Lección 3.1DeformarCapítulo 3 · Conformado másico

Forja (en matriz abierta y cerrada)

Aprieta metal caliente entre matrices planas o con forma

La forja da forma a una pieza maciza de metal apretándola o martilleándola, normalmente cuando está al rojo vivo. Las llaves inglesas, los cigüeñales de coche y las piezas del tren de aterrizaje de los aviones empiezan así. El metal nunca se funde, así que su fibra (el patrón de aspecto fibroso de sus cristales) sigue el contorno de la pieza, lo que hace muy tenaces las piezas forjadas.

Foto: F. Broer, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons

Forja: calentar y luego dar forma en matrices abiertas o cerradasLos números en círculo corresponden a los pasos de abajo: el paso 2 es la vía de matriz abierta, los pasos 3 a 5 la de matriz cerrada.

Forja (en matriz abierta y cerrada) en un minuto, por MecMade

Cómo funciona

Calienta el tocho. Un tocho (un trozo cortado de barra) entra en un horno. El acero se calienta normalmente a unos 1.100–1.250 °C, hasta que brilla de color naranja amarillento y está lo bastante blando para fluir.
Forja en matriz abierta: aprieta, gira, repite. Unas matrices planas (bloques de acero templado) prensan o martillean la barra caliente un tramo cada vez. Un manipulador (una gran pinza mecánica) gira y mueve la barra entre golpes. Poco a poco, la barra se estira, se aplana o se recalca (se aplasta, haciéndola más corta y gruesa).
Forja en matriz cerrada: coloca el tocho. Para la producción en masa, el tocho caliente se apoya en una matriz inferior que lleva la mitad de la forma de la pieza como cavidad. La matriz superior lleva la otra mitad.
Cierra las matrices. Un martillo o una prensa baja la matriz superior en uno o unos pocos golpes. El metal fluye hasta cada rincón de la cavidad. El exceso sale entre las matrices como rebaba (una aleta fina de metal sobrante).
Recorta y termina. Una prensa de recorte cizalla la rebaba, que se recicla. Después la pieza normalmente se limpia de cascarilla (la piel oscura de óxido), se trata térmicamente y se mecaniza donde se necesita un ajuste preciso.

Datos clave

Materiales: Aceros al carbono y aleados, acero inoxidable, aluminio, titanio, aleaciones de cobre, superaleaciones de níquel
Piezas típicas: Cigüeñales, bielas, engranajes, herramientas manuales, bridas, discos de turbina, ejes de barcos y generadores
Tamaño de pieza: Matriz cerrada: desde unos pocos gramos hasta cientos de kilogramos. Matriz abierta: hasta ejes y anillos de más de 100 toneladas
Precisión: Matriz cerrada: unos ±0,5 mm. Matriz abierta: varios milímetros, y luego se mecaniza
Acabado superficial: Piel rugosa y con cascarilla; se limpia por granallado, con las caras críticas mecanizadas
Tamaño de lote adecuado: Matriz abierta: piezas únicas a unas pocas docenas. Matriz cerrada: de miles a millones
Coste de utillaje y máquina: Juegos de matrices cerradas: de miles a decenas de miles de dólares. Grandes prensas y martillos: millones
Velocidad: Matriz cerrada: de segundos a aproximadamente un minuto por pieza. Matriz abierta: de minutos a horas por pieza, con recalentamientos

Ventajas y límites

Ventajas

Muy resistente y tenaz: la fibra sigue la forma y no hay huecos ocultos
El trabajo en matriz cerrada es rápido y repetible para series grandes
La matriz abierta puede hacer piezas enormes que pocos otros procesos pueden
Eficiente en material: la rebaba y los recortes se reciclan

Límites

Tolerancias holgadas y piel rugosa, así que la mayoría de las piezas forjadas necesitan algo de mecanizado
Las matrices cerradas son caras y tardan semanas en hacerse, así que los lotes pequeños salen caros
El calentamiento consume mucha energía, y el trabajo es caliente, ruidoso y pesado
Los interiores huecos, los contrasalidas (formas en voladizo) y las paredes muy finas son difíciles o imposibles

Dónde se usa

AutomociónCigüeñales, bielas, engranajes, manguetas de dirección, bujes de rueda
AeroespacialVigas de tren de aterrizaje, discos de turbina, soportes de motor, herrajes de ala
EnergíaEjes de generadores y turbinas, anillos de recipientes a presión, cuerpos de válvulas, bridas de aerogeneradores
Herramientas y ferreteríaLlaves, martillos, alicates, cinceles
Petróleo, gas y mineríaCuerpos de brocas de perforación, bridas de tubería, ganchos pesados, eslabones de cadena

Cómo reconocerlo

Una banda fina alrededor de la pieza donde se recortó la rebaba, a menudo algo rugosa o rectificada (la línea de partición).
Bordes redondeados y lados con suave inclinación (ángulo de desmoldeo, una ligera conicidad que deja salir la pieza de la matriz).
Una piel oscura o mate, ligeramente picada, en las zonas sin mecanizar, con caras mecanizadas brillantes solo donde las piezas encajan entre sí.
Letras o números de pieza en relieve, copiados de marcas grabadas en la matriz.

Compáralo con

Moldeo en arena1.1la fundición vierte metal líquido en un molde; la forja aprieta metal sólido, así que es más tenaz pero menos libre en forma.Laminado3.2el laminado aprieta el metal de forma continua entre rodillos giratorios; la forja da forma a una pieza cada vez.Recalcado en frío3.5una versión rápida y en frío de la forja en matriz cerrada para piezas pequeñas como tornillos y pernos.

Míralo

Scot Forge Company · Cómo una forja calienta, prensa y gira el metal en matrices abiertas

Shubham Kola · Los principales tipos de forja explicados lado a lado

CFS Forge · Un cigüeñal forjado en matrices cerradas y luego recortado de su rebaba

HBEPRESS · La enorme escala de la forja en matriz abierta sobre un lingote incandescente

Ver fotos reales

Wikipedia: Forja — fotos de martillos, prensas y piezas forjadas en caliente
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La forja aprieta metal sólido, normalmente al rojo vivo, hasta darle forma; nada se funde ni se arranca.
Las matrices abiertas dan forma poco a poco a piezas grandes o únicas; las cerradas copian una cavidad rápidamente para la producción en masa.
Elige la forja cuando una pieza no debe romperse: cigüeñales, trenes de aterrizaje, herramientas manuales.