INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

TESIS

PROFESIONAL PARA

OBTENER

EL

INGENIERO

TÍTULO

DE

MECÁNICO

PRESENTA:

C. JEHU COLUNGA MODESTO

ASESORES: DR. CHRISTOPHER RENÉ TORRES SAN MIGUEL DRA. BEATRIZ ROMERO ÁNGELES

MÉXICO, D.F. 2014

Mensaje de Cuauhtémoc a los aztecas  Nuestro Sol se ocultó Nuestro Sol desapareció su rostro Y en completa obscuridad nos ha dejado Pero sabemos que otra vez volverá. Que otra vez saldrá Y nuevamente nos alumbrará Pero mientras allá esté Y en la mansión del silencio permanezca, Muy prontamente reunámonos y estrechémonos Y en el centro de nuestro ser ocultemos Todo lo que nuestro corazón ama Y que sabemos que es gran tesoro. Destruyamos nuestros recintos al principio creador, Nuestras escuelas, nuestros campos de pelota, Nuestros recintos para la juventud, Nuestras casas para el canto y el juego. Que nuestros caminos queden abandonados Y que nuestros hogares nos resguarden Hasta cuando salga nuestro nuevo sol. Los papacitos y las mamacitas Que nunca olviden guiar a sus jóvenes Y hacer saber a sus hijos mientras vivan Cuán buena ha sido Hasta ahora nuestra amada madre tierra Anáhuac Al amparo y protección de nuestro destino Y por nuestro gran respeto y buen comportamiento, Confirmados por nuestros antepasados Y que nuestros papacitos muy animosamente Sembraron en nuestro ser. Ahora nosotros les encargaremos a nuestros hijos Que no olviden informar a sus hijos Cuán buena será, cómo se levantará Y alcanzará fuerza Y cuán bien realizará su gran destino Esta nuestra amada madre tierra Anáhuac.

AGRADECIMIENTOS Agradezco primeramente a Dios que me dio la oportunidad de vivir en esta vida y haberme dado esta familia tan maravillosa, agradezco a mis padres también porque me han soportado durante todo este tiempo y el que nos falte durante esta vida. A mi madre Noemí Modesto que me ayudó durante toda mi carrera y me recordaba que tenía que terminar la tesis y así cerrar un ciclo mas de mi vida, a mi padre Jesús Colunga que me enseñó a trabajar de una manera dura y tomar la vida como se presenta, y a valerme por mí mismo. A mis hermanos que estuvieron conmigo en las buenas y en las malas, darle las gracias a mi hermano el Doc. Jafet Colunga M. que me enseñó una forma positiva de ver la vida y me entrenó en muchas cosas más, además siempre me dijo que buscara lo mejor de la vida para ser feliz, también a mi hermano el Ing. Jefte Colunga M. el cual me instruyo en todo lo que se acerca de la forja en caliente. POR TODO ELLO Y MÁS, GRACIAS FAMILIA También le agradezco a la escuela más grandiosa de todas que es él: INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Y junto con ella a la: ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA También agradezco especialmente a mí maestro el Dr. CHRISTOPHER RENÉ TORRES SAN MIGUEL. Por apoyarme cuando los otros maestros me abandonaron, además de haberme impulsado durante todo el tiempo que me tardé en realizar este trabajo. También a la Dra. BEATRIZ ROMERO ÁNGELES, por el apoyo que me brindó para terminar la tesis. Y a las personas que han entrado a mi vida y han sido grandes amigas para mí y que me enseñaron y ayudaron en mi vida, la Lic. Samantha Ruiz, y la Srita. Rebeca Chávez ya que ellas siempre me hicieron recordar lo que dijo Bruce Lee: No esperes a que la vida te trate bien solo porque eres una buena persona, es como si esperaras que un tigre no te coma porque es vegetariano. Por todo lo que me enseñaron y la gran amistad que me han brindado gracias.

JEHÚ COLUNGA MODESTO

Resumen

i

RESUMEN Este trabajo de tesis se basa en la forma de realizar los cálculos matemáticos de una manera rápida y sencilla de la forja en caliente. Actualmente en México la forja en caliente está prácticamente extinta y muy pocas empresas la realizan de forma correcta, este trabajo está hecho con el fin de que las nuevas generaciones conozcan la forja en caliente, puedan mejorarlo y explotarlo al máximo, ya que no solo sirve para el área de la metal mecánica, sino que también se demuestra que la forja en caliente sabiéndola utilizar de manera correcta, se puede emplear en la manufactura de piezas de uso de implante Biomecánica, en uno de los materiales más costosos que es el Titanio ELI en base a la norma internacional ASTM; se dan algunos ejemplos que a la fecha se han manufacturado y han sido implantados con éxito en personas y llevan una vida normal.

Para poder desarrollar este tipo de técnica es necesario establecer la deformación plástica de los materiales, ya que todos los materiales tienen puntos de elasticidad, deformación y ruptura, además en el sistema de forja ya sea caliente o fría existen los métodos de dado abierto y dado cerrado, los cuales aunque ambos son muy eficientes, tienen diferencias entre sí y tienen diferentes procesos, este trabajo se concentrara en los cálculos matemáticos para una forja en caliente de dado cerrado, controlando de manera precisa el volumen de los metales, considerando el diseño de los dados y la temperatura de la materia prima. Además que se muestra un método de manufactura que actualmente está siendo utilizado para generar una llave de cruz desde el corte del material hasta el empaquetado para ser llevado a su venta.

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Objetivo

ii

Objetivo Explicar de una manera sencilla y práctica la metodología matemática a seguir para realizar el proceso de forja en caliente, el cual ayudará para la creación de herramentales, y haciendo uso de esta técnica para la manufactura de una llave de cruz. Además demostrar que este método de manufactura funciona para la realización de otro tipo de piezas tales como son los implantes para seres humanos el cual se hace con un material conocido como Titanio ELI

Para la comprensión de este proceso se proponen los siguientes objetivos particulares a examinar:

Objetivos particulares • Aplicar un método analítico para el cálculo volumétrico de la llave de cruz y de los herramentales. Y diseñar un herramental mediante el proceso de dado cerrado • Conocer un proceso de manufactura para la fabricación de la llave de cruz ya utilizado actualmente desde la selección de materia prima hasta la venta. • Analizar costos de producción para la fabricación de la llave de cruz, además de extrapolar este proceso en el diseño y manufactura de diversas piezas de la industria metal mecánica.

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iii

Justificación Justificación

Debido a la alta competencia mundial que actualmente se da en el mercado de la manufactura, y siendo uno de los términos más empleados el de la globalización, los ingenieros mexicanos deben de preocuparse por actualizarse constantemente y enfrentar los retos que presenta el desarrollo de una tecnología nacional. El no actualizarse genera que gran parte de las empresas establecidas en nuestro país prefieren contratar ingenieros extranjeros, los cuales cuentan con experