Forja

La forja es un proceso de fabricación que implica dar forma al metal mediante fuerzas de compresión localizadas . Los golpes se dan con un martillo (a menudo un martillo neumático ) o una matriz . La forja a menudo se clasifica según la temperatura a la que se realiza: forja en frío (un tipo de trabajo en frío ), forja en tibio o forja en caliente (un tipo de trabajo en caliente ). Para los dos últimos, el metal se calienta , generalmente en una forja . Las piezas forjadas pueden variar en peso desde menos de un kilogramo hasta cientos de toneladas métricas. ^{[1] [2]} La forja ha sido realizada por herreros durante milenios; los productos tradicionales eran utensilios de cocina , ferretería , herramientas manuales , armas blancas , platillos y joyas .

Desde la Revolución Industrial , las piezas forjadas se utilizan ampliamente en mecanismos y máquinas donde un componente requiere una alta resistencia ; dichas piezas forjadas suelen requerir un procesamiento adicional (como el mecanizado ) para lograr una pieza terminada. Hoy en día, la forja es una industria importante a nivel mundial. ^[3]

La forja es uno de los procesos de trabajo de metales más antiguos que se conocen . ^[1] Tradicionalmente, la forja la realizaba un herrero utilizando un martillo y un yunque , aunque la introducción de la energía hidráulica en la producción y el trabajo del hierro en el siglo XII permitió el uso de grandes martillos de vaivén o martillos mecánicos que aumentaron la cantidad y el tamaño del hierro que se podía producir y forjar. La herrería o fragua ha evolucionado a lo largo de los siglos hasta convertirse en una instalación con procesos de ingeniería, equipos de producción, herramientas, materias primas y productos para satisfacer las demandas de la industria moderna.

En la actualidad, la forja industrial se realiza con prensas o con martillos accionados por aire comprimido, electricidad, sistema hidráulico o vapor. Estos martillos pueden tener pesos alternativos de miles de libras. Los martillos mecánicos más pequeños , de 500 libras (230 kg) o menos de peso alternativo, y las prensas hidráulicas también son comunes en las forjas de arte. Algunos martillos de vapor siguen en uso, pero se volvieron obsoletos con la disponibilidad de otras fuentes de energía más convenientes.

Existen muchos tipos diferentes de procesos de forjado disponibles; sin embargo, se pueden agrupar en tres clases principales: ^[1]

• Prolongado: la longitud aumenta, la sección transversal disminuye.
• Trastorno: la longitud disminuye, la sección transversal aumenta
• Comprimido en matrices de compresión cerradas: produce flujo multidireccional

Los procesos de forjado más comunes incluyen: forjado con rodillos, recalcado , dentado, forjado en matriz abierta, forjado en matriz de impresión (forjado en matriz cerrada), forjado en prensa, forjado en frío, forjado en caliente automático y recalcado. ^{[1] [4]}

Todos los siguientes procesos de forjado se pueden realizar a distintas temperaturas; sin embargo, generalmente se clasifican según si la temperatura del metal está por encima o por debajo de la temperatura de recristalización. ^[5] Si la temperatura es superior a la temperatura de recristalización del material, se considera forjado en caliente ; si la temperatura es inferior a la temperatura de recristalización del material pero superior al 30% de la temperatura de recristalización (en una escala absoluta), se considera forjado en caliente ; si es inferior al 30% de la temperatura de recristalización (normalmente temperatura ambiente), se considera forjado en frío . La principal ventaja del forjado en caliente es que se puede realizar de forma más rápida y precisa, y a medida que el metal se deforma, los efectos del endurecimiento por deformación se anulan mediante el proceso de recristalización. El forjado en frío normalmente da como resultado el endurecimiento por deformación de la pieza. ^{[6] [7]}

La forja con estampación es un proceso de forja en el que se levanta un martillo y luego se "deja caer" sobre la pieza de trabajo para deformarla según la forma de la matriz. Hay dos tipos de forja con estampación: la forja con estampación abierta y la forja con estampación de impresión (o con estampación cerrada). Como lo indican los nombres, la diferencia está en la forma de la matriz, ya que la primera no encierra completamente la pieza de trabajo, mientras que la segunda sí.

