APLICACION DE LOS MATERIALES EN INGENIERIAFORJADO
El forjado fue el primero de los procesos del tipo de compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de compresión que exceden el esfuerzo de fluencia del metal. El esfuerzo puede ser aplicado rápida o lentamente. El proceso puede realizarse en frío o en caliente, la selección de temperatura es decidida por factores como la facilidad y costo que involucre la deformación, la producción de piezas con ciertas características mecánicas o de acabado superficial es un factor de menor importancia.
Existen dos clases de procedimientos de forjado: forjado por impacto y forjado por presión. En el primero, la carga es aplicada por impacto y la deformación tiene lugar en un corto tiempo. Por otra parte, en el forjado por presión, se involucra la aplicación gradual de presión para lograr la cedencia del metal. El tiempo de aplicación es relativamente largo. Más del 90% de los procesos de forjado son en caliente El forjado por impacto a su vez puede ser dividido en tres tipos: a) Forjado de herrero. b) Forjado con martinete. c) Forjado por recalcado Los procedimientos de conformación tienen sus particularidades y la forja tiene el suyo. En ese sentido se lleva a cabo a base de someter a esfuerzos violentos y continuos al material que previamente se habrá calentado a una temperatura entre la de recristalización y la de fusión.
A medida que aumenta la temperatura, las deformaciones se consiguen con menor esfuerzo, pudiendo ser ilimitadas, no produciendo acritud.
Es un procedimiento antiquísimo que se remonta a diversos pueblos antes de Cristo. Hoy día se sigue utilizando para multitud de piezas de diversas formas.
OBJETO DE LA FORJA (fenómenos o consecuencias)
Con la forja se realizan dos tipos de trabajo:
· Piezas acabadas, a las que la forja les da su forma definitiva
· Preformas, que serán acabadas por mecanizado
Con la forja logramos que las propiedades mecánicas de las piezas se mejoren sustancialmente debido a que, con los golpes y el calor al que son sometidas, se afina el grano y se orientan las fibras. Además, pueden reducirse o eliminarse los defectos que pudieran tener esos materiales.
FORJADO CON MARTINETE
Este es el equivalente moderno del forjado de herrero en donde la fuerza limitada del herrero ha sido reemplazada por un martillo mecánico o de vapor. El proceso puede llevarse a cabo en forjado abierto donde el martillo es reemplazado por un mazo y el metal es manipulado manualmente sobre un yunque  Martillo para forja por caída libre
FORJADO CON DADO CERRADO EN MARTINETE
La forja con dado cerrado en martinete es ampliamente usada, el mazo y el yunque son reemplazados por dados. Los dados están machihembrados para ser fijados en el yunque y en el mazo. Además tienen una serie de ranuras y cavidades labradas en ellos y la pieza de trabajo se pasa en secuencia, a través de las series de formado.
La Figura anterior ilustra el principio de una forja de impacto. La forja masiva es actualmente producida por el proceso de forja con dado y martinete. La Figura siguiente muestra un ejemplo de los dados usados para este proceso (el ejemplo muestra un dado de dos estaciones). El número de estaciones dependerá de la complejidad de la forja.
 FORJADO POR RECALCADO
Este proceso fue desarrollado originalmente para colectar o recalcar metal para formar las cabezas de tornillos. Actualmente el propósito de esta máquina ha sido ampliado para incluir una vasta variedad de forjas. Es esencialmente una prensa de doble acción con movimientos horizontales en lugar de verticales. La máquina de forja tiene dos acciones. En la primera, un dado móvil viaja horizontalmente hacia un dado similar estacionario. Estos dos dados tienen ranuras horizontales semicirculares las cuales sujetan las barras. Una barra calentada en un extremo es insertada entre el dado móvil y el estacionario. Mientras está sujeta de esta manera, un extremo de la barra es recalcado o presionado dentro de la cavidad del dado por una herramienta cabeceadora montada sobre un ariete que se mueve hacia el frente de la máquina. Si se desean cabezas hexagonales, la herramienta cabeceadora recalcará algo del metal dentro de la cavidad de forma hexagonal del dado. Para forjas más complejas pueden usarse hasta seis dados diferentes y herramientas cabeceadoras a un tiempo, de manera similar a las diferentes estaciones en un dado de forjado por martinete.
