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Conformado por forjado en caliente
Introducción. Existen diversos métodos de conformación de piezas, los cuales se pueden dividir en dos grandes grupos:
Procesos de Conservación de masa, por ejemplo: Laminado, Fundición y Pulvimetalurgía, en los que el material puede estar en estado sólido, líquido y granular.
Procesos de reducción de masa, por ejemplo: Oxicorte, Fresado, Electroerosión, en los que el material se encuentra en estado sólido.
Dentro de los procesos del primer grupo, en este capítulo se estudiará la fabricación de piezas mediante la forja. La conformación por deformación plástica de los metales es el proceso utilizado para fabricar piezas mediante la transformación plástica de un cuerpo sólido y en la cual se mantiene inalterado el volumen del cuerpo. Esta transformación se realiza sometiendo a los metales, calientes o fríos, bajo la acción de fuerzas exteriores de diferentes tipos: compresión, tracción, flexión, etc. Existen diversos procedimientos de conformado dependiendo del tipo de esfuerzo principal empleado y de la pieza a deformar. Tipos de procesos de conformado por deformación plástica según el tipo de esfuerzo al que se someten las piezas. Conformación por compresión:
Forja libre.
Forja con estampa.
Extrusión.
Laminación. Conformación por compresión y tracción:
Extrusión de perfiles.
Trefilado de alambre.
Embutición profunda.
Embutición con estirado por tracción Conformación por flexión:
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Conformación por torsión:
Retorcido.
Clasifi
El procpropie Las pdepencomo Existeson: compo
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piezas metándiendo funtambién de
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formación ede las mi
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elástica de lasmas, despue ocurren so
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por deformau mejor elab
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o – plástico
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2
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e caracterizatirada la fues.
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a por la recuuerza exteri
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aterial tenga
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sometidas lmanifiestan,
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mar.
a determina
ndistintamenetalúrgicas,
as piezas, eprimero,
de la geomea, es decir
ecobra, una principio físplástica.
materia (líquitado sólido yliente.
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Principaumena que deform En fríoen estes el ejemp Para ctraccióprocesfenómprime
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palmente sentar su capaa mayor te
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yos de trac
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ciendo que rzos que estaformaciones
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cción y com
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observa que A y OA|. D y A|
aquellas pieca y disminu las fuerzas
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s elásticas y probetas norabajan a cose describección, realiza
mpresión
compresiónspectivamenambiente, yel caso de lacortamiente comporta
tiene una σ=F/A), a mee ocurren.
en ambos e
3
ezas de voluuir su resiste de atracció
dicha deforones donde ormar es re
plásticas de ormalizadasompresión, yen, las fasando la anal
, como sus nte, actúa y a medida a tracción onto y el aumamiento.
sección tradida que la
nsayos exist
umen considencia a la deón intermole
rmación seríel esfuerzo elativamente
un materia. Como hemy para compses por laslogía corresp
nombres lo sobre la que la carg
ocurre el alarmento de la
ansversal “Afuerza aplica
ten dos etap
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ía muy elevarequerido ee menos sig
l se realizanmos visto la prender com que atravpondiente a
indica, una probeta noga aumenta,rgamiento y sección tra
A”, se puedada “F” aum
pas bien defi
el objetivoEsto es debse oponen a
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los ensayosmayoría de mo ocurre eviesa la pie la compresi
fuerza axialormalizada , se producey la extriccióansversal. En
de calcular menta, así co
inidas:
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e la n, y n la
los omo
4
Figura 1. Gráfica esfuerzo deformación a temperatura ambiente
Ensayo de tracción. A medida que la carga aplicada aumenta, la probeta comienza a alargarse, proporcionalmente a esta, hasta llegar al punto A, denominado Límite de Proporcionalidad o de Elasticidad, por lo que sí se retira la carga la probeta recupera su longitud inicial. A partir de este punto, si seguimos aumentando la carga, la probeta continúa deformándose, pero ahora plásticamente, producto del desplazamiento molecular. En este instante este desplazamiento a su vez, provoca el autoendurecimiento del material y por ende, mayor resistencia de este a dejarse deformar, es por eso que en la curva de deformación se observan fluctuaciones, cuyo límite es el punto B, llamado Límite de Fluencia. La zona AB no siempre queda bien definida, esto depende del tipo de material. Si continuamos aumentando la carga, la probeta sigue alargándose uniformemente hasta alcanzar el Límite Máximo de Carga C, punto a partir del cual, sin necesidad de ascender la carga, la probeta variando su longitud y comienza a disminuir su sección transversal, manifestándose una extricción acusada, es decir se forma un cuello. Instantes después la probeta se rompe. Por medio de una máquina de ensayo de tracción se puede conocer cuál es el valor de la carga a la que ocurre la rotura, correspondiente al punto D, llamado Límite de Rotura, que como lo indica la gráfica es menor que la carga máxima. Ensayo de compresión. En la primera fase del ensayo de compresión, al aumentar la carga aplicada, la probeta comienza a acortarse (disminuye la altura), proporcionalmente a esta, hasta llegar al punto A|, denominado Límite de Elasticidad. Luego, si aumentamos la carga, la probeta continúa deformándose, plásticamente y autoendureciéndose, alcanzando el punto B|, llamado Límite de Fluencia. Si continuamos aumentando la carga, la probeta sigue acortándose y aumentando su sección transversal, hasta alcanzar el punto C|, punto a partir del cual, a pesar de que se eleve considerablemente la carga, la probeta apenas se comprime. Este punto depende de la relación que existe entre el diámetro y la altura de la probeta, [C| = f (H/D)]. Por último en el punto D| la probeta no se comprime más ya que ha llegado a su límite de compresión. Todo este comportamiento no sólo de las propiedades plásticas del material, sino que además, está influenciado por otros parámetros. Es decir, si los cuerpos fueran perfectamente plásticos y sólo sufrieran esfuerzos de tracción y compresión, se deformarían según una ley ideal, de manera que mantendrían su forma igual a la inicial. En la práctica vemos que sucede lo contrario, en la tracción la probeta se alarga uniformemente hasta que aparece el cuello y en la compresión se acorta hasta que abombea. Por lo tanto como las deformaciones no son regulares, se deducen que intervienen otros factores, los cuales se relacionan a continuación: Teoría de los volúmenes de fricción y deslizamiento, según la relación H/D y de la Velocidad de golpeo, dependiendo de si la compresión se efectúa por presión continua o por martilleo.
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Proceso de forja o estampado en caliente. La forja es el conjunto de operaciones necesarias para la conformación de piezas metálicas, mediante la deformación plástica del material, aplicando esfuerzos violentos de compresión repetidos (martilleo) o continuos (compresión), después de haberlas calentado por encima de la temperatura de recristalización, pero inferiores a la de fusión, por lo que existe una temperatura máxima y mínima. Características de las piezas forjadas Las piezas forjadas se caracterizan por ser simples y macizas, a diferencia de las piezas fundidas sin agujeros pasantes, los cuales se hacen en operaciones posteriores de mecanizado. Las piezas conformadas por forja pueden ser:
Piezas acabadas: La forja da la forma definitiva.
Piezas de desbaste: La forja da la forma aproximada, con un exceso de material de 3 mm y posteriormente se mecaniza.
Materiales forjables Para realizar la deformación plástica sobre los metales es imprescindible la utilización de materiales con propiedades plásticas, que les permitan experimentar una deformación permanente y significativa, sin destrucción de los enlaces moleculares. La mayoría de los metales pueden ser forjados pero no así sus aleaciones que a veces resultan pocos maleables, demasiado frágiles y se rompen antes de alcanzar el grado de deformación deseado. Los materiales forjables a temperatura ambiente son aquellos que tengan compuestos químicos plásticos y los no forjables aquellos que por el contrario, sus compuestos químicos son no plásticos. Son muy forjables todos los aceros al carbono, con preferencia, los de bajo contenido de carbono, así como los metales no férreos maleables. En el caso de los metales no aleados, se puede discernir, a través del diagrama Hierro‐ Carbono de la figura 2, que a temperatura ambiente son forjables, aquellos cuyos constituyentes son la ferrita y en parte la perlita, sin embargo no son forjables los que contengan cementita. Pero a la temperatura de forja y para materiales con porcentaje de carbono menor de 1.76, estos constituyentes se transforman totalmente en austenita, que es muy plástica y por lo tanto perfectamente forjable.
De aqcemeninadecpuede Por otel alum Tempe Como no recproces Las tecomprtempea la quel casomínimtempesin qusea so
Fi
uí que las funtita, no seacuadas paraen hacerlo en
tra parte el cminio y muc
eraturas de
se ha visto cupera su foso.
emperaturasrendidos paeraturas estáue ocurre lao de los ace
ma siempre eratura, los me este se enon deformac
igura 2. Gráfi
undiciones, qn forjables, a la conformn caliente.
cobre debe fhas aleacion
forja.
anteriormerma primitiv
a la que dra cada maán condicion reorganizaceros, es iguadebe ser sumetales puendurezca poriones interg
ca esfuerzo d
que a tempeya que estamación, exc
forjarse en fnes ligeras ad
nte para ejeva), los mate
deben calentterial, entrenadas por lación del crisal a la tempuperior a laeden deformr Acritud, deranulares.
6
deformación a
eratura de fo última tienecepto las fu
frío ya que edmiten forja
ecutar la deferiales se ca
tarse los me una temp de recristatal, la formaperatura de de recristaarse significebido a que l
a temperatur
orja están ce una elevadundiciones
en caliente eado en calien
formación dalientan o no
etales y aleeratura mínlización, estación del graaustenizacióalización, yacativamente las deforma
ra ambiente
onstituidas da fragilidadde grafito
es muy fráginte y en frío
de tipo plásto, dependien
eaciones en nima y otra a última es ano nuevo, ón: 721ºC. La que por ey con pequeciones son d
por austenitd y por ello, esferoidal q
l; mientras q.
tico (el matendo del tipo
la forja, esmáxima. Esla temperatpor lo tantoLa temperatencima de eeños esfuerzde tipo fluido
ta y son que
que
erial o de
stán stas tura o en tura esta zos, o, o
Mientdeformtransc Recordcausa RelaciTr ≈ [0 En algdenom Si se t El metlas mepor de Una vcalientserá eo alea En el comprfragilidlo más
Benef Existe
ras que a tmaciones occristalinas.
demos que de la deformón entre la T0,5 o 0,75] *
gunos casos minada forja
rata de conf
tal debe volenos posibleebajo de la m
ez superadata el metal, l crecimientción una tem
caso de lrendidas entdad azul, pos rápidamen
icios aporta
n dos razone
Para perfecorrigiendo
Para fabric
temperaturacurren en el
la acritud esmación plástT recristalizaTm
se aplica un en tibio (Tt)
formado en f
verse a calees, si en el trminina.
a la temperamenor seráo de su granmperatura m
los aceros, tre los 300 yr lo que tannte posible y
Tempe
dos a la estr
es por las qu
eccionar la co la forma y
car el produc
a menores qcristal o en
s el endurectica una vez ación (Tr) y T
a forja con t) donde, Tt ≥
frío tenemo
entar cuantaranscurso de
atura mínimaá la resistencno, hasta qumáxima que
existe unay los 500 ºc, to en el calenunca forja
ratura de fo
ructura del m
ue se forjan l
calidad del disposición
cto final de f
7
que la de re el interior d
imiento y auliberada la cT fusión (Tm)
temperatura≥ 0,3 Tm < T
s que Tf < Tt
as veces sea e la operaci
a, cuanto mcia que estee llegue a funo conviene
a zona de entre los cuaentamiento r en ella.
rja para dist
metal con la
los metales:
metal, elimde los crista
forma aprox
ecristalizaciódel grano, e
umento de lcarga. ).
as por debajTr.
t.
necesario, ón de forja,
más alta sea e ofrece a suundirse, por e superar.
temperaturales, adquiecomo en el
tintos mater
a aplicación
minando la fales.
ximada o pre
ón hay acries decir son
la resistencia
jo de la de r
pero procur, la tempera
la temperatu deformacióello se fija p
ras, que seeren una fragenfriamient
riales
del proceso
fragilidad de
ecisa.
tud ya que deformacio
a del metal
recristalizaci
rando que satura descien
tura a la queón, pero mapara cada me
e debe evigilidad, llamto debe pasa
o de forja
e los lingote
las ones
por
ión,
ean nde
e se ayor etal
tar, ada arse
es y
Las pilamina
Con el
La durno obs El afiny la re Siempmás bcontraantes
Las prafino ddefect Duranla piez
ezas forjadaados, por va
No se corta
Menores t
Menor des
Adecuado
Optimas cpor el com
l forjado se m
Afino de gr
Orientació
Mejores pr
Disminució
Mejor hom
reza despuéstante pued
o de grano dedificación i
pre y cuandoaja sea estaario el crecimde que desc
ropiedades mdel grano, ptuosos.
te el forjadoza, como se
as se utilizanrias motivos
a el fibrado.
iempos de m
sperdicio de
para piezas
aracterísticampactado, fib
mejoran las
rano.