La forja en matriz abierta también se conoce como forja de herrero . ^[8] En la forja en matriz abierta, un martillo golpea y deforma la pieza de trabajo, que se coloca sobre un yunque estacionario . La forja en matriz abierta recibe su nombre del hecho de que las matrices (las superficies que están en contacto con la pieza de trabajo) no encierran la pieza de trabajo, lo que le permite fluir excepto donde entran en contacto con las matrices. Por lo tanto, el operador necesita orientar y posicionar la pieza de trabajo para obtener la forma deseada. Las matrices suelen tener forma plana, pero algunas tienen una superficie con una forma especial para operaciones especializadas. Por ejemplo, una matriz puede tener una superficie redonda, cóncava o convexa o ser una herramienta para formar agujeros o ser una herramienta de corte. ^[9] Las forjas en matriz abierta se pueden trabajar en formas que incluyen discos, cubos, bloques, ejes (incluidos ejes escalonados o con bridas), manguitos, cilindros, planos, hexágonos, redondos, placas y algunas formas personalizadas. ^[10] La forja en matriz abierta se presta para tiradas cortas y es apropiada para trabajos de forja artística y trabajos personalizados. En algunos casos, la forja en matriz abierta se puede emplear para dar forma desbaste a los lingotes y prepararlos para operaciones posteriores. La forja en matriz abierta también puede orientar la veta para aumentar la resistencia en la dirección requerida. ^[9]

• Menor probabilidad de que se produzcan huecos
• Mejor resistencia a la fatiga
• Microestructura mejorada
• Flujo continuo de grano
• Tamaño de grano más fino
• Mayor fuerza ^[11]
• Mejor respuesta al tratamiento térmico ^[12]
• Mejora de la calidad interna
• Mayor fiabilidad de las propiedades mecánicas, ductilidad y resistencia al impacto.

"El " cogging " es la deformación sucesiva de una barra a lo largo de su longitud mediante una forja de estampación abierta. Se utiliza habitualmente para trabajar una pieza de materia prima hasta obtener el espesor adecuado. Una vez que se logra el espesor adecuado, el ancho adecuado se logra mediante el "canteado". ^[13 ]El " canteado " es el proceso de concentración de material mediante una matriz abierta de forma cóncava. El proceso se denomina "canteado" porque generalmente se lleva a cabo en los extremos de la pieza de trabajo.El " fulling " es un proceso similar que adelgaza secciones de la pieza forjada utilizando una matriz de forma convexa. Estos procesos preparan las piezas de trabajo para procesos de forjado posteriores. ^[14]

• 
  Cenefa
• 
  Batán

La forja con estampa de impresión también se denomina "forja con estampa cerrada". En la forja con estampa de impresión, el metal se coloca en una estampa que se parece a un molde, que está unida a un yunque. Por lo general, también se da forma a la estampa de martillo. Luego, el martillo se deja caer sobre la pieza de trabajo, lo que hace que el metal fluya y llene las cavidades de la estampa. El martillo generalmente está en contacto con la pieza de trabajo en una escala de milisegundos. Dependiendo del tamaño y la complejidad de la pieza, el martillo puede dejarse caer varias veces en rápida sucesión. El exceso de metal se expulsa de las cavidades de la estampa, formando lo que se conoce como " rebaba ". La rebaba se enfría más rápidamente que el resto del material; este metal frío es más fuerte que el metal en la estampa, por lo que ayuda a evitar que se formen más rebabas. Esto también obliga al metal a llenar completamente la cavidad de la estampa. Después de la forja, se elimina la rebaba. ^{[8] [15]}