FORJADO EN PRENSA
Mientras que el forjado por impacto usualmente involucra una prensa mecánica, por otro lado en el forjado en prensa se requerirá de fuerza hidráulica. Las grandes forjas invariablemente son producidas en grandes prensas hidráulicas. Estas tienen arietes que se mueven vertical y lentamente hacia abajo, bajo presión considerable. El equipo requerido es, por tanto, mucho mayor en la Figura siguiente se muestra este tipo de forja.  Elementos de una prensa para forja
EL AFINO DEL GRANO
Los metales están formados por granos agrupados en una masa metálica. A medida que se golpea esa masa, los granos se van triturando y van siendo más pequeños. Cuanto más fuerte sea el golpe y más baja la temperatura, el grano se triturará más. Golpes grandes y lentos es más eficaz que muchos golpes pequeños. Es una operación que tiene que hacerse con cierta rapidez, ya que si no el metal se enfriaría y deberíamos volver a calentar.
ORIENTACIÓN DE LAS FIBRAS
Con los golpes de la forja se van aplastando y alargando las fibras, eliminándose las impurezas excepto en algunas zonas, normalmente las de sección perpendicular, donde se produce un fenómeno distinto.
La forja es capaz de eliminar defectos tales como sopladuras, segregaciones y dendritas ya que, al golpear en caliente, es casi como si se soldasen.
METALES PARA FORJA
En principio todos los metales se pueden forjar, ya que poseen plasticidad, que es una cualidad inherente a la naturaleza metálica. Por tanto, todos los metales puros son aptos para la forja y algunas aleaciones como los aceros. Los metales muy duros no.
CICLO TÉRMICO DE LA FORJA
La conformación por forja se hace en tres fases:
Conformación: es el proceso de forja propiamente dicho, es decir, cuando se aplican los esfuerzos al material.
Enfriamiento: es dejar enfriar el metal hasta una temperatura determinada. Este enfriamiento no debe hacerse rápido, ya las contracciones podrían romper la pieza.
OPERACIONES BÁSICAS DE LA FORJA
Sirviendo de base una forja manual, veremos las herramientas y, sobre todo, las operaciones que pueden ser hechas con ellas.
Las operaciones son diversas, siendo las fundamentales:
Estirado: operación que persigue alargar un material
Otra operación es la que se hace con las gubias y el asentador, que son útiles para operaciones de ensanche y estirado del material
Degüello: operación que trata de conseguir una disminución de sección
Recalcado: trata de aumentar la sección
Estampado: se utiliza una herramienta que se llama estampa, que es una herramienta que reproduce su forma en el interior de dos.
Curvado: trata de conseguir el radio deseado
Doblado: se apoya la pieza sobre un perfil y se golpea para conseguirlo
Punzonado: utiliza un punzón para hacer un agujero
Mandrilado: se repasa el agujero hecho con el punzón con el mandril para darle cierta tolerancia a agujero
Corte: utilización de la tajadera para cortar
Torsión: un giro con más o menos vueltas de un material
Soldadura: calentar las dos piezas a unir poniéndolas de la forma más idónea y golpeando. En este caso hay que tener ciertas precauciones (limpieza entre piezas, posición adecuada,…) para producir una unión muy buena
DEFECTOS DE LA FORJA
· Aparezcan elementos extraños en el momento de la forja
· Al golpear y deformar haya zonas en las que falte material, produciéndose pliegues y repliegues
· Cuando no se calienta el material adecuadamente pueden aparecer grietas de forja
LAMINADO
La laminación es un método de conformado o deformación utilizado para producir productos metálicos alargados de sección transversal constante.
Este proceso metalúrgico se puede realizar con varios tipos de máquinas. La elección de la máquina más adecuada va en función del tipo de lámina que se desea obtener (espesor y longitud) y de la naturaleza y características del metal.
Este es un proceso en el cual se reduce el espesor del material pasándolo entre un par de rodillos rotatorios .Los rodillos son generalmente cilíndricos y producen productos planos tales como láminas o cintas. También pueden estar ranurados o grabados sobre una superficie a fin de cambiar el perfil, así como estampar patrones en relieve. Este proceso de deformación puede llevarse a cabo, ya sea en caliente o en frío.