ón de la fibra
ropiedades e
ón de las sop
mogeneidad
s de forja dee requerirse
de los metalinmediata en
o la tempera y más enérmiento del gcienda la tem
mecánicas dprincipalmen
o las fibras mpuede obser
n, en menoss:
mecanizado.
material.
de comprom
as mecánicabrado y trata
siguientes p
a.
en la direcci
pladuras y se
del metal.
e las piezas e un proceso
les en la forjn tamaño m
atura de forjrgicamente sgrano comenmperatura de
Figura 3. Afin
de los metante sí estos c
metálicas adrvar en la ca
8
scabo de las
miso con gra
as con las mamiento térm
propiedades
ón de la fibr
egregacione
debe ser pao de tratamie
ja, se producás pequeño
ja no sea mese golpee el nzaría, si se e recristaliza
no de grano e
les, así comcontienen m
optan una dbeza recalca
s mecanizad
an resistenci
menores secmico posteri
mecánicas d
ra.
s.
arecida a la ento térmico
ce por el deso como se m
enor que la metal, mayinterrumpieación.
en la forja
mo la microemuchas impu
disposición gada de la fig
das, que par
ia.
cciones y peior.
de las piezas
obtenida poo posterior.
smenuzamieuestra en la
de recristalyor será esteese el marti
estructura, murezas y por
gradual de laura 4
rten de perf
esos, obteni
s:
or normaliza
ento del misfigura 3.
ización, cuae afino, y pollado del me
mejoran conr ende son m
a forma fina
files
dos
ado,
smo
nto or el etal
n el muy
l de
Si en sopladíntimolimpia
.
Defect En la f
Ciclo d Calenttempepara tvelocidde temmenorpermagrano.
la fabricacduras, estas o a temperas y exentas
tos en la for
forja se pued
En el mom
Ausencia d
Aparición d
Presencia dun sobre‐e
de ejecución
tamiento deeratura de atener la segdad de elevamperatura er resistenciaanencia a es.
a) Barra
ción del memediante eaturas elevade óxido, co
Figura a)
rja
den producir
mento de la fo
de material e
de pliegues.
de grietas presfuerzo loca
n de la forja:
el material haustenizaciónguridad de qación de la tentre núcleoa a que elta temperat
Figura 4. Reca laminada, b
etal, durantel forjado soadas. Debe omo se mues
5. Presencia Antes del fo
r cuatro clas
orja aparece
en zonas de
roducidas poal o por un in
:
hasta la temn y se mantque dicha tetemperaturao y superficl metal se tura máxima
9
calcado de unb) Cabeza de t
e la solidifon aplastadacumplirse qstra en la fig
de sopladuraorjado. b) Des
ses de defect
en inclusione
la pieza.
or un aumennadecuado f
peratura detiene en el hemperatura a debe ser lecie y por taoponga a
a no debe ex
.
n tornillo. tornillo recalc
icación, queas y soldadaque las pargura 5
as en los metaspués del forja
tos:
es de cuerpo
nto exageradforjado.
e forja. Se cahorno duranes constanenta y paulaanto tensionla deformaxcederse pa
cada
edan cavidaas, al ponerredes de la
. ales. ado.
os extraños.
do de la tem
alienta el mnte un periote en todo atina para enes. A mayoación, pero ra evitar el c
ades, es derse en contacavidad es
mperatura, p
aterial hastaodo de tiemel materialvitar diferenor temperatel tiempo
crecimiento
ecir, acto stén
or
a la mpo, . La ncia tura de del
Opera Enfriasobre En la comprdesviáse plan El orig
De lo idéntic Fricció Cuandlas carde amoriginadesplalo indi Se ha mater R = µ *R = P *= arc
ciones de de
miento hasttodo para lo
curva del erimir la prándose este ntea buscar
gen de las de
Fricción en
Aproximacdel desplaz
anterior secos: Fricción
ón
do se aplica ras en contambas superfica una fuerzazamiento dca la figura 6
demostradorial y del valo
* P * tan c tan µ
eformación
ta la tempeos aceros du
ensayo de crobeta, aumcomporta‐mlas causas q
esviaciones d
ntre las caras
ción de estozamiento de
e deduce qn y Deslizami
una fuerza cto de la piecies penetraza de rozame los granos6.
o que esta ror de la fuerz
Figura 6.
o forja. Por
ratura ambilces hacerlo
ompresión menta sin miento del qque lo ocasio
de la ley teó
s en contact
os volúmenee las zonas m
ue ocurren iento.
de compreseza y el útil san unas dentmiento R, las más próxim
resistencia dza aplicada P
Rozamiento e
10
golpes o por
iente. Puedeo en el horno
de la figuraque dism
ue correspoonan.
rica radica e
to y generac
es en la diremás externas
dos fenóm
sión P sobrese produce utro de las ota cual se opmos a la sup
depende delP, donde ten
entre las supe
r presión.
e ser al aireo o en un lec
a 1, vemos minuya signondería, segú
en los siguien
ión de los vo
ección de la s.
menos que
e un cuerpo una ligazón tras, por lo qpone a la fperficie del e
l coeficientenemos que:
erficies de co
e pero es mcho de ceniz
que el esfuificativamenún una ley id
ntes aspecto
olúmenes de
fuerza apli
son coexist
que está endebido a quque surge ufuerza F necelemento a
e de rozamie
ontacto
más aconsejaa.
uerzo real pnte su altudeal, por lo q
os:
e fricción.
cada, produ
tentes pero
n reposo, enue las aspereuna fricción qcesaria paratrabajar, co
ento µ de c
able
para ura, que
ucto
no
ntre ezas que a el omo
ada
Sabienlubricacalcula Debiddeformútiles,ángulo Veamoforja d
Por lo extrem Por lo como
Desliz Experifriccióaplicadcuadrisimetr
ndo que paación, el coear que el ma
o al compomar trabajan cuyos ladoo próximo al
os en la figude los aceros
anterior se mo del útil, c
tanto se pusigue:
amiento
imentalmenón. Sobre las do diferenteilátero, se oría del prism
ara la gameficiente de ayor ángulo d
ortamiento dn como elints son, la bal de rozamie
ura 7 este cs:
concluye qucomportánd
uede calcula
x = tan 30
te se ha obcaras lateraes etapas dbtienen líne
ma de aproxim
a de materozamientode rozamien
descrito anttrados entrese de las esento.
comportami
Figura 7. Vo
ue la fuerza ose mayor e
r la altura d
0 * d/2 dond
bservado quales de un prde forjado yeas de deslizmadamente
Figura 8. Co
11
riales forjabo alcanza comnto posible e
tes y supon sí, se originstampas y u
ento en dos
olúmenes de
de rozamienen el centro
de los conos
de se debe c
e se originarisma se ha ty si se uneamiento qu60º, como v
nos de desliz
bles, en como máximoes ρ = 30 gra
niendo que nan dos volúnas superfic
s tipos semi
fricción.
nto tambiénde la pieza.
o prismas d
cumplir que
an unos voltrazado unaen los puntoe forman unvemos en la
zamiento.
ondiciones eo un valor dedos.
los granos menes en cocies laterale
iproductos u
n depende de
de fricción y
2x < H
úmenes sima cuadrícula,os de inflexn ángulo resfigura 8.
estáticas y e 0,6, se pue
de la masontacto cones inclinadas
utilizados en
e la distanci
y deslizamien
milares a los al cual se lexión del nuspecto al eje
sin ede
a a los s un
n la
a al
nto,
s de e ha evo e de
Por otlongitumás a En el cson lopresió(alzad
De la direccy 4 es Condic Los voson loestablaltura circunprobeambie Tomanrelaciócon ucumpl
tra parte laudinal y tranlejados del c
conformadoos primeros ón, o sea ena, planta y p
F
figura se obión en la qumuy pequeñ
ciones límite
olúmenes deos que ocurrece que las es igual a stancias los ta comienceente.