En la forja comercial con estampa de impresión, la pieza de trabajo se mueve normalmente a través de una serie de cavidades en una matriz para llegar desde un lingote a la forma final. La primera impresión se utiliza para distribuir el metal en la forma bruta de acuerdo con las necesidades de las cavidades posteriores; esta impresión se llama impresión de "canteado", "acanalado" o "doblado". Las cavidades siguientes se denominan cavidades de "bloqueo", en las que se trabaja la pieza en una forma que se asemeja más al producto final. Estas etapas generalmente imparten a la pieza de trabajo curvas generosas y filetes grandes . La forma final se forja en una cavidad de impresión "final" o "de acabado". Si solo hay una pequeña serie de piezas para hacer, entonces puede ser más económico que la matriz carezca de una cavidad de impresión final y, en su lugar, mecanice las características finales. ^[16]

En los últimos años, la forja con estampa se ha mejorado gracias a una mayor automatización que incluye calentamiento por inducción, alimentación mecánica, posicionamiento y manipulación, y el tratamiento térmico directo de las piezas después de la forja. ^[17] Una variante de la forja con estampa se denomina "forja sin rebabas" o "forja con estampa cerrada real". En este tipo de forja, las cavidades de la estampa están completamente cerradas, lo que evita que la pieza de trabajo forme rebabas. La principal ventaja de este proceso es que se pierde menos metal por rebabas. Las rebabas pueden representar entre el 20 y el 45 % del material de partida. Las desventajas de este proceso incluyen un coste adicional debido a un diseño de estampa más complejo y la necesidad de una mejor lubricación y colocación de la pieza de trabajo. ^[16]

Existen otras variantes de la formación de piezas que integran la forja con matriz de impresión. Un método incorpora la fundición de una preforma de forja a partir de metal líquido. La pieza fundida se retira después de que se haya solidificado, pero mientras aún está caliente. Luego se termina en una matriz de una sola cavidad. Se recorta la rebaba y luego la pieza se endurece por temple. Otra variante sigue el mismo proceso que se describe anteriormente, excepto que la preforma se produce mediante la deposición por pulverización de gotas de metal en colectores con forma (similar al proceso Osprey ). ^[17]

La forja en matriz cerrada tiene un alto costo inicial debido a la creación de matrices y al trabajo de diseño requerido para hacer cavidades de matriz funcionales. Sin embargo, tiene bajos costos recurrentes para cada pieza, por lo que las piezas forjadas se vuelven más económicas con un mayor volumen de producción. Esta es una de las principales razones por las que las piezas forjadas en matriz cerrada se utilizan a menudo en las industrias automotriz y de herramientas. Otra razón por la que las piezas forjadas son comunes en estos sectores industriales es que las piezas forjadas generalmente tienen una relación resistencia-peso aproximadamente un 20 por ciento mayor en comparación con las piezas fundidas o mecanizadas del mismo material. ^[16]

Las matrices de forja suelen estar hechas de acero de alta aleación o de acero para herramientas . Las matrices deben ser resistentes a los impactos y al desgaste, mantener la resistencia a altas temperaturas y tener la capacidad de soportar ciclos de calentamiento y enfriamiento rápidos. Para producir una matriz mejor y más económica, se mantienen los siguientes estándares: ^[17]

• Las matrices se parten a lo largo de un único plano siempre que sea posible. En caso contrario, el plano de separación sigue el contorno de la pieza.
• La superficie de separación es un plano que pasa por el centro de la pieza forjada y no cerca de un borde superior o inferior.
• Se proporciona un tiro adecuado ; normalmente al menos 3° para aluminio y entre 5° y 7° para acero.
• Se utilizan filetes y radios generosos.
• Las costillas son bajas y anchas.
• Las distintas secciones están equilibradas para evitar diferencias extremas en el flujo de metal.
• Se aprovechan al máximo las líneas de flujo de fibra.
• Las tolerancias dimensionales no son más estrechas de lo necesario.

