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Forja

La forja puede mejorar las propiedades mecánicas de las piezas metálicas, y la solución de conformado de metales se utiliza en piezas críticas debido a su confiabilidad para aplicaciones críticas y altamente estresadas. El proceso de forjado puede generar rápidamente la geometría del producto final, generalmente con uno o varios golpes de martillo. Tiene dos tipos: la forja en frío comprime el metal a temperatura ambiente, mientras que la forja en caliente requiere un nivel de temperatura muy alto y la forja en caliente puede producir formas más complicadas que la forja en frío.

Descripción

La forja puede mejorar las propiedades del metal, incluidas la estructura, la conductividad y la longevidad, y a menudo se clasifica según la temperatura a la que se realiza. El proceso de fabricación consiste en martillar, presionar o laminar metal para darle forma mediante equipos como un martillo, una prensa o una matriz. La forja puede cambiar el flujo metálico y la estructura del grano del material y, por lo tanto, las piezas metálicas forjadas tienen una resistencia y tenacidad excepcionales para aplicaciones críticas y con mucho estrés.

Tipos de forja

La forja de metales es un proceso de fabricación crucial que implica dar forma a la pieza de trabajo de metal mediante fuerza de compresión y puede producir componentes fuertes, duraderos y confiables al refinar la estructura del grano del metal. Los métodos de forja se clasifican principalmente según la temperatura a la que se trabaja el metal y el diseño de las matrices utilizadas.

Hot Forging

√Forja en caliente

Es el método tradicional en el que el metal se calienta por encima de su temperatura de recristalización, que para el acero puede superar los 1200 grados. Esta alta temperatura hace que el metal sea más maleable y dúctil, lo que permite darle forma en geometrías complejas con menos fuerza. La alta temperatura previene el endurecimiento por deformación y promueve la formación de granos nuevos y refinados, lo que mejora la resistencia y ductilidad del material. Tiene los siguientes beneficios:

1. Ductilidad mejorada; las temperaturas elevadas hacen que el material sea más flexible, simplificando la formación de piezas intrincadas.
2. Eliminación del endurecimiento por trabajo, los metales a menudo se endurecen y se vuelven quebradizos mediante el forjado en frío, mientras que el forjado en caliente evita este problema por completo, lo que lo hace ideal para piezas que requieren una alta deformación plástica.
3. Refinamiento de la microestructura, la estructura del grano se refina, lo que conduce a propiedades mecánicas mejoradas.
4. Formas complejas, este proceso es ideal para crear componentes grandes y complejos debido a la alta formabilidad del metal.

Debido a las características anteriores, la forja en caliente se usa ampliamente en las industrias automotriz, aeroespacial, de petróleo y gas y de maquinaria pesada para producir componentes críticos como cigüeñales, bielas, engranajes, álabes de turbinas, sujetadores y piezas estructurales.

√Forja Caliente

La forja en caliente se realiza a una temperatura entre la temperatura ambiente y la temperatura de recristalización del metal. Para el acero, este rango suele estar entre 400 grados y 950 grados). Este método sirve como punto medio entre la forja en caliente y en frío. El tocho de metal se calienta mediante calentadores de inducción y luego se forja en matrices cerradas, y este proceso requiere menos fuerza que el forjado en frío y ofrece mejor precisión que el forjado en caliente. Tiene las siguientes ventajas:

1. Propiedades equilibradas, puede ofrecer un equilibrio entre la precisión dimensional del forjado en frío y la facilidad de conformado del forjado en caliente. A diferencia del forjado en caliente, donde el calor extremo puede degradar las propiedades del material, el forjado en caliente equilibra la conformabilidad con la integridad mecánica.
2. Cargas de herramientas reducidas: las cargas de herramientas y prensas son menores en comparación con el forjado en frío y, por lo tanto, el costo de mantenimiento de las herramientas también se reduce. Esto mejora la calidad de la superficie y extiende la vida útil de los troqueles de forja, reduciendo los costos de herramientas.
3. Acabado superficial mejorado, puede dar como resultado un acabado superficial más suave en comparación con el forjado en caliente debido a la reducción de incrustaciones y oxidación.
4. Eficiencia energética: calentar el material a temperaturas más bajas requiere significativamente menos energía, lo que significa menores costos operativos y una menor huella de carbono.

La forja en caliente se utiliza a menudo para producir piezas de precisión como engranajes de transmisión de automóviles, semiejes y otros componentes de maquinaria industrial, como cojinetes, bridas y componentes estructurales.

