La forja en caliente y la forja en frío son dos procesos diferentes de formación de metales que pueden proporcionar resultados similares. La forja es el proceso de usar ciertas herramientas y equipos para deformar un metal en una forma predeterminada: la deformación se logra mediante procesos de forja en caliente, forja en frío o incluso forja en caliente. En última instancia, los fabricantes considerarán muchos estándares antes de seleccionar el tipo de forjado más adecuado para una aplicación específica. En el caso de que la disposición de la estructura de grano dote a la pieza de características direccionales, se utiliza el forjado para alinear los granos de modo que puedan resistir la mayor tensión que encontrará la pieza. Por el contrario, la fundición y el procesamiento mecánico suelen tener menos control sobre la disposición de las estructuras granulares.
Proceso de forja
La forja se define como la formación o deformación de un metal en su estado sólido. Muchos procesos de forjado se completan mediante recalcado, en el que el martillo o percutor se mueve horizontalmente para presionar contra el extremo de la varilla o varilla para ensanchar y cambiar la forma del extremo. Antes de llegar a la forma final, la pieza suele pasar por estaciones de trabajo continuas. Los pernos de alta resistencia son de 'cabeza fría' de esta manera. La válvula del motor también se forma por recalcado.
En la forja con martillo, la pieza se martilla en la forma de la pieza terminada en el molde, que es muy similar a la forja con matriz abierta de un herrero. En este caso, el metal se martilla en la forma deseada contra el yunque. Hay una diferencia entre la forja de matriz abierta y la forja de matriz cerrada. En la forja en matriz, el metal nunca está completamente limitado por el molde. En moldes cerrados o prensados, el metal forjado se limita entre medios moldes. El martillar repetidamente el molde obliga al metal a tomar su forma, y las dos mitades del molde eventualmente se encuentran. La energía de un martillo puede ser proporcionada por vapor o por medios neumáticos, mecánicos o hidráulicos. En la verdadera forja con martillo, la gravedad por sí sola empuja el martillo hacia abajo, pero muchos sistemas usan asistencia eléctrica combinada con la gravedad. El martillo proporciona una serie de golpes de baja fuerza y velocidad relativamente alta para cerrar el molde.
En el forjado a presión, la alta presión reemplaza a la alta velocidad, y la mitad del molde se cierra en un solo golpe que normalmente proporciona un tornillo de potencia o un cilindro hidráulico. La forja con martillo generalmente se usa para producir piezas más pequeñas, mientras que la forja con prensa generalmente se usa para la producción en masa y la automatización. La aplicación lenta de la forja a presión a menudo procesa el interior de las piezas mejor que el martilleo y, por lo general, se aplica a piezas grandes de alta calidad, como los mamparos de aviones de titanio. Otros métodos de forjado especializados varían según estos temas básicos: por ejemplo, las pistas de rodadura y los anillos dentados grandes se fabrican a través de un proceso llamado forjado de anillos rodantes, que puede producir piezas circulares sin costuras.
forja en caliente
Cuando una pieza de metal se forja en caliente, debe calentarse significativamente. La temperatura de forja promedio requerida para la forja en caliente de diferentes metales es:
Acero hasta 1150 grados C
360 a 520 grados C para aleaciones de aluminio
700 a 800 grados C (aleación de cobre)
En el proceso de forjado en caliente, los tochos o palanquillas de acero se calientan por inducción o se calientan a una temperatura por encima del punto de recristalización del metal en un horno u horno de forja. Este calor extremo es necesario para evitar el endurecimiento por deformación de los metales durante la deformación. Debido al estado plástico del metal, puede adoptar formas bastante complejas. El metal mantiene la ductilidad y la ductilidad.
Para forjar ciertos metales, como las superaleaciones, se utiliza un tipo de forja en caliente denominada forja isotérmica. Aquí, el molde se calienta a aproximadamente la temperatura de la palanquilla para evitar el enfriamiento de la superficie de las piezas durante el proceso de forjado. La forja a veces se lleva a cabo en una atmósfera controlada para minimizar la formación de incrustaciones de óxido.
