Forjar la ciencia popular

Forja Se refiere al uso de maquinaria de forja para aplicar presión a la palanquilla metálica para promover la deformación plástica, con el fin de obtener ciertas propiedades mecánicas, forma y tamaño específicos de forja, es uno de los dos componentes principales de la forja (incluyendo forja y estampación). A través de la forja, puede eliminar defectos como la fundición del metal y optimizar la microestructura. Al mismo tiempo, debido a que se conserva la línea aerodinámica completa del metal, las propiedades mecánicas de la forja suelen ser mejores que la fundición del mismo material. En la maquinaria relevante, para las piezas importantes con alta carga y condiciones de trabajo estrictas, excepto la forma relativamente simple que puede utilizar la placa laminada, el perfil o las piezas de soldadura, se utilizarán la mayoría de las piezas forjadas.

1. Temperatura de deformación

La temperatura inicial de recristalización del acero es de aproximadamente 727 °C, pero generalmente se utiliza 800 °C como límite de corte. Por encima de 800 °C se realiza el forjado en caliente. Entre 300 y 800 °C se denomina forjado en tibio o semicaliente, y el forjado a temperatura ambiente se denomina forjado en frío. El forjado en caliente se utiliza en la mayoría de las industrias, y tanto el forjado en tibio como el forjado en frío se utilizan principalmente para la forja de automóviles, maquinaria general y otras piezas. El forjado en tibio y el forjado en frío permiten un ahorro de material eficaz.

2. Categoría Forge

Como se mencionó anteriormente, según la temperatura de forja, se puede dividir en forja en caliente, forja en tibio y forja en frío. Según el mecanismo de conformado, la forja se puede dividir en forja libre, forja en matriz, forja con anillo de rectificado y forja especial.

1) Forja libre

Se refiere al método de procesamiento que utiliza herramientas universales sencillas o aplica directamente una fuerza externa a la palanquilla entre el yunque superior e inferior del equipo de forja para deformar la pieza bruta y obtener la geometría y la calidad interna requeridas. Las piezas forjadas producidas mediante el método de forja libre se denominan forjas libres. La forja libre se basa principalmente en la producción de piezas forjadas en lotes pequeños, utilizando martillos de forja, prensas hidráulicas y otros equipos de forja para formar y procesar la palanquilla y obtener piezas forjadas de calidad. El proceso básico de la forja libre incluye recalcado, alargamiento, punzonado, corte, doblado, torsión, dislocación y forjado. La forja libre se adopta en su totalidad en el modo de forja en caliente.

2) Forja de moldes

La forja en molde se divide en forja en matriz abierta y forja en matriz cerrada. El tocho metálico se comprime y deforma en la cámara de forja con una forma específica para obtener las piezas forjadas. La forja en matriz se utiliza generalmente para la producción de piezas de pequeño peso y grandes cantidades. La forja en molde se divide en forja en matriz caliente, forja en tibio y forja en frío. La forja en tibio y la forja en frío representan la dirección futura del desarrollo de la forja en matriz y también representan el nivel de la tecnología de forja.

Según los materiales, la forja en matriz también se puede dividir en forja en matriz de metal negro, forja en matriz de metal no ferroso y conformación de productos en polvo. Como su nombre indica, los materiales son metales ferrosos como Acero al carbonol, metales no ferrosos como cobre y aluminio, y materiales de pulvimetalurgia.

La extrusión debe atribuirse a la forja en matriz y puede dividirse en extrusión de metales pesados ​​y extrusión de metales ligeros.

La forja en matriz cerrada y la forja con cabezal cerrado pertenecen a dos procesos avanzados de forja en matriz. Al no existir borde de ataque, se aprovecha el material al máximo. El acabado de piezas forjadas complejas puede realizarse en uno o varios procesos. Al no existir borde de ataque, se reduce el área de tensión de la pieza forjada y la carga requerida. Sin embargo, es importante tener en cuenta que no se debe restringir completamente la pieza, por lo que se debe controlar estrictamente su volumen, la posición relativa de la matriz y la medición de la pieza forjada, y procurar reducir el desgaste de la matriz.

3) Llegar al anillo

El fresado de anillos se refiere a la producción de piezas de anillos de diferentes diámetros a través de una fresadora de anillos con equipo especial, que también se utiliza para producir piezas de ruedas, como ruedas de automóviles y ruedas de trenes.

4) Forja especial

La forja especial incluye la forja por laminación, la laminación transversal en cuña, la forja radial, la forja en matriz líquida y otros métodos de forja. Estos métodos son más adecuados para la producción de piezas con formas especiales. Por ejemplo, la forja por laminación puede utilizarse como un proceso de preformado eficaz para reducir considerablemente la presión de conformado posterior; la laminación transversal en cuña permite producir bolas de acero y ejes de transmisión, mientras que la forja radial permite producir piezas forjadas de gran tamaño, como cañones de armas y ejes escalonados.

5) Molde de forja

Según el modo de movimiento de la matriz de forja, la forja se puede dividir en laminado oscilante, forjado rotatorio oscilante, forjado por laminación, laminado transversal en cuña, laminado en anillo y laminado inclinado. El laminado por laminación, el forjado rotatorio oscilante y el laminado en anillo también pueden procesarse mediante forja fina. Para mejorar la tasa de utilización de materiales, el laminado y el laminado transversal se pueden utilizar como primer proceso de procesamiento de materiales esbeltos. El forjado rotatorio, al igual que el forjado libre, también tiene la ventaja de que, en comparación con el tamaño de la pieza forjada, se puede formar con una pequeña fuerza de forjado. El método de forjado, incluido el forjado libre, que procesa materiales desde la superficie del molde hasta la superficie libre, por lo tanto, es difícil garantizar la precisión. Por lo tanto, la dirección de movimiento del molde de forja y el proceso de forjado rotatorio con control computarizado pueden utilizarse con baja fuerza de forjado para productos de forma compleja y alta precisión, como variedades de producción y piezas forjadas de gran tamaño para álabes de turbinas de vapor.

El movimiento del molde del equipo de forja es inconsistente con el grado de libertad. Según las características de limitación de deformación del punto muerto, el equipo de forja se puede clasificar en las siguientes cuatro formas:

Forma de fuerza de forja limitante: la presión del aceite impulsa directamente la prensa de aceite deslizante.

Modo de límite de carrera cuasi-recorrido: la prensa de aceite impulsa la prensa de aceite del mecanismo de enlace de manivela.

Límite de carrera: prensa mecánica que acciona la corredera mediante mecanismo de manivela, biela y cuña.

Modo de restricción de energía: utilizando el mecanismo de tornillo de la espiral y la prensa de fricción.

Para lograr una alta precisión, es importante evitar la sobrecarga en el punto muerto inferior y controlar la velocidad y la posición de la matriz. Esto afecta la tolerancia de forjado, la precisión de la forma y la vida útil de la matriz. Además, para mantener la precisión, es importante ajustar la holgura del riel guía, asegurar la rigidez, ajustar el punto muerto y utilizar el dispositivo de transmisión de subsidio, entre otras medidas.

Las correderas también tienen movimiento vertical y horizontal (para la forja de piezas delgadas, la refrigeración por lubricación y la producción a alta velocidad). El uso del dispositivo de compensación permite aumentar el movimiento en otras direcciones. Los métodos mencionados varían según la fuerza de forja requerida, el proceso, el uso del material, el rendimiento, la tolerancia dimensional y los métodos de refrigeración por lubricación. Estos factores también influyen en el nivel de automatización.

3. Materiales de forja

Los materiales de forja son principalmente acero al carbono y acero aleado de diversos componentes, seguidos del aluminio, magnesio, cobre, titanio y sus aleaciones. El estado original del material es varilla, lingote, polvo metálico y metal líquido. La relación entre el área de la sección transversal del metal antes de la deformación y el área de la sección transversal después de la deformación se denomina relación de forja. La elección correcta de la relación de forja, una temperatura de calentamiento y un tiempo de aislamiento adecuados, una temperatura inicial y final de forja adecuadas, y una deformación y velocidad de deformación adecuadas son factores clave para mejorar la calidad del producto y reducir el coste.

Generalmente, las piezas forjadas pequeñas y medianas se fabrican en barras redondas o cuadradas como tochos. La organización del grano y las propiedades mecánicas del material de la barra son uniformes, de buena calidad y precisión en la forma y el tamaño, con buena calidad superficial y fácil de organizar para la producción en masa. Siempre que la temperatura de calentamiento y las condiciones de deformación se controlen razonablemente, se pueden forjar piezas forjadas con excelente rendimiento sin grandes deformaciones.