√Forja en frío

La forja en frío da forma al metal a temperatura ambiente o cerca de ella utilizando alta presión, y es conocida por producir piezas con alta resistencia y excelente precisión dimensional. Tiene las siguientes características:

1.Alta precisión, puede lograr tolerancias estrictas y produce piezas con un acabado superficial superior.
2. Con mayor resistencia, este proceso puede mejorar las propiedades mecánicas del metal al refinar su estructura de grano, lo que aumenta la dureza y durabilidad.
3. Rentabilidad: puede minimizar el desperdicio de material al producir piezas con una forma casi-neta-que requieren poco o ningún acabado. Además, este proceso de formación de metales no requiere calentamiento y, por lo tanto, puede ahorrar energía.

La forja en frío se usa comúnmente para fabricar componentes más pequeños que requieren alta precisión y resistencia, como pequeños sujetadores (pernos y tuercas bajo M24, tornillos, remaches), piezas de automóviles (engranajes, componentes de motores de arranque) y conectores eléctricos.

Los tipos de forja también se pueden clasificar según el diseño de la matriz, y el diseño de la matriz juega un papel fundamental en el proceso de forja, determinando la forma y la complejidad del producto final.

√La forja abierta-, también conocida como forja libre, implica dar forma a una pieza de trabajo entre dos matrices planas o de forma simple que no encierran completamente el metal. El operador manipula la pieza de trabajo para lograr la forma deseada mediante martillazos o presiones repetidas. La forja libre no es adecuada para producir piezas complejas con tolerancias estrechas y, a menudo, requiere mecanizado posterior para alcanzar las dimensiones finales.

Este proceso puede producir varios tipos de piezas metálicas, como piezas forjadas, piezas de martillos y piezas fundidas, y piezas mecánicas de alta-resistencia y-durabilidad, como cigüeñales, bielas y cojinetes.

√Cerrado-Forja en troquel

También se denomina forjado-de impresión; este proceso utiliza dos troqueles que contienen una impresión pre-cortada de la pieza final. La pieza de trabajo se coloca entre estos troqueles y se aplica presión, lo que obliga al metal a llenar las cavidades del troquel, y tiene los siguientes beneficios:

1. Alta precisión y consistencia: este método produce piezas con tolerancias estrictas y formas complejas con un alto grado de repetibilidad.
2. Propiedad mecánica superior, crea una estructura de grano refinada que sigue el contorno de la pieza, lo que resulta en resistencia, ductilidad y resistencia a la fatiga superiores.
3. Rentable-La desventaja es que el costo inicial de las herramientas es alto, pero es un proceso rentable-para grandes tiradas de producción.

La forja-con matriz cerrada se utiliza ampliamente en la industria automotriz para piezas como muñones de dirección, bielas y semiejes, así como en la industria aeroespacial para componentes estructurales críticos.

Roll Forging

√Forja en rollo

La forja con rodillos utiliza dos rodillos cilíndricos o semicilíndricos opuestos con impresiones ranuradas para dar forma a una barra o tocho calentado. Cuando la pieza de trabajo pasa entre los rodillos giratorios, su espesor se reduce y su longitud aumenta. Tiene las siguientes ventajas:

1. Adecuada para piezas largas, esta solución es muy eficiente para producir piezas largas y delgadas con diferentes secciones transversales-.
2. Excelente estructura de grano, puede producir una estructura de grano favorable, lo que resulta en propiedades mecánicas superiores.

Este proceso se utiliza a menudo para fabricar componentes para la industria automotriz, como ejes, ballestas y ejes cónicos, así como herramientas manuales como cuchillos.

√Forja molesta

La forja recalcada, también conocida como encabezado, aumenta el diámetro de una pieza de trabajo comprimiendo su longitud, y este proceso se puede realizar en varias etapas para crear geometrías complejas. Tiene las siguientes características:

1. Alta tasa de producción, es un proceso rápido y eficiente adecuado para producción de alto-volumen.
2. Resistencia mejorada, este proceso crea un flujo de grano continuo, lo que mejora la resistencia y la resistencia a la fatiga de la pieza.

La forja recalcada se usa comúnmente para producir sujetadores como pernos y tornillos, así como válvulas de motor, acoplamientos y vástagos de pistón para las industrias automotriz, aeroespacial y de la construcción.