 Esquema del proceso de laminado
El acero que sale del horno alto de colada de la siderurgia es convertido en acero bruto fundido en lingotes de gran peso y tamaño que posteriormente hay que laminar para poder convertir el acero en los múltiples tipos de perfiles comerciales que existen de acuerdo al uso que vaya a darse del mismo.
El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación.
Estos cilindros van conformando el perfil deseado hasta conseguir las medidas adecuadas. Las dimensiones del acero que se consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso muchas veces a los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar su tolerancia.
El tipo de perfil de las vigas de acero, y las cualidades que estas tengan, son determinantes a la elección para su aplicación y uso en la ingeniería y arquitectura. Entre sus propiedades están su forma o perfil, su peso, particularidades y composición química del material con que fueron hechas, y su longitud.
Entre las secciones más conocidas y más comerciales, que se brinda según el reglamento que lo ampara, se encuentran los siguientes tipos de laminados, se enfatiza que el área transversal del laminado de acero influye mucho en la resistencia que está sujeta por efecto de fuerzas.
Todas las dimensiones de las secciones transversales de los perfiles están normalizadas.
Los productos laminados son aquellos productos fabricados usualmente para su empleo en trabajos de metalurgia, estructuras de edificación y obra civil.
Entre los principales productos laminados tenemos:
Perfil LD
El Perfil LD es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de ángulo recto, con alas de distinta longitud. Las caras de éstas son paralelas, y la unión de las caras interiores es redondeada. Las alas tienen el borde exterior con aristas vivas, y el interior redondeado.
Perfil T
Un perfil T es un prisma mecánico, frecuentemente fabricado en acero laminado cuya sección tiene forma de T.
Perfil T metálico
El extremo del alma es redondeado, así como las uniones de la misma con las caras interiores de las alas y las aristas interiores de éstas. Las caras interiores de las alas están inclinadas un 2% respecto a las exteriores, y las del alma un 2% respecto a su eje.
Ángulos estructurales L
Es el producto de acero laminado que se realiza en iguales que se ubican equidistantemente en la sección transversal con la finalidad de mantener una armonía de simetría, en ángulo recto. Su uso está basado en la fabricación de estructuras para techados de grandes luces, industria naval, plantas industriales, almacenes, torres de transmisión, carrocerías, también para la construcción de puertas y demás accesorios en la edificación de casas.
Vigas H
Producto de acero laminado que se crea en caliente, cuya sección tiene la forma de H. Existen diversas variantes como el perfil IPN, el perfil IPE o el perfil HE, todas ellas con forma regular y prismática. Se usa en la fabricación de elementos estructurales como vigas, pilares, cimbras metálicas, etc., sometidas predominantemente a flexión o compresión y con torsión despreciable. Su uso es frecuente en la construcción de grandes edificios y sistemas estructurales de gran envergadura, así como en la fabricación de estructuras metálicas para puentes, almacenes, edificaciones, barcos, etc.
Canales U
Acero realizado en caliente mediante láminas, cuya sección tiene la forma de U. Son conocidas como perfil UPN. Sus usos incluyen la fabricación de estructuras metálicas como vigas, viguetas, carrocerías, cerchas, canales, etc.
Barras redondas lisas y pulidas
Producto laminado en caliente, de sección circular y superficie lisa, de conocimiento muy frecuente en el campo de la venta de varillas. Sus usos incluyen estructuras metálicas como lo pueden ser puertas, ventanas, rejas, cercos, elementos de máquinas, ejes, pernos y tuercas por recalcado en caliente o mecanizado; pines, pasadores, etc.
Platinas
Producto de acero laminado en caliente, de sección rectangular. Entre sus usos está la fabricación de estructuras metálicas, puertas, ventanas, rejas, piezas forjadas, etc.
Barras cuadradas
Producto realizado en caliente por láminas, su uso es muy frecuente y muy conocido. Se usan en la fabricación de estructuras metálicas, puertas, ventanas, rejas, piezas forjadas, etc.
