Forja mecánica. Estampación en caliente

1.- GENERALIDADES

 

            Por forja mecánica entendemos la utilización de máquinas que nos facilitan la obtención de piezas en serie.

 

            Se utilizan fundamentalmente dos tipos de máquinas: martinetes (martillos pilones) que golpean de forma independiente y las prensas, que trabajan por presión.

 

            Los martinetes forman una familia y se clasifican por hidráulicos, mecánicos, neumáticos (autocompresores y de compresor) y de vapor (de simple y doble efecto).

 

            En las prensas la clasificación es mecánica o hidráulica.

 

2.- MARTINETES

 

 

            El martinete va a ir golpeando el material de forma intermitente en un ciclo de trabajo previamente establecido.

 

            Utiliza una máquina cuyos elementos fundamentales son los de la figura anterior. De ellos, diremos que el yunque se apoya en una cimentación cuya misión es la de aguantar los golpes y evitar las vibraciones. La maza debe ser de acero y/o fundición, siendo la parte del martillo siempre de acero. La distancia entre el PMS y el PMI puede variar de 1 a 3 metros. Los sistemas de accionamiento, si son mecánicos, utilizan resortes que permiten ese movimiento de vaivén.

 

            En los neumáticos, ese movimiento se va a llevar a cabo usando aire comprimido:

 

·        Autocompresores: el aire es un medio de transmisión de la energía y se puede observar en él dos cilindros, el de compresión (entra aire de la atmósfera y lo comprime) y otro de utilización (es un cilindro de sección prismática que sirve para mover la maza). Un cilindro y otro van a ser gobernados por válvulas. La cadencia suele ser de 200 golpes por minuto. Los motores tienen una potencia comprendida entre 5 y 50 CV.

·        Neumáticos (de compresor): necesitan un elemento de compresión independiente al martinete.

 

3.- PRENSA HIDRÁULICA

 

            Las más usuales son verticales y se componen de una mesa donde se colocan las piezas (preformas) sobre las que va a actuar la maza de la prensa.

 

            Su carrera es vertical, se mueve por la acción de un émbolo y está controlada por unas guías. Este émbolo, que recibe la energía a través del aceite que mueve una bomba, se mueve en el interior de un cilindro.

 

            Las prensas también pueden ser elaboradas con varios cilindros de impulsión, lo que nos permite hacer que actúe uno, dos, tres o los que necesitemos para transmitir más o menos potencia. Esta variación se consigue mediante unas válvulas.

 

            Otros mecanismos que llevan las prensas son unos cilindros de retroceso para que la maza regrese al PMS y unos cilindros expulsores que sirven para expulsar las piezas estampadas.

 

            El control de la prensa se lleva a cabo mediante distribuidores que se accionan de manera manual, automática o semiautomática.

 

            Las bombas para mover el aceite son del tipo de pistones, siendo las más utilizadas de un pistón y, cuando la potencia es muy grande, tienen dos.

 

            Cuando se utilizan prensas muy grandes, se emplean acumuladores, que son mecanismos por los que se consigue una reserva de potencia.

 

            Para el cálculo de la potencia de la prensa hay que tener en cuenta su potencia (que suele estar en torno a los 400kg/cm2) y la resistencia a la deformación a la del material a la temperatura de forja.

 

4.- ESTAMPACIÓN EN CALIENTE

 

            Es una operación dentro de la forja mecánica que consiste en someter al material a una presión bien con una prensa, bien con un martinete, que previamente hemos puesto entre dos moldes de acero denominados estampas.

 

            Normalmente, las estampas quedan formadas por dos piezas, el martillo (la superior) y el yunque (la inferior). La estampa superior se fija a la corredera de la prensa y la inferior a la mesa. Las estampas son bloques de acero que suelen tener una forma parecida a la pieza. Tienen diversos sistemas de acoplamiento.

 

5.- PROYECTO DE ESTAMPA PARA ESTAMPACIÓN EN CALIENTE

 

            En un proyecto de esta naturaleza habrá que controlar los siguientes aspectos:

 

·        Determinación de la preforma. Una preforma es esa porción de material que ponemos en la estampa. Cuanto más se aproxime a la pieza, mejor.

·        Distribución de la pieza en las estampas. Cuando la pieza tiene un plano de geometría sencillo, se hace una distribución equilibrada en la estampa. Cuando la pieza es asimétrica, el problema se complica y se tendrá que ver que el movimiento del material se produzca de la forma más sencilla posible. Cuando los planos son inclinados, van a aparecer componentes laterales, que tratan de descentrar la estampa. Para compensarlos, utilizamos estampas con planos inclinados en sentido contrario.

·        Previsión de la salida de las piezas. Para facilitar la salida de las piezas las paredes de las estampas tienen una pequeña inclinación (5 a 10º).

·        Previsión de rebabas. Hay que tratar obtener la pieza lo más fácilmente posible. Puede darse el caso en que haya menos material del necesario, por lo que la pieza será defectuosa. Otro aso es que haya exceso de material, en cuyo caso puede ocurrir que las estampas cierren perfectamente (pieza válida) o que no lo hagan, quedando la pieza sobredimensionada (defectuosa).

·        Escalonamiento de la conformación. En el proyecto de estampas debe tenerse en cuenta que la fluencia es limitada, lo que implica que, en piezas complejas, habrá que conformarlas en varios pasos y, por ello, requerirá el diseño de varias estampas.

 

6.- MATERIALES PARA LAS ESTAMPAS

 

            En primer lugar, tener presente que para la estampación en caliente se requiere que los metales tengan una serie de propiedades: resistencia a la compresión, al choque, al desgaste y a las elevadas temperaturas y, cuando las estampas se utilizan para cortar, resistencia a la cortadura.

             El material más adecuado es el acero aleado sometido a tratamientos térmicos adecuados para su uso.

             Para la construcción de las estampas no basta con un proyecto adecuado a las necesidades, sino que además la ejecución de ese proyecto debe ser la adecuada.

             Para su construcción, se parte de un bloque ligeramente mayor a la forma definitiva. El tamaño del bloque está en relación con el hueco en el que se va a reproducir la pieza. Será 5 o 6 veces más alto, 2 o 3 veces más ancho y un 30-50% más largo.

            Se traza la forma de la pieza en la zona adecuada y se talla el hueco con una fresa, siendo repasado posteriormente con la maquinaria adecuada.

            En la fase de acabado muchas veces es inevitable el trabajo manual.

            Una estampa y otra tienen que adaptarse mediante algún sistema que fije su posición.

             Una vez conseguida la estampa, se le dan los tratamientos térmicos adecuados.

             Finalmente se hace una comprobación de cotas antes de ser entregada por el proveedor.