El abarrilamiento se produce cuando, debido a la fricción entre la pieza de trabajo y la matriz o punzón , la pieza de trabajo se abulta en su centro de tal manera que se asemeja a un barril . Esto hace que la parte central de la pieza de trabajo entre en contacto con los lados de la matriz antes que si no hubiera fricción presente, creando un aumento mucho mayor en la presión necesaria para que el punzón termine la forja.

Las tolerancias dimensionales de una pieza de acero producida mediante el método de forjado por estampación se describen en la siguiente tabla. Las dimensiones a lo largo del plano de separación se ven afectadas por el cierre de las matrices y, por lo tanto, dependen del desgaste de la matriz y del espesor de la rebaba final. Las dimensiones que están completamente contenidas dentro de un solo segmento o mitad de la matriz se pueden mantener con un nivel de precisión significativamente mayor. ^[15]

Durante la forja se utiliza un lubricante para reducir la fricción y el desgaste. También se utiliza como barrera térmica para restringir la transferencia de calor de la pieza de trabajo a la matriz. Por último, el lubricante actúa como compuesto de separación para evitar que la pieza se adhiera a las matrices. ^[15]

La forja en prensa funciona aplicando lentamente una presión o fuerza continua, que difiere del impacto casi instantáneo de la forja con martillo. La cantidad de tiempo que las matrices están en contacto con la pieza de trabajo se mide en segundos (en comparación con los milisegundos de las forjas con martillo). La operación de forja en prensa se puede realizar en frío o en caliente. ^[15]

La principal ventaja de la forja en prensa, en comparación con la forja con martillo, es su capacidad de deformar la pieza completa. La forja con martillo normalmente solo deforma las superficies de la pieza en contacto con el martillo y el yunque; el interior de la pieza permanecerá relativamente indeformado. Otra ventaja del proceso es el conocimiento de la tasa de deformación de la nueva pieza. Al controlar la tasa de compresión de la operación de forja en prensa, se puede controlar la deformación interna.

Este proceso tiene algunas desventajas, la mayoría de las cuales se deben a que la pieza de trabajo está en contacto con las matrices durante un período de tiempo tan prolongado. La operación es un proceso que requiere mucho tiempo debido a la cantidad y la longitud de los pasos. La pieza de trabajo se enfriará más rápido porque las matrices están en contacto con ella; las matrices facilitan drásticamente más la transferencia de calor que la atmósfera circundante. A medida que la pieza de trabajo se enfría, se vuelve más fuerte y menos dúctil, lo que puede inducir el agrietamiento si la deformación continúa. Por lo tanto, las matrices calentadas se utilizan generalmente para reducir la pérdida de calor, promover el flujo de la superficie y permitir la producción de detalles más finos y tolerancias más estrechas. También puede ser necesario volver a calentar la pieza de trabajo.

Cuando se realiza con alta productividad, la forja en prensa es más económica que la forja a martillo. La operación también crea tolerancias más estrechas. En la forja a martillo, gran parte del trabajo lo absorbe la maquinaria; cuando se realiza en la forja a prensa, el mayor porcentaje de trabajo se utiliza en la pieza de trabajo. Otra ventaja es que la operación se puede utilizar para crear piezas de cualquier tamaño porque no hay límite para el tamaño de la máquina de forja a prensa. Las nuevas técnicas de forja a prensa han podido crear un mayor grado de integridad mecánica y de orientación. Al restringir la oxidación a las capas externas de la pieza, se producen niveles reducidos de microfisuras en la pieza terminada. ^[15]

La forja en prensa se puede utilizar para realizar todo tipo de forjado, incluido el forjado en matriz abierta y el forjado en matriz de impresión. El forjado en prensa con matriz de impresión generalmente requiere menos ángulo de desmoldeo que el forjado en estampa y tiene una mejor precisión dimensional. Además, los forjados en prensa a menudo se pueden realizar en un solo cierre de las matrices, lo que permite una fácil automatización. ^[18]

El forjado por recalcado aumenta el diámetro de la pieza de trabajo al comprimir su longitud. ^[18] Según la cantidad de piezas producidas, este es el proceso de forjado más utilizado. ^[18] Algunos ejemplos de piezas comunes producidas mediante el proceso de forjado por recalcado son válvulas de motor, acoplamientos, pernos, tornillos y otros sujetadores.

