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7/26/2019 Tema 8 PCDP Forja Aspectos Tecnologicos 1
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rea de Ingeniera de los Procesos de Fabricacin Pgina 1 de 12
Tema 8: PCDP: Forja.Tecnologas de fabricacin
8.1.
Tipos de procesos de forja
Forja libre Forja con estampas cerrada Forja con estampas y rebabas
Figura 8.1: Variantes del proceso de forja.
En la forja cerrada sin rebabas el volumen de material deformado debe llenar completamente el
espacio entre las dos estampas. En cambio, en el caso de forja cerrada con rebabas, se dejan zonas
para alojar e material sobrante.
8.2.
Aspectos tecnolgicos del proceso de forja
En este tema se van a describir principalmente los tipos de mquinas (y su principio de
funcionamiento) empleados para la forja en caliente. Muchos de los ingenios descritos sirven
igualmente, con ligeras variaciones en su diseo, para otras tcnicas de deformacin.
En una primera clasificacin se pueden distinguir tres grandes grupos de mquinas:
- Prensas
- Martillos
Dentro de las prensas, atendiendo a su modo de accionamiento, existen las prensas de
husillo, las prensas mecnicas, las prensas de cua, las prensas de rodillera y las prensashidrulicas. Entre los martillos, estn los martillos de cada libre, los martillos de doble efecto
y los martillos de contragolpe. Atendiendo a su disposicin geomtrica, las prensas se dividen
en prensas horizontales (tambin llamadas mquinas horizontales de forjar) y en prensas
verticales.
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8.2.1. Prensas de husillo
Figura 8.2: Prensas de husillo.
Las prensas de husillo se basan en el principio de tornillo-tuerca. Si la tuerca permanece
fija y se hace girar el husillo, ste desliza subiendo o bajando segn el sentido de giro. Si es el
tornillo el que gira, pero permanece fijo en el espacio (es decir, no se desplaza) y se impide el
giro de la tuerca (sujetndola lateralmente con unas deslizaderas apropiadas), ser esta ltima
la que suba o baje segn el sentido de giro del tornillo (Figura 8.2).
(a) (b) (c)
Figura 8.3: Tipos de accionamiento de las prensas de husillo. (a) Por discos de friccin. (b) Por
motor elctrico acoplado directamente al husillo. (c) Accionamiento mediante engranajes.
Las prensas ms usadas son las de tuerca fija y tornillo mvil. Al tornillo se le denomina
normalmente husillo.
Con tornillo mvil Con tuerca mvil
husillo mvil
husillo fijo
tuerca fija
tuerca mvil
maza
guas
troquel superior
troquel inferior
mesa
disco de bajada disco de subida
volante de inercia
y de friccinhusillo mvil
motor elctrico
reversiblevolante
de inercia
husillo fijo
(tuerca mvil)
motor elctrico
reversible
husillo fijo
(tuerca mvil)
volante de
inercia
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Figura 8.4: Esquema de una prensa de husillo de friccin clsica.
Segn el mtodo empleado para hacer girar el husillo, las prensas pueden ser:
- de discos de friccin
- de motor directamente acoplado al husillo
- de engranaje
- otros tipos
En todos los casos, el husillo lleva incorporado en su parte superior un volante que acta
como acumulador de energa (Figura 8.3).
LaFigura 8.4 muestra el esquema de una prensa de husillo de friccin clsica.
8.2.2. Prensas mecnicas
Se basan en el principio cigeal-biela. Al girar el cigeal arrastra a la biela, cuyo pie
est unido a la maza de la prensa, la cual es guiada por deslizaderas apropiadas. En una vuelta
del cigeal, la maza realiza el movimiento completo de subida y bajada.
bastidormesa
maza
motor
transmisin
husillo
volantes de funcionamiento
volante de inercia
bastidormesa
maza
motor
transmisin
husillo
volantes de funcionamiento
volante de inercia
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Figura 8.5: Elementos de una prensa mecnica.
Unido al cigeal se sita un volante de inercia que acumula la energa necesaria para el
trabajo de la prensa. Cuando la prensa est desembragada, el motor acta directamente sobre el
volante, acumulando energa en l. Al embragar, el volante se acopla al cigeal que gira una
vuelta completa, arrastrando a la biela y con ella a la maza y generando la carga necesaria para
la deformacin plstica del material situado entre los troqueles. Los troqueles estn unidos
mediante portatroqueles a la mesa y a la maza de la prensa.