Defectos en la forja y medición de prevención

El proceso de producción de forjado y el equipo de producción se han simplificado y todavía se encuentran algunos defectos comunes en la producción en masa. Por lo tanto, identificarlos y abordarlos es crucial para garantizar la calidad y el rendimiento de piezas de alto rendimiento con tolerancias estrictas para nuestros clientes.

√Grietas, a menudo se encuentran en la superficie de las piezas forjadas, lo que puede estar relacionado con bajas temperaturas o tensiones excesivas.
√Vueltas, se forman durante el plegado, que es una costura sutil en la pieza. A menudo es causado por un flujo de material insuficiente y un diseño deficiente del troquel.
√El frío cierra, este defecto puede crear una costura débil que a menudo está relacionada con la falta de calor. Es un tipo de defecto de traslape, lo que significa la unión o conexión débil causada por un flujo inadecuado de material.
√Los huecos, a menudo causados por un mal diseño o técnicas de calentamiento inadecuadas, que a menudo provocan que el gas o el aire queden atrapados en el metal durante la forja, afectan la resistencia y durabilidad de la pieza de trabajo.
√El exceso de rebaba, durante la forja, el material sale de las cavidades del troquel.
√Mala calidad de la superficie, como bruñido, debido a la fricción excesiva durante el proceso de forjado, rayones o hendiduras que quedan en la superficie de las piezas.
√Estructura de grano inadecuada, esto podría deberse a un diseño deficiente, calor insuficiente o mala calidad del material, lo que conduce a patrones de grano inadecuados que debilitan la integridad estructural del metal.

Para comprobar estos defectos durante el proceso de producción, existen algunas técnicas populares de END (pruebas no-destructivas) que se aplican a continuación:

1. Prueba ultrasónica, las ondas sonoras atraviesan la pieza de trabajo para identificar grietas, huecos y defectos de porosidad. Es una solución de prueba altamente sensible y puede generar el resultado en el lugar de trabajo. La UT se utiliza principalmente para detectar defectos internos, medir espesores y evaluar la calidad de soldadura, fundición y forjado, y puede detectar defectos del subsuelo con precisión, aunque requiere calibración y operadores capacitados. Además, es difícil trabajar con piezas con superficies rugosas o irregulares.

2. La radiografía, similar a los rayos x-, también se utiliza para componentes metálicos forjados mediante rayos gamma para penetrar el material y producir imágenes de su estructura interna. Esta solución de prueba se aplica a menudo para componentes críticos en la industria médica, militar y de aviación.

3. Las pruebas de partículas magnéticas (MT o MPI) son uno de los métodos de END utilizados para detectar fallas superficiales y cercanas-a la superficie en materiales ferromagnéticos. En la práctica, después de la magnetización, se aplican a la superficie del componente finas partículas magnéticas, ya sea en polvo seco o suspendidas en un vehículo líquido. Cuando el campo magnético encuentra una discontinuidad (como una grieta), crea un campo de fuga en el defecto. El ingeniero de calidad examina el componente en condiciones de iluminación adecuadas para identificar cualquier acumulación de partículas magnéticas que indiquen la presencia de defectos. Después de la inspección, el componente se desmagnetiza para eliminar cualquier magnetismo residual y se limpia para eliminar cualquier partícula magnética restante. Esta solución de prueba es altamente sensible y rentable-efectiva para detectar grietas, uniones e inclusiones superficiales, y solo se aplica a materiales ferromagnéticos con defectos limitados a la superficie y cerca-de la superficie.

Magnetic Particle Testing on Forged Parts

4. PT, la prueba de tinte penetrante implica aplicar un tinte líquido a la superficie del componente, y el tinte penetra los defectos de rotura de la superficie- y, después de eliminar el exceso de tinte, se aplica un revelador para extraer el tinte, revelando los defectos. Puede detectar grietas superficiales, porosidad y otras discontinuidades de manera bastante efectiva, lo cual es simple y económico con alta sensibilidad a los defectos superficiales. Tenga en cuenta que solo se limita a defectos superficiales y requiere superficies limpias y secas.

Penetration Test on Stainless Steel Forged Parts

No todas las piezas forjadas requieren END mencionadas anteriormente, y Fabmann puede proporcionar estas soluciones de prueba con fines de control de calidad. Nuestro ingeniero de calidad puede ayudar a nuestros clientes a identificar fallas de diseño o fallas en un producto antes de que se produzca en masa. Nuestro equipo está comprometido a ofrecer servicios de alta calidad para piezas forjadas en diferentes industrias, incluidas las de petróleo y gas, comosujetadores PED sherardizados, petroquímica, infraestructura y construcción.