El recalcado se realiza generalmente en máquinas especiales de alta velocidad llamadas prensas de manivela . Las máquinas suelen estar configuradas para trabajar en el plano horizontal, para facilitar el intercambio rápido de piezas de trabajo de una estación a la siguiente, pero el recalcado también se puede realizar en una prensa de manivela vertical o una prensa hidráulica. La pieza de trabajo inicial suele ser alambre o varilla, pero algunas máquinas pueden aceptar barras de hasta 25 cm (9,8 pulgadas) de diámetro y una capacidad de más de 1000 toneladas. La máquina de recalcado estándar emplea matrices divididas que contienen múltiples cavidades. Las matrices se abren lo suficiente para permitir que la pieza de trabajo se mueva de una cavidad a la siguiente; luego, las matrices se cierran y la herramienta de cabezal, o ariete, se mueve longitudinalmente contra la barra, recalcándola en la cavidad. Si se utilizan todas las cavidades en cada ciclo, se producirá una pieza terminada con cada ciclo, lo que hace que este proceso sea ventajoso para la producción en masa. ^[18]

Al diseñar piezas que se van a forjar mediante recalcado, se deben seguir estas reglas: ^[19]

• La longitud del metal sin soporte que se puede volcar de un solo golpe sin que se produzca un pandeo perjudicial debe limitarse a tres veces el diámetro de la barra.
• Se pueden recalcar con éxito longitudes de material mayores a tres veces el diámetro, siempre que el diámetro del recalcado no sea más de 1,5 veces el diámetro del material.
• En un recalcado que requiera una longitud de material mayor a tres veces el diámetro del material, y donde el diámetro de la cavidad no sea mayor que 1,5 veces el diámetro del material, la longitud del metal sin soporte más allá de la cara de la matriz no debe exceder el diámetro de la barra.

El proceso automático de forjado en caliente consiste en introducir barras de acero de longitud de laminado (normalmente de 7 m [23 pies] de largo) en un extremo de la máquina a temperatura ambiente y los productos forjados en caliente salen por el otro extremo. Todo esto ocurre rápidamente; las piezas pequeñas se pueden fabricar a una velocidad de 180 partes por minuto (ppm) y las más grandes a una velocidad de 90 ppm. Las piezas pueden ser macizas o huecas, redondas o simétricas, de hasta 6 kg (13 lb) y hasta 18 cm (7,1 pulgadas) de diámetro. Las principales ventajas de este proceso son su alta tasa de producción y la capacidad de aceptar materiales de bajo coste. Se requiere poca mano de obra para operar la maquinaria.

No se produce rebaba, por lo que el ahorro de material es de entre un 20 y un 30% en comparación con la forja convencional. El producto final tiene una temperatura constante de 1.050 °C (1.920 °F), por lo que el enfriamiento por aire dará como resultado una pieza que aún es fácil de mecanizar (la ventaja es que no se requiere recocido después de la forja). Las tolerancias suelen ser de ±0,3 mm (0,012 pulgadas), las superficies están limpias y los ángulos de inclinación son de 0,5 a 1°. La vida útil de la herramienta es casi el doble que la de la forja convencional porque los tiempos de contacto son del orden de 0,06 segundos. La desventaja es que este proceso solo es factible en piezas simétricas más pequeñas y es costoso; la inversión inicial puede ser de más de 10 millones de dólares, por lo que se requieren grandes cantidades para justificar este proceso. ^[20]

