Prensa de forja: cómo calcular el tonelaje para obtener resultados óptimos

Calcular el tonelaje correctamente

El martillo de forja, la prensa de tornillo y la prensa de forja en caliente son los tres principales equipos de forja en la industria de la forja.

Aunque las respectivas tecnologías se han desarrollado durante muchos años, tienen capacidades diferentes debido a sus características de rendimiento únicas.

Cálculo del tonelaje de forja

El tonelaje de forja se refiere a la fuerza máxima (generalmente medida en toneladas) que puede soportar una máquina de forja. Esta fuerza es suficiente para deformar plásticamente los metales, produciéndose así las forjadas necesarias.

Según la definición de la Asociación de Forja de China, las piezas forjadas grandes son productos forjados libremente producidos por máquinas hidráulicas de más de 1.000 toneladas y martillos de forja libres de más de 5 toneladas, así como piezas forjadas producidas por equipos de forja en caliente de más de 6.000 toneladas y Matrices de martillo de forja de más de 10 toneladas.

En aplicaciones prácticas, seleccionar el tonelaje apropiado para la forja implica considerar varios factores, incluido el tamaño, la forma y el grado de deformación requerido de las piezas forjadas.

Por ejemplo, el tonelaje de una prensa de tornillo se puede calcular usando la fórmula P= p/q= (64~73)F/q, donde P es el tonelaje de la prensa de tornillo (KN), p es la fuerza de deformación requerida para forjado en matriz (KN), y F es el área de proyección del forjado junto con la rebaba (cm ² ).

Además, también se utilizan métodos de cálculo teóricos y fórmulas empíricas para determinar el tonelaje del equipo.

Características de rendimiento y selección de equipos de forja.

1. Martillo de forja

1 . 1 Características de presentación

El martillo de forja es un equipo de forja que se utiliza para producir diversas piezas forjadas en condiciones de producción de lotes medianos a grandes.

Es versátil y se puede utilizar para varios tipos de forjado.

Debido a su estructura simple, alta productividad, bajo costo y adaptabilidad al proceso de forja, es ampliamente utilizado como equipo de forja.

El papel del martillo de forja en la industria de la forja moderna depende de los siguientes factores:

• Estructura simple y bajo costo de mantenimiento;
• Fácil de operar y flexible;
• El martillo de forja puede ser utilizado para forja múltiple, sin necesidad de equipos de preforja y con gran versatilidad;
• La velocidad de conformado es rápida, adaptabilidad a diferentes tipos de forjados;
• La inversión en equipamiento es baja (sólo 1/4 de la inversión en prensas de forja en caliente).

La principal ventaja del martillo de forja es su rápida velocidad de golpe, lo que resulta en un corto tiempo de contacto con el molde y lo hace ideal para situaciones que requieren una deformación a alta velocidad para llenar el molde.

Esto incluye piezas forjadas con placas acanaladas delgadas, formas complejas y requisitos estrictos de tolerancia de peso.

Debido a sus características operativas rápidas y flexibles, tiene una gran adaptabilidad y a veces se le llama equipo "universal".

Por lo tanto, es particularmente adecuado para la producción de lotes pequeños y de varios tipos.

En términos de costo-beneficio, el martillo de forjado es el equipo de conformado más ventajoso.

1 . 2 Cómo seleccionar el martillo de forja

La energía máxima de impacto del martillo de forja es el parámetro más crítico para determinar su capacidad de trabajo.

A la hora de elegir la energía de impacto de percusión necesaria, se puede utilizar como referencia la siguiente fórmula:

E=25（3,5～6,3） _total KF

En la fórmula:

• E: energía de ataque requerida para las forjas (J);
• K — Coeficiente de tipo de acero (0,9 para acero de bajo carbono; 1 para acero de medio carbono y acero de baja aleación de carbono; 1,1 para acero de medio carbono y baja aleación; 1,25 para acero estructural de alta aleación);
• _Total F —Área de deformación total del plano de forja (incluido el revestimiento y las rebabas) (㎝ ² )

Cuando se requiere una alta productividad en la producción por lotes, la fórmula utiliza el valor límite superior de 6,3. En los casos en los que se puede realizar el paso de forjado final y la productividad no es una preocupación, se utiliza el límite inferior de 3,5.

2. Prensa de tornillo

dos . 1 Características de rendimiento

La prensa de tornillo es adecuada para procesos de forjado, recalcado, prensado de precisión, corrección, corte y doblado.

Sin embargo, su capacidad de carga excéntrica promedio es significativamente menor en comparación con la prensa de forjado en caliente y el martillo de forjado.