Barras hexagonales
De igual manera que en los anteriores su composición es de láminas producidas en caliente, de sección hexagonal, y superficie lisa. Generalmente se observa en la fabricación de elementos de ensamblaje para, pernos, tuercas, ejes, pines, chavetas, herramientas manuales como barretas, cinceles, puntas, etc. Los cuales pueden ser sometidos a revenido y a temple según sea el caso.
Perfil IPN
Un perfil IPN es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de doble T también llamado I y con el espesor denominado normal.
Las caras exteriores de las alas son perpendiculares al alma, y las interiores presentan una inclinación del 14% respecto a las exteriores, por lo que las alas tienen un espesor decreciente hacia los bordes. Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Además, las alas tienen el borde con arista exterior viva e interior redondeada.
Perfil IPE
El perfil IPE es un producto laminado cuya sección normalizada tiene forma de doble T también llamado I y con el espesor denominado Europeo Las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre sí y perpendiculares al alma, y así las alas tienen espesor constante (principal diferencia con respecto al perfil IPN). Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Las alas tienen el borde con aristas exteriores e interiores vivas. La relación entre la anchura de las alas y la altura del perfil se mantiene menor que 0,66.
Perfil HE
El perfil HE es un tipo de perfil laminado cuya sección transversal tiene forma de doble T, con alas más anchas que un perfil doble T de tipo IPN o IPE. Las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre sí y perpendiculares al alma, por lo que las alas tienen espesor constante. Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Además, las alas tienen el borde con aristas exteriores e interiores vivas.
Los perfiles HE comprenden las tres series siguientes:
Perfil UPN
Un perfil UPN es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de U.
Las caras exteriores de las alas son perpendiculares al alma, y las interiores presentan una inclinación del 8% respecto a las exteriores, por lo que las alas tienen espesor decreciente hacia los extremos. La superficie interior de la unión entre el alma y las alas es redondeada. Las alas tienen el borde exterior con arista viva y la superficie interior redondeada.
Se usan como soportes y pilares, soldando dos perfiles por el extremo de las alas, formando una especie de tubo de sección casi cuadrada, con momento de inercia muy semejante en sus dos ejes principales. Adicionalmente, en algunos casos permite el uso del espacio interior para realizar conducciones.
Se lamina el acero hasta conseguir rollos de diferentes grosores de chapa. La chapa se utiliza en calderería, y en la fabricación de carrocerías de automóviles.
Acero corrugado para hormigón armado
Las acerías que reciclan chatarra, son en su mayoría productoras del acero corrugado que se utiliza para formar estructuras de hormigón armado y cimentaciones.
SISTEMA DE LAMINACIÓN DE ACERO
Las laminadoras de acero inician el procesamiento del metal algunas, desde sus yacimientos a las que se les llama Laminadoras Integradas, y otras, inician el proceso a partir de la recolección de chatarra ferrosa, denominados No Integradas; en cualquiera de los casos el metal es sometido a altas temperaturas para obtener productos semiterminados: lingotes o palanquillas de acero. La materia prima que se consume, para iniciar el proceso de laminación en caliente, que consiste en pasar la palanquilla caliente entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad en sentidos contrarios, reduciendo la sección transversal mediante la presión ejercida por estos.
Laminado en caliente.
La mayoría del laminado se realiza en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida. Los metales laminados en caliente están normalmente libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrópicas.
Las desventajas en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de las tolerancias y la superficie presenta una capa de oxido característico.
El proceso de laminado en caliente debe seguir una secuencia:
1) calentamiento,
2) pasar por el tren de desbaste,
3) pasar por el tren de laminación y
4) pasar por el tren de acabado, para conseguir el producto final.
El principal factor que se debe controlar en el proceso de laminado en caliente, es la temperatura a la cual se está calentando el acero. Si el calentamiento es insuficiente el metal será más difícil de trabajar debido a que posee una menor ductilidad y maleabilidad, propiedades que se le confieren al calentarlos a una temperatura adecuada.
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE VARILLAS Y PERFILES
El proceso de laminación se realiza en un tren de laminación, que está instalado dentro de una nave (galpón) las condiciones ambientales en las que se realiza el proceso de laminación son desde los 4 ºC hasta los 35 ºC, en el cual proceso no sufre ningún cambio. En el diagrama que sigue se indican las etapas de laminación hasta obtener el producto final.
