Tema 8 PCDP Forja Aspectos Tecnologicos 1

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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Tecnologas de Fabricacin Universidad de Oviedo


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



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

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