Como resultado, no es adecuado para operaciones de calentamiento multiproceso (como desincrustación, preforjado y corte).

Por lo tanto, cuando se utiliza una prensa de tornillo para el forjado final, se requiere equipo adicional para realizar procesos auxiliares.

Las características de forjado de la prensa de tornillo están determinadas por el rendimiento del equipo.

Como la prensa de tornillo tiene las características de trabajo duales de la prensa de forjado con martillo y la prensa de forjado en caliente, tiene las siguientes características:

• Tener un cierto impacto durante el proceso de trabajo;
• El recorrido del control deslizante no es fijo; el dispositivo está equipado con un dispositivo de expulsión;
• La fuerza recibida entre el control deslizante y la mesa durante la formación de forjado es recibida por la estructura de la prensa.

Por tanto, la forja con prensa de tornillo tiene las siguientes características:

1. El deslizador de la prensa de tornillo tiene una velocidad de desplazamiento lenta y un impacto mínimo, lo que permite múltiples deformaciones en una sola ranura. Como resultado, puede proporcionar una amplia energía de deformación para procesos de deformación grandes (como recalcado y extrusión) y también puede producir una fuerza de deformación significativa para procesos de deformación más pequeños (como prensado y estampado de precisión).
2. Debido a que la carrera del deslizador no es fija y tiene un dispositivo de expulsión, es adecuada para recalcar para forjados con matrices sin rebabas y forjados de vástago largo. Para el proceso de extrusión y corte se debe agregar al molde un dispositivo limitador de carrera.
3. La prensa de tornillo tiene una capacidad limitada para manejar cargas excéntricas y generalmente se usa para forjado con matriz de una sola ranura. La pieza en bruto normalmente se produce en otros equipos auxiliares. En casos de pequeñas fuerzas excéntricas, es posible tener dos ranuras, como en el proceso de doblado en prensa seguido de forjado final o recalcado seguido de forjado final.

El uso de una prensa de tornillo para forjar está limitado por factores desfavorables, incluido el tonelaje del equipo, la baja velocidad de operación y la necesidad de equipo auxiliar para estampado. Normalmente se utiliza para la producción de lotes pequeños y medianos de piezas forjadas pequeñas y medianas.

dos . 2 Adaptabilidad a otras prensas de troqueles de forja

La prensa de tornillo funciona utilizando energía de impacto y tiene características de trabajo similares a las de un martillo de forja. El recorrido del control deslizante de presión es ajustable y puede volver a cualquier posición antes de alcanzar su punto más bajo. La cantidad de energía de impacto y el número de golpes se pueden controlar en función del trabajo de deformación requerido para la forja.

Sin embargo, durante la forja, la resistencia a la deformación de la forja se equilibra con la deformación elástica del sistema de cierre del lecho. La prensa de tornillo tiene una estructura similar a una prensa de forja en caliente, lo que la convierte en un dispositivo de forja con cierta capacidad de sobrecarga.

La capacidad de carga excéntrica promedio de la prensa de tornillo es menor en comparación con la de la prensa de forjado en caliente y el martillo de forjado CNC, por lo que solo es adecuada para el forjado con matriz de una sola ranura. Es posible que se requiera equipo adicional para completar el proceso auxiliar cuando se utiliza una prensa de tornillo para el forjado final.

El deslizador de la prensa de tornillo tiene una velocidad de carrera más lenta y una frecuencia de operación más baja, y solo puede realizar una deformación de un solo golpe en una ranura. Durante la deformación por impacto único, la parte central de la pieza en bruto sufre una deformación significativa, lo que hace que fluya horizontalmente y forme un gran borde festoneado, lo que dificulta el llenado de metal en ranuras profundas y aumenta la probabilidad de doblarse en comparación con la forja con martillo. Esto es particularmente pronunciado para piezas forjadas con formas de sección transversal complejas.

Además, la prensa de tornillo tiene poca flexibilidad y una vida útil más corta en comparación con un martillo de forjado CNC. Es adecuado para forjar piezas con formas relativamente simples, bajos requisitos de precisión y alta energía de deformación. La energía y la frecuencia del impacto generalmente las determina el operador en función del trabajo de deformación requerido para la forja.