En el argot de forja se conoce a estas prensas con el nombre de prensas MAXIPRESS
(el nombre de su primer fabricante americano). La Figura 8.5 muestra los principales
elementos que componen una prensa mecnica.
8.2.3. Prensas de cua
Estn basadas en intercalar entre el bastidor y la maza una cua horizontal accionada por
un mecanismo cigeal-biela. Esta disposicin consigue una unin directa y rgida sobre una
gran superficie de contacto y con menor deformacin elstica del conjunto (Figura 8.6).
motor elctricovolante con acoplamiento
cigeal
freno
maza
biela
gorrn de pie de biela
sistema equilibrador del peso de la maza
porta-troqueles
troqueles
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Figura 8.6: Elementos de una prensa de cua.
cua
maza
porta-troqueles superior
troquel
troquel
porta-troqueles inferior
bastidor
mesa
cigeal
biela
gua
placa sufridera
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8.2.4. Prensas de rodillera
Basadas en un mecanismo de rtulas que tiene fija la rtula superior y unida a la maza la
rtula inferior. Un dispositivo de cigeal-biela desplaza horizontalmente la articulacin
intermedia la cual origina con su movimiento el desplazamiento vertical de la maza (Figura
8.7). Se consigue una buena rigidez, poca deformacin elstica del bastidor y gran superficie
de apoyo.
Figura 8.7: Elementos de una prensa de rodillera.
volante de inercia
transmisin
motor
mecanismo cigeal-bielamecanismo de rodillera
bastidor
guas de la maza
maza
porta-troqueles superior
porta-troqueles superior
troquel superior
troquel inferior
mesa
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8.2.5. Prensas hidrulicas
Basadas en dispositivos tipo cilindro-pistn. Por lo general, el pistn est unido
directamente, o a travs de una transmisin, a la maza (Figura 8.8).
A igualdad de esfuerzo mximo, por lo general, las prensas hidrulicas dan ms
capacidad de deformacin.
Son muy empleados en la forja libre. Se emplean tambin en extrusin, forja con
estampas, etc.
Figura 8.8: Elementos de una prensa hidrulica.
8.2.6. Mquinas horizontales
Aunque hasta aqu se han recogido mquinas de estructura vertical, tambin existen forjas
horizontales. Generalmente responden al esquema de las forjas cigeal-biela, pero con la
particularidad de que la mesa de la prensa est partida, y una de sus partes posee movimiento
respecto a la otra. De esta forma, utiliza tres portaestampas (en lugar de los dos que se utilizan
en las prensas verticales) y, en consecuencia, tambin los troqueles se fabrican en tres partes.
bastidor
expulsor hidrulico
porta-troqueles
topes rgidos, desplazables hidrulicamente,
para limitacin de la carrera de la maza
troqueles
guas de la maza
pistn (maza de la prensa)
cilindro
dispositivos de accionamiento
cmara recipiente del aceite
grupo motor-bomba
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Segn que la lnea de la particin de la mesa sea horizontal o vertical, las mquinas
horizontales de forjar pueden ser a su vez de mesa horizontal o vertical.
Figura 8.9: Mquina horizontal para forja.
Lo ms habitual es que el movimiento horizontal de la maza (denominada aqu carro o
portapunzones) sea producido por un mecanismo biela-manivela y que el movimiento
transversal de una de las dos partes de la mesa (denominada aqu portamordazas) se co nsiga
con un mecanismo de rodillera, que suele ser accionado por un dispositivo derivado
mecnicamente del movimiento principal. En laFigura 8.9 se puede una mquina horizontal de
forjar y en laFigura 8.10.
(a) Mquina abierta (b) Mordazas apretando, punzn en avance
(c) fin de la deformacin (d) Mordazas abiertas, punzn retrocediendo
Figura 8.10: Funcionamiento de una mquina horizontal de forja.
porta-mordazas superior
porta-mordazas inferior
pieza a fabricar
porta-punzones
volante de inercia
motor
maza
mecanismo para el movimiento
vertical de apriete de mordazas
mesa
mecanismo biela-manivela para el
movimiento horizontal del punzn
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8.2.7. Martillos de cada libre
Basados en elevar a una determinada altura una masa (maza) y luego dejarla caer. La
energa potencial gravitatoria acumulada en la elevacin se transforma en energa cintica en la
cada y sta en energa de deformacin para conformar la pieza a fabricar.
