido a la naturaleza de este tipo de sistema, hay diferentes fuerzas disponibles en diferentes posiciones de carrera. Las prensas mecánicas son más rápidas que sus homólogas hidráulicas (hasta 50 golpes por minuto). Sus capacidades oscilan entre 3 y 160 MN (300 a 18.000 toneladas cortas de fuerza). Las prensas hidráulicas utilizan presión de fluido y un pistón para generar fuerza. Las ventajas de una prensa hidráulica frente a una prensa mecánica son su flexibilidad y mayor capacidad. Las desventajas incluyen una máquina más lenta, más grande y más costosa de operar. [17]
Los procesos de forjado por rodillos, recalcado y forjado automático en caliente utilizan maquinaria especializada.