Sin embargo, la prensa de tornillo tiene un rendimiento de control deficiente en comparación con un martillo de forjado CNC, lo que genera una calidad de forjado inestable y dificultades en la automatización. Generalmente se utiliza para la producción de lotes pequeños a medianos de piezas forjadas de tamaño pequeño a mediano.

dos . 3 Cómo seleccionar Prensa de tornillo

La fórmula de cálculo para seleccionar el tonelaje de la prensa de tornillo es la siguiente:

1）P= p/q=（64～73）F/q

En la fórmula:

• P: tonelaje de la prensa de tornillo (KN);
• p—Fuerza de deformación requerida para forjar con matriz (KN);
• F: pieza forjada junto con el área proyectada (㎝ ²⁾ ；
• (64~73)—El coeficiente de forjados complejos es 73 y el de los forjados simples es 64；
• q—q es un coeficiente de deformación, que se puede dividir en carrera y trabajo de deformación al forjar una prensa de tornillo:

1. Para piezas forjadas que requieren una gran carrera de deformación, trabajo de deformación y deformación para forjado con matriz, el valor de q debe estar entre 0,9 y 1,1.
2. Para piezas forjadas que requieren una carrera de deformación y un trabajo de deformación más pequeños para la forja con matriz, el valor de q es 1,3.
3. Para piezas forjadas que requieren sólo una pequeña carrera de deformación pero requieren una gran fuerza de deformación para un prensado de precisión, el valor de q es 1,6.

2） P=（17.5～28） _total K·F (KN)

En la fórmula:

• _Total F —Área total proyectada de piezas forjadas junto con rebabas (㎝ ² )；
• K — Coeficiente de tipo de acero (0,9 para acero de bajo carbono; 1 para acero de medio carbono y acero de baja aleación de carbono; 1,1 para acero de medio carbono y baja aleación; 1,25 para acero estructural de alta aleación);
• (17,5~28): el coeficiente 28 se utiliza para dificultades de deformación (como deformación por extrusión, deformación del borde de flash, etc.) y alta productividad. En caso contrario, el coeficiente se toma como 17,5.

La fórmula anterior se aplica para calcular el tonelaje del equipo requerido para carreras de forjado dobles o triples. Si se requiere una sola carrera de forjado, el cálculo debe multiplicarse por dos.

3. Prensa de forja en caliente

3 . 1 Características de rendimiento

Las características de la forja en prensas de forja en caliente están determinadas por el diseño estructural de la prensa. Tiene las siguientes características notables:

La rigidez de la estructura de la prensa de forjado en caliente y del mecanismo de articulación del cigüeñal es alta, lo que da como resultado una deformación elástica mínima durante la operación, lo que conduce a una mayor precisión en las piezas forjadas producidas.

El control deslizante presenta una estructura adicional similar a una punta, lo que mejora la longitud de la guía y mejora la precisión de la guía. Con un guiado preciso y el uso de una matriz combinada con un dispositivo guía, las prensas de forja en caliente son capaces de producir piezas forjadas con mayor precisión. Las ranuras de cada escalón se transforman en un práctico inserto y se fijan al encofrado universal mediante tornillos de fijación, eliminando contragolpes durante el funcionamiento.

La carrera de trabajo de la prensa es fija, con un paso realizado en una sola carrera y con un dispositivo de expulsión automático incluido.

3 . dos Adaptabilidad a otros equipos de forja:

La prensa de forjado en caliente tiene una carrera determinada y funciona a baja velocidad, lo que permite que la pieza en bruto experimente la deformación predeterminada en una sola carrera. Sin embargo, esto da como resultado una deformación significativa en el medio del tocho, lo que hace que fluya fácilmente en dirección horizontal y forme una gran rebaba, lo que impide que el metal en las ranuras profundas se llene de manera efectiva.

Además, es más probable que las piezas forjadas se doblen que se golpeen, especialmente en el caso de aquellas con formas transversales complejas.

Para superar estos desafíos, es necesario utilizar un paso de moldeo para acercar la pieza en bruto a la forma de forjado deseada, lo que requiere un diseño cuidadoso del paso de forjado con matriz. Por otro lado, los martillos de forja tienen una gran cantidad de golpes por minuto y pueden controlar el peso del martillo para cumplir con los requisitos de deformación de la pieza en bruto. Esto facilita la operación y la forja de piezas forjadas, como el estiramiento y el laminado.

Sin embargo, los largos procesos de laminación y laminación son difíciles de realizar en una prensa de forja en caliente. Para piezas en bruto de tipo varilla larga con grandes diferencias en la sección transversal, se deben utilizar otros equipos, como martillos neumáticos, máquinas de forja de rodillos o máquinas de forja plana, para estampar y estirar/laminar.

La prensa de forja en caliente también enfrenta dificultades para eliminar las incrustaciones de óxido en la superficie de la pieza en bruto, especialmente en sus extremos, que se presionan fácilmente sobre la superficie de forja.