Para amortiguar el golpe en la cada se dispone de una pieza que hace las funciones de la
mesa de la prensa y que se denomina chabota (mucho ms pesada que la maza, ms de 10
veces la masa de la maza). A la maza y chabota se sujetan respectivamente los portatroqueles y
a stos los troqueles. La maza es guiada en su cada mediante unas guas sujetas a las columnas
del martillo. El mecanismo de elevacin de la maza se sita en la parte superior de la prensa
(cabezal) por encima de las columnas. Dependiendo de la naturaleza del mecanismo del
cabezal, existen martillos de cada libre de:
- tabla
- tambor, correa, cadena
- hidrulicos
- aire comprimido
- motor lineal (los ms habituales)
En los martillos con motor lineal, el inducido del motor va unido a la maza en
movimiento. En laFigura 8.11 se muestran algunos de los mecanismos elevadores de la maza.
Figura 8.11: Mecanismos elevadores de la maza en martillos de cada libre.
8.2.8. Martillos de doble efecto
La maza es ayudada en su cada, por lo que las energas de impacto y las velocidades
alcanzadas son mayores que en los martillos de cada libre. Este impulso viene producido por
un sistema de cilindro-pistn accionado por aire o vapor de agua (Figura 8.12). Para conseguir
estos efectos el diseo del cabezal es distinto a los de cada libre.
tambor-correa tambor-cuerda tambor-cadena de tabla por friccin cilindro-pistn
tabla
vstago
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Figura 8.12: Martillo de doble efecto.
8.2.9.
Martillos de contragolpePara conseguir mayores energas y evitar las enormes masas de las chabotas se han
ideado estos martillos. En ellos, mientras la maza cae, la mesa sube, encontrndose ambos en
su recorrido, por lo que todo el exceso de energa del golpe no pasa a las fundaciones de la
mquina. Los recorridos de la mesa se proyectan mucho menores que los de la maza para
conseguir el correcto posicionamiento del material sobre el troquel inferior. Ambos suelen
recibir el movimiento de una misma cadena cinemtica, bien mediante acoplamiento
mecnico, por medio de correas como se ve en la Figura 8.13, bien mediante acoplamiento
hidrulico entre mesa y maza.
Figura 8.13: Principio de funcionamiento de un martillo de contragolpe.
pistn superior
chabota
guas
columna
maza
entrada de aire
salida de aire
pistn de accionamiento
maza
troquel superiorcorrea de acoplamiento maza-mesa
eje de golpe
troquel inferior
mesa
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8.2.10. Martinetes
Son pequeos martillos de doble efecto, de elevada cadencia, que permiten la forja
manual de perfiles bastos, que posteriormente se acaban de conformar en prensas o martillos.
Son tpicos en forja abierta. Tienen un rgimen de golpes por minuto elevado. Existen
dos tipos principales: autocompresores y de aire comprimido.
Los autocompresores autoproducen el aire comprimido necesario para accionar la maza
mediante un compresor incorporado al propio martinete (Figura 8.14).
En los martinetes de aire comprimido, un cilindro neumtico es accionado por una
vlvula accionada a su vez por un sistema oleohidrulico. El aire proviene de una instalacin
exterior.
Figura 8.14: Martinete autocompresor.
compresorcilindro
chabota
maza
transmisin
motor
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Contenido
Tema 8: PCDP: Forja. ................................................................................................................... 1
8.1. Tipos de procesos de forja .................................................................................................. 1
8.2. Aspectos tecnolgicos del proceso de forja ........................................................................ 1
8.2.1. Prensas de husillo ........................................................................................................ 2
8.2.2. Prensas mecnicas ....................................................................................................... 3
8.2.3. Prensas de cua ........................................................................................................... 4
8.2.4. Prensas de rodillera ..................................................................................................... 6
8.2.5. Prensas hidrulicas ...................................................................................................... 7
8.2.6. Mquinas horizontales ................................................................................................. 7
8.2.7. Martillos de cada libre ................................................................................................ 9
8.2.8. Martillos de doble efecto ............................................................................................. 9
8.2.9. Martillos de contragolpe ............................................................................................ 10
8.2.10. Martinetes .................................................................................................................. 11