 El proceso comienza cargando la materia prima denominada Palanquilla, forma
de acero semiterminado que se utiliza para productos “largos”: barras, canales u otras formas estructurales, en el horno. Carga de palanquilla en el horno
Calentamiento: Las instalaciones de calentamiento son hornos de empuje, en las cuales la materia prima es elevada a altas temperaturas, 1230 grados centígrados, normalmente, esta temperatura de laminación depende de la geometría de la palanquilla, calidad del acero, o producto a procesar. A la salida del horno la palanquilla ingresa al llamado tren de laminación.
El tren de laminación: Los rodillos de salida del horno trasladan la palanquilla
hasta la primera pasada de la caja desbastadora. En la caja desbastadora y con ayuda de una mesa fija con guías, deslizaderas, dobladoras y una mesa
basculante con guías y rodillos, se efectúan, siete pasos de desbastado1 según el baremo de trabajo. Si el objeto no requiere uno o dos pasos más después del séptimo, éste es guiado al tren continuo mediante la prolongación del camino de rodillos de la mesa basculante.
 Una vez que la palanquilla ha sido desbastada entra en el arrastrador que lo lleva hasta la cizalla 1, en donde se despuntan la cabeza y cola de la palanquilla de (10 a 20 cm.). Si existiere una falla en el proceso, esta cizalla realiza cortes de emergencia hasta terminar con la palanquilla en proceso.
A continuación del despunte, la palanquilla ingresa a la primera caja del Tren
Continuo formado por 10 "Cajas laminadoras" numeradas desde la C03 a la C12, para continuar con la laminación, donde la palanquilla desbastada va reduciendo su sección transversal por efecto de la presión ejercida por los rodillos.
 Para conseguir que la palanquilla adquiera la forma deseada, como varilla redonda, lisa o corrugada, de 8mm de diámetro, se usa una caja más en el desbaste y todas las cajas del tren continuo (C03 a C12), en la novena caja el material toma forma de hueso, el mismo que al salir de la caja C10 son separados por medio de una caja guía (SLITING), que los guía en 2 hilos a la caja C11, en donde se forman dos óvalos que al ingresar a la caja acabadora C12, facilitan la fabricación de la varilla redonda, lisa o corrugada a dos hilos. El mismo proceso de laminación de 8mm se usa para laminar varilla redonda, lisa o corrugada de 12mm a dos hilos. Para laminar varillas redondas de 14mm a 32mm se trabaja a un solo hilo, siendo cajas acabadoras cualquiera de las anteriores a la C12.
En la laminación de los diferentes productos como varilla cuadrada, perfil angular, perfil T y pletinas, la barra en proceso toma la forma y sección en cada una de las cajas, previamente diseñados los canales de los cilindros para que secuencialmente conformen la palanquilla a la configuración geométrica final.
Una vez que las varillas salen de la caja acabadora, son guiadas hasta la máquina de tratamiento térmico llamada QTB, donde cambian las propiedades mecánicas de la varilla según normas INEN NTE 2167.
 Máquina de tratamiento térmico QTB
Cuando la varilla sale del QTB ingresa a un nuevo arrastrado que lo guía o una
Cizalla, en donde se realiza el corte de la varilla a medida, cada 36 metros. Luego del corte las varillas son llevadas por un camino de rodillos con cursores, a baja velocidad en la placa de enfriamiento. La temperatura de enfriamiento controlada a fin de que no se produzcan agrietamientos superficiales y entalladuras en las barras.
 Conjunto arrastrador cizalla
Luego de la etapa de enfriamiento, las varillas pasan a unos rodillos encabezadores que igualan las varillas a un solo lado, toma un número determinado de varillas y las traslada al camino de rodillos de la mesa de corte.
Finalmente las varillas ingresan a la cizalla 4 o cizalla de corte en frío para el corte a medida (6m, 9m, o 12m.)
Una vez cortadas, el proceso termina cuando el producto es empaquetado, transportado, pesado y almacenado en las naves de despacho.
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