Lingote de inducción solo para piezas forjadas de gran tamaño. El lingote es un tejido fundido con cristales columnares de mayor tamaño y un centro suelto. Por lo tanto, es necesario fragmentar los cristales cilíndricos en granos finos y compactarlos para obtener una buena organización del metal y propiedades mecánicas.

El tocho prefabricado de pulvimetalurgia prensado y cocido se puede forjar en caliente sin matriz de lado libre. El polvo de forja tiene una densidad similar a la del forjado en matriz general, con buenas propiedades mecánicas y alta precisión, lo que reduce el mecanizado posterior. El polvo forjado está bien organizado, sin segregación, y se puede utilizar para fabricar piezas como engranajes pequeños. Sin embargo, el precio del polvo es mucho mayor que el de las barras generales, y su aplicación en la producción es limitada.

Se aplica presión estática al metal líquido vertido en la cámara del molde para su solidificación, cristalización, flujo, deformación plástica y conformado bajo presión, obteniendo así la forma y el rendimiento deseados. La forja en matriz de metal líquido es un método de conformado intermedio entre la fundición a presión y la forja en matriz. Es especialmente adecuada para piezas complejas de paredes delgadas que son difíciles de conformar en la forja en matriz general.

Materiales de forja además de los materiales habituales, como varios componentes de acero al carbono y acero de aleación, seguidos de aluminio, magnesio, cobre, titanio y sus aleaciones, aleación de alta temperatura a base de hierro, aleación de alta temperatura a base de níquel, aleación de alta temperatura a base de cobalto aleación de deformación por forja o laminación, pero estas aleaciones debido a su área plástica son relativamente estrechas, por lo que la dificultad de forjado es relativamente grande, diferentes materiales de temperatura de calentamiento, temperatura de forjado y temperatura de forjado final tienen requisitos estrictos.

4. Flujo de proceso

Los diferentes métodos de forjado tienen diferentes procesos, entre los cuales el proceso tecnológico de forjado en caliente es el más largo, el orden general es: alimentación de palanquilla de forja; calentamiento de forja; preparación de forja con rodillos; forja en matriz; filo; punzonado; corrección; inspección intermedia, comprobación del tamaño y defectos superficiales de las piezas forjadas; tratamiento térmico de las piezas forjadas para eliminar la tensión de forja y mejorar el rendimiento de corte del metal; limpieza, principalmente para eliminar la capa de oxidación de la superficie; corrección; inspección, las piezas forjadas generales deben pasar por una inspección de apariencia y dureza, y las piezas forjadas importantes deben probarse mediante análisis de composición química, propiedades mecánicas, tensión residual y pruebas no destructivas.

5. Características de las piezas forjadas

En comparación con las piezas fundidas, el metal puede mejorar su estructura y propiedades mecánicas. Tras el forjado, la deformación térmica del tejido fundido, debido a la deformación del metal y la recristalización, transforma las gruesas dendritas y el grano columnar originales en granos finos y de tamaño uniforme. La recristalización axial permite la segregación, la desintegración, los poros y la escoria originales, compactados y soldados, lo que mejora la plasticidad y las propiedades mecánicas del metal.
Las propiedades mecánicas de las piezas fundidas son inferiores a las de las piezas forjadas del mismo material. Además, el proceso de forjado garantiza la continuidad de la estructura de las fibras metálicas, de modo que la estructura de las fibras y la forma de la pieza forjada, así como la línea de flujo del metal, garantizan buenas propiedades mecánicas y una larga vida útil de las piezas. Las piezas forjadas producidas mediante forja de precisión en matriz, extrusión en frío, extrusión a temperatura y otros procesos son incomparables con las piezas fundidas.
La forja es un objeto en el que se somete un metal a presión para crear la forma deseada o ejercer una fuerza de compresión adecuada. Esta fuerza se suele lograr mediante el uso de un martillo o presión. El proceso de forja crea una estructura de partículas finas y mejora las propiedades físicas del metal. En el uso real de las piezas, un diseño adecuado permite que las partículas fluyan en la dirección de la presión principal. La fundición es un objeto de conformado de metal que se obtiene mediante diversos métodos de fundición, como la fundición del metal líquido, el vertido, el prensado, la succión u otros métodos de fundición en la pieza preparada, el enfriamiento después del arenado, la limpieza y el postratamiento, hasta obtener un objeto con una forma, tamaño y rendimiento determinados.