El proceso comienza calentando la barra a 1200 a 1300 °C (2190 a 2370 °F) en menos de 60 segundos utilizando bobinas de inducción de alta potencia. Luego se descascara con rodillos, se corta en piezas en bruto y se transfiere a través de varias etapas de conformado sucesivas, durante las cuales se recalca, se preforma, se forja finalmente y se perfora (si es necesario). Este proceso también se puede combinar con operaciones de conformado en frío de alta velocidad. Generalmente, la operación de conformado en frío realizará la etapa de acabado para que se puedan obtener las ventajas del trabajo en frío, al mismo tiempo que se mantiene la alta velocidad del forjado en caliente automático. ^[21]

Entre los ejemplos de piezas fabricadas mediante este proceso se encuentran los cojinetes de las unidades de cubo de rueda, los engranajes de transmisión, las pistas de rodamientos de rodillos cónicos, las bridas de acoplamiento de acero inoxidable y los anillos de cuello para cilindros de gas propano líquido (LP). ^[22] Los engranajes de transmisión manual son un ejemplo de forjado en caliente automático utilizado junto con el trabajo en frío. ^[23]

El forjado por laminación es un proceso en el que se reduce el espesor y se aumenta la longitud de una barra redonda o plana. El forjado por laminación se realiza utilizando dos rodillos cilíndricos o semicilíndricos, cada uno de los cuales contiene una o más ranuras con forma. Se inserta una barra calentada en los rodillos y, cuando llega a un punto, los rodillos giran y la barra adquiere forma progresiva a medida que pasa por la máquina. A continuación, la pieza se transfiere al siguiente conjunto de ranuras o se da la vuelta y se vuelve a insertar en las mismas ranuras. Esto continúa hasta que se logra la forma y el tamaño deseados. La ventaja de este proceso es que no se producen rebabas y confiere una estructura de grano favorable a la pieza de trabajo. ^[24]

Entre los ejemplos de productos fabricados con este método se incluyen ejes , palancas cónicas y ballestas .

Este proceso también se conoce como forjado de precisión . Fue desarrollado para minimizar los costos y los desechos asociados con las operaciones posteriores al forjado. Por lo tanto, el producto final de un forjado de precisión necesita poco o ningún mecanizado final. Los ahorros de costos se obtienen mediante el uso de menos material y, por lo tanto, menos desechos, la disminución general de la energía utilizada y la reducción o eliminación del mecanizado. El forjado de precisión también requiere un menor ángulo de inclinación, de 1° a 0°. La desventaja de este proceso es su costo, por lo tanto, solo se implementa si se puede lograr una reducción significativa de costos. ^[25]

La forja de forma casi neta es más común cuando las piezas se forjan sin calentar el material, la barra o el tocho. El aluminio es un material común que se puede forjar en frío según la forma final. La lubricación de las piezas que se están formando es fundamental para aumentar la vida útil de las matrices de acoplamiento.

A diferencia de los procesos anteriores, la forja por inducción se basa en el tipo de calentamiento utilizado. Muchos de los procesos anteriores se pueden utilizar junto con este método de calentamiento.

La forja multidireccional es la conformación de una pieza de trabajo en un solo paso en varias direcciones. La conformación multidireccional se lleva a cabo mediante medidas constructivas de la herramienta. El movimiento vertical del émbolo de la prensa se redirige mediante cuñas que distribuyen y redirigen la fuerza de la prensa de forja en direcciones horizontales. ^[26]

La forja isotérmica es un proceso mediante el cual los materiales y la matriz se calientan a la misma temperatura ( iso significa "igual"). El calentamiento adiabático se utiliza para ayudar en la deformación del material, lo que significa que las velocidades de deformación están muy controladas. Esta técnica se utiliza comúnmente para forjar aluminio, que tiene una temperatura de forja más baja que los aceros. Las temperaturas de forja para el aluminio rondan los 430 °C (806 °F), mientras que las de los aceros y las superaleaciones pueden ser de 930 a 1260 °C (1710 a 2300 °F).

Beneficios:

• Formas casi netas que dan lugar a menores requisitos de mecanizado y, por lo tanto, menores tasas de desechos
• Reproducibilidad de la pieza
• Debido a la menor pérdida de calor, se pueden utilizar máquinas más pequeñas para realizar la forja.