Para evitar esto, se debe utilizar calentamiento eléctrico y otros métodos de calentamiento sin oxidación. La prensa de forjado en caliente adopta una matriz combinada con un dispositivo guía, y las ranuras de cada paso se convierten en insertos convenientes.

Este diseño hace que el tamaño de los troqueles de inserción sea mucho más pequeño que el de los martillos, lo que ahorra efectivamente material del molde y hace que la fabricación, el uso y la reparación de los moldes de inserción sean mucho más convenientes.

3 .3 Cómo seleccionar la prensa de forjado en caliente

El tonelaje de la prensa de forja en caliente se determina en función de la resistencia máxima a la deformación al final del proceso de forja. La presión de forjado (P) se puede calcular utilizando la siguiente fórmula empírica:

P=（64～73）KF

En la fórmula:

• F —Área de proyección de piezas forjadas, incluidos puentes flash (cm ² )；
• K — Coeficiente de tipo de acero (0,9 para acero de bajo carbono; 1 para acero de medio carbono y acero de baja aleación de carbono; 1,1 para acero de medio carbono y baja aleación; 1,25 para acero estructural de alta aleación);

Para piezas forjadas con una forma simple, una gran superficie redonda, nervaduras poco gruesas y paredes gruesas, el coeficiente de complejidad tiene un valor pequeño y ocurre lo contrario.

Tabla comparativa de rendimiento de prensas de forja de tres matrices

Artículo	Martillo de vapor	Tornillo prensado	manivela	Martillo de forja
Velocidad de ataque (m/s)	4~7	0,6 ~ 0,8	0,3~0,7	4~6
Tiempo de ataque en frío (ms)	2~3	30~60	30~60	2~3
Tiempo de formación (ms)	5~15	30~150	80~120	5~15
Frecuencia de ataque	80~100	6~15	40~80	80~110
Flexibilidad	Bien	Malo	Malo	Bien
Ratio de inversión	1	1~2	4	dos
Adaptabilidad	Multivariedad de lotes pequeños	Pieza única en grandes cantidades	Pieza única en grandes cantidades	Multivariedad de lotes pequeños
Complejidad de la estructura.	Mas simples	Promedio	Más complicado	Simple
Grado de automatización	Malo	Malo	Bien	Bien
Principio de forja	Formación de múltiples martillos.	Un impacto que se forma	Formación de presión estática	Formación de múltiples martillos.
Precisión de trabajo	Malo	Malo	Alto	Alto
Comparación del consumo de energía	15	2~3	3	1

Relación equivalente de equipos de forja de tres matrices.

Al seleccionar equipos de forja con capacidades similares, la relación de conversión entre las capacidades de los equipos de forja es la siguiente: un martillo de forja de 25KJ (martillo de doble acción de 1 tonelada) equivale a una prensa de forja en caliente de 10.000 KN, que a su vez equivale a una prensa de tornillo de 3.500 a 4.000 KN.

¿Cómo elegir el tonelaje de prensa de forja adecuado en función de los diferentes tipos de piezas forjadas?

La selección del tonelaje de forja apropiado requiere una consideración inicial del tamaño y la deformación de las piezas forjadas. Para diferentes tipos de piezas forjadas, el equipo de forja requerido, el consumo unitario de combustible, el consumo de molde y más varían, lo que significa que la elección del tonelaje debe basarse en las circunstancias específicas de las piezas forjadas.

Por ejemplo, las aleaciones de titanio tienen una alta resistencia a la deformación durante el proceso de forja, por lo que al elegir equipos de forja de gran tonelaje, se debe prestar especial atención al tamaño y la deformación de las piezas.

Además, el grado de forjado es una consideración importante.

En general, las piezas forjadas con mayor resistencia y dureza pueden soportar mayores cargas y presiones, lo que significa que el grado de la forja también debe tenerse en cuenta al seleccionar el tonelaje de forja. Por ejemplo, el acero de grado 3 tiene mayor resistencia y dureza que el acero de grado 2, por lo que elegir el tonelaje de forjado puede requerir equipos más grandes para satisfacer sus necesidades de procesamiento.

Elegir el tonelaje de forja correcto requiere una consideración exhaustiva del tamaño y la deformación de las piezas forjadas, la calidad del material y los costos de producción.

En la práctica, esto se puede lograr calculando el tonelaje de presión de forja y organizando la posición de la cavidad del molde junto con el espacio de trabajo y la estructura del equipo, lo que permite el diseño general de los componentes del molde de forja. Esto garantiza no sólo la calidad de las piezas forjadas, sino también un control eficaz de los costes de producción.