Tradicionalmente, los fabricantes eligen la forja en caliente para fabricar piezas porque permite que el material se deforme en un estado plástico, lo que hace que el metal sea más fácil de mecanizar. La forja en caliente también se recomienda para la deformación de metales con alta formabilidad, que es un indicador de cuánta deformación puede soportar un metal sin producir defectos. Otras consideraciones para la forja en caliente incluyen:
Producción de piezas discretas
Precisión media a baja
Baja tensión o bajo endurecimiento por trabajo
Estructura de grano homogéneo
Aumentar la ductilidad
Elimina la incompatibilidad química y la porosidad.
Los posibles inconvenientes de la forja en caliente incluyen:
Tolerancias menos precisas
El material puede deformarse durante el proceso de enfriamiento.
Diferentes estructuras de grano de metal
Posibles reacciones entre la atmósfera circundante y los metales (incrustaciones)
Forja en frío (o conformado en frío)
La forja en frío hace que el metal se deforme por debajo de su punto de recristalización. La forja en frío mejora significativamente la resistencia a la tracción y el límite elástico al tiempo que reduce la ductilidad. La forja en frío generalmente se lleva a cabo cerca de la temperatura ambiente. El metal más común en aplicaciones de forjado en frío suele ser acero estándar o acero aleado al carbono. La forja en frío suele ser un proceso de matriz cerrada.
Cuando el metal ya es un metal blando (como el aluminio), generalmente se prefiere la forja en frío. Este proceso suele ser más económico que la forja en caliente y el producto final apenas requiere un mecanizado de precisión. A veces, cuando el metal se forja en frío en la forma deseada, se realiza un tratamiento térmico después de eliminar la tensión superficial residual. Debido a la mejora de la resistencia del metal mediante el forjado en frío, a veces se pueden utilizar materiales de calidad inferior para producir piezas utilizables que no pueden fabricarse con el mismo material mediante mecanizado o forjado en caliente.
Los fabricantes pueden elegir la forja en frío en lugar de la forja en caliente por varias razones: porque las piezas forjadas en frío requieren poco o ningún mecanizado de precisión, y este paso en el proceso de fabricación suele ser opcional, lo que ahorra dinero. La forja en frío también es menos susceptible a los problemas de contaminación, lo que da como resultado un mejor acabado general de la superficie de los componentes. Otros beneficios de la forja en frío incluyen:
Más fácil de asignar características direccionales
Mejorar la reproducibilidad
Aumentar el control de tamaño
Manejo de alto estrés y altas cargas de molde
Producción de piezas limpias o casi limpias
Algunos posibles inconvenientes incluyen:
La superficie metálica debe estar limpia y libre de escamas de óxido antes de forjar
Mala ductilidad de los metales.
Puede producirse estrés residual
Necesita equipos más pesados y potentes
Necesita herramientas más poderosas
Forja en caliente
La forja en caliente se lleva a cabo a temperaturas más bajas que la temperatura de recristalización pero más altas que la temperatura ambiente para superar las deficiencias y obtener las ventajas de la forja en frío y en caliente. La formación de piel de óxido no es un problema y, en comparación con el forjado en caliente, la tolerancia puede ser menor. En comparación con la forja en frío, el costo del molde es menor y la fuerza requerida para la fabricación también es menor. En comparación con el trabajo en frío, reduce el endurecimiento por deformación y mejora la ductilidad.
Solicitud
En la industria automotriz, la forja se utiliza para fabricar piezas de suspensión, como el brazo loco y el eje, y piezas del tren motriz, como la biela y el engranaje de transmisión. Las piezas forjadas se usan comúnmente para vástagos de válvulas de tuberías, cuerpos de válvulas y bridas, a veces hechas de aleación de cobre para aumentar la resistencia a la corrosión. Las herramientas manuales, como las llaves inglesas, suelen estar forjadas, con muchos cables de acero.