Desventajas:

• Costos más elevados de material de matriz para soportar temperaturas y presiones.
• Se requieren sistemas de calefacción uniformes
• Atmósferas protectoras o vacío para reducir la oxidación de las matrices y del material.
• Bajas tasas de producción

Dependiendo de la temperatura de formación, la forja de acero se puede dividir en: ^[27]

• Forja de acero en caliente
  • Temperaturas de forja superiores a la temperatura de recristalización entre 950–1250 °C
  • Buena formabilidad
  • Fuerzas de formación bajas
  • Resistencia a la tracción constante de las piezas de trabajo.
• Forja de acero en caliente
  • Temperaturas de forja entre 750–950 °C
  • Menor o nula formación de incrustaciones en la superficie de la pieza de trabajo
  • Se pueden lograr tolerancias más estrechas que en la forja en caliente
  • Formabilidad limitada y fuerzas de conformado más elevadas que en el forjado en caliente
  • Fuerzas de conformado más bajas que en el conformado en frío
• Forja de acero en frío
  • Temperaturas de forja a temperatura ambiente, autocalentamiento hasta 150 °C debido a la energía de formación.
  • Tolerancias mínimas alcanzables
  • Sin incrustaciones en la superficie de la pieza de trabajo
  • Aumento de la resistencia y disminución de la ductilidad debido al endurecimiento por deformación.
  • Se requieren bajas capacidades de conformado y altas fuerzas de conformado.

Para los procesos industriales, las aleaciones de acero se forjan principalmente en caliente. El latón, el bronce, el cobre, los metales preciosos y sus aleaciones se fabrican mediante procesos de forjado en frío; cada metal requiere una temperatura de forjado diferente.

• La forja de aluminio se realiza en un rango de temperatura entre 350 y 550 °C.
• Las temperaturas de forja superiores a 550 °C son demasiado cercanas a la temperatura de solidificación de las aleaciones y, junto con diferentes deformaciones efectivas, conducen a superficies desfavorables de la pieza de trabajo y, potencialmente, a una fusión parcial, así como a la formación de pliegues. ^[28]
• Las temperaturas de forjado inferiores a 350 °C reducen la formabilidad al aumentar la tensión de fluencia, lo que puede provocar matrices sin relleno, grietas en la superficie de la pieza de trabajo y mayores fuerzas en la matriz.

Debido al estrecho rango de temperatura y a la alta conductividad térmica, la forja de aluminio solo se puede realizar en una ventana de proceso particular. Para proporcionar buenas condiciones de conformado es necesaria una distribución homogénea de la temperatura en toda la pieza de trabajo. Por lo tanto, el control de la temperatura de la herramienta tiene una gran influencia en el proceso. Por ejemplo, al optimizar las geometrías de las preformas, se pueden influir en las deformaciones efectivas locales para reducir el sobrecalentamiento local y lograr una distribución de la temperatura más homogénea. ^[29]

Las aleaciones de aluminio de alta resistencia tienen la resistencia a la tracción de las aleaciones de acero de resistencia media, al tiempo que proporcionan importantes ventajas de peso. Por lo tanto, las piezas forjadas de aluminio se utilizan principalmente en la industria aeroespacial, automotriz y muchos otros campos de la ingeniería, especialmente en aquellos campos donde se necesitan los más altos estándares de seguridad contra fallas por abuso, por impacto o tensiones vibratorias. Tales piezas son, por ejemplo, pistones, ^{[ cita requerida ]} piezas de chasis, componentes de dirección y piezas de freno. Las aleaciones comúnmente utilizadas son AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) y AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ). Aproximadamente el 80% de todas las piezas forjadas de aluminio están hechas de AlSi1MgMn. La aleación de alta resistencia AlZnMgCu1,5 se utiliza principalmente para aplicaciones aeroespaciales. ^[30]

• La forja de magnesio se produce en un rango de temperatura entre 290 y 450 °C ^[31]