ndo como reón H/D> 1,4n margen dir que:
H/D > 1,5 ‐
H/D < 2,5 pandeo.
a magnitud nsversal delcentro del se
, los granos en ser apla la direcciónperfil) de la f
Figura 9. Deform
bserva que hue está la secña para real
es para los v
e fricción engren en el endimensioneuno, es deconos de fre a manifes
eferencia las43, la resistede segurida
‐‐‐ Los conos
‐‐‐ Caracter
de la defor lingote, hayemiproducto
que están eastados y en de menorfigura 9.
mación en las dire
hay mayor dcción más pizar desplaza
volúmenes d
gendran los nsayo de cos de la probecir que el ricción y desstar una ma
s experienciencia a la ded, se estab
s de fricción
ización de e
12
rmación no y mayor deso y de las car
en la periferiempujados hr resistencia
ecciones longitud
desplazamieequeña del amientos en
de fricción y
volúmenes ompresión, dbeta cumplenvolumen hoslizamiento eayor resisten
as de Riedeeformación clece que lo
y deslizamie
esbeltez de l
es la mismsplazamientras de conta
a y fuera dehacia el con, como se o
dinal y transvers
ento en las zprisma. La dn el sentido l
y el pandeo
de deslizamdonde, comn que la relaomologado están en la ncia a la de
l, que demucomienza a os semiprod
ento están s
la pieza, con
ma en las dto de los graacto.
e los volúmentorno de laobserva en l
sal del lingote.
zonas 1 y 2,deformaciónlongitudinal
mientos, ambmo condiciónación entre ees para H posición límeformación,
uestran que aumentar, uctos a for
suficienteme
ndición para
dos direccioanos que es
nes de friccia superficiela las tres v
, es decir enn en las zonadel cuerpo.
bos fenómen de ensayoel diámetro = D, en cu
mite para quea temperat
a partir de uy para trabarjar tienen q
ente separad
a que no ocu
ones stán
ión, de vista
n la as 3
nos o se y la uyas e la tura
una ajar que
dos.
urra
Curva Como volúmtrazar objetivresistenorma El comse cumen el cdel vamuest
Resihomo
Nota: Patema de
Influe A mayque paacero,tabla a Ejemppara m
de Alzada (
sabemos qmenes de fricuna Curva vo de conocencia alcanzalizado.
mportamientmple que H caso de quealor teórico tra en la sigu
stencia a la defoologadas con D=
ara la forja lentae materiales.
ncia de la ve
yor velocidadara la forja r, los valores anterior por
plo: El σd de martinete. [2
H vs σ)
que la máxición y deslizde Alzada (Hcer cuál es zada por el
to de la Curv* σd = const no se puedde resisten
uiente tabla
ormación (N/mm=H, forjadas en c
, se selecciona la
elocidad de
d de golpeo rápida, es dede esta resis2,5 o 3, (au
un acero su2 * 3 = 6 kg/m
ima deformzamiento, y H) en funcióla altura ml material s
va de Alzadatante. Esta cda obtener encia dado ppara el caso
m2) por comprescalientes y a dife
suficient
a menor de las t
golpeo en e
el material oecir cuando sstencia del mnque en algu
ave a 1100ºmm2]
13
mación de laestos a su veón de la Resmínima a la se iguala al
a es similar acurva es espexperimentapara la probo de forja len
sión, dada para ferentes temperatemente separa
temperaturas in
el forjado.
ofrece más rse trabaja comaterial se punos casos l
C es de 2 kg
as piezas deez de la relasistencia a laque se puel límite de
al de una papecífica paralmente, se cbeta homolonta.
forja lenta (prenturas, en las queados.
dicadas en la ta
resistencia aon martinetepueden obteas tablas est
g/mm2 para
epende del ación base–aa deformaciden compriresistencia
rábola equila cada pieza calculan los ogada (D=H
nsa), que presene los volúmenes
bla de los acero
a la deformae, en la confoener multiplitán dadas).
prensa y de
efecto de altura, convieión (σd), conimir, cuandoen estado
átera en la qy proceso, qpuntos a pa
H), tal como
ntan las probetass de fricción está
s, expuesta en e
ción, por lo ormación deicando los d
6 kg/mm2
los ene n el o la de
que que artir o se
s án
el
el e la