Las aleaciones de magnesio son más difíciles de forjar debido a su baja plasticidad, baja sensibilidad a las velocidades de deformación y estrecha temperatura de formación. ^[31] El uso de forjado en caliente con matriz semiabierta con una prensa de forjado de tres correderas (TSFP) se ha convertido en un método de forjado recientemente desarrollado para la aleación de Mg-Al AZ31, comúnmente utilizada en la formación de soportes de aeronaves. ^{[32] [33]} Este método de forjado ha demostrado mejorar las propiedades de tracción, pero carece de tamaño de grano uniforme. ^{[34] [35]} Aunque la aplicación de aleaciones de magnesio aumenta entre un 15 y un 20 % cada año en la industria aeroespacial y automotriz, forjar aleaciones de magnesio con matrices especializadas es costoso y un método inviable para producir piezas para un mercado masivo. En cambio, la mayoría de las piezas de aleación de magnesio para la industria se producen mediante métodos de fundición.

El tipo más común de equipo de forja es el martillo y el yunque. Los principios detrás del martillo y el yunque todavía se utilizan hoy en día en el equipo de martillo de caída . El principio detrás de la máquina es simple: levantar el martillo y dejarlo caer o impulsarlo hacia la pieza de trabajo, que se apoya en el yunque. Las principales variaciones entre los martillos de caída están en la forma en que se acciona el martillo; los más comunes son los martillos de aire y de vapor. Los martillos de caída generalmente operan en posición vertical. La razón principal de esto es el exceso de energía (energía que no se utiliza para deformar la pieza de trabajo) que no se libera como calor o sonido que necesita transmitirse a la base. Además, se necesita una gran base de máquina para absorber los impactos. ^[9]

Para superar algunas deficiencias del martillo de impacto, se utiliza la máquina de contragolpe o impactadora . En una máquina de contragolpe, tanto el martillo como el yunque se mueven y la pieza de trabajo se mantiene entre ellos. Aquí el exceso de energía se convierte en retroceso. Esto permite que la máquina trabaje horizontalmente y tenga una base más pequeña. Otras ventajas incluyen menos ruido, calor y vibración. También produce un patrón de flujo claramente diferente. Ambas máquinas se pueden utilizar para forja en matriz abierta o en matriz cerrada. ^[36]

Una prensa de forja , a menudo llamada simplemente prensa, se utiliza para forjar en prensa. Hay dos tipos principales: prensas mecánicas e hidráulicas. Las prensas mecánicas funcionan mediante el uso de levas, manivelas y/o palancas para producir una carrera preestablecida (una fuerza predeterminada en una ubicación determinada en la carrera) y reproducible. Debido a la naturaleza de este tipo de sistema, hay diferentes fuerzas disponibles en diferentes posiciones de carrera. Las prensas mecánicas son más rápidas que sus contrapartes hidráulicas (hasta 50 carreras por minuto). Sus capacidades varían de 3 a 160 MN (300 a 18.000 toneladas cortas-fuerza). Las prensas hidráulicas, como el dispositivo de cuatro matrices , utilizan presión de fluido y un pistón para generar fuerza. Las ventajas de una prensa hidráulica sobre una prensa mecánica son su flexibilidad y mayor capacidad. Las desventajas incluyen una máquina más lenta, más grande y más costosa de operar. ^[15]

Los procesos de forjado en caliente, recalcado y forjado automático utilizan maquinaria especializada.

• Fundición
• Dimensionado en frío
• Escala de martillo
• Dioses de la herrería
• Tixoformación
• Temperatura de forja

• Degarmo, E. Paul; Black, JT; Kohser, Ronald A. (2011). Materiales y procesos en la fabricación (11.ª ed.). Wiley. ISBN 978-0-470-92467-9.
• Doege, E.; Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (en alemán), 2.ª edición, Springer Verlag, 2010, ISBN 978-3-642-04248-5 
• Ostermann, F.: Anwendungstechnologie Aluminium (en alemán), 3.ª edición, Springer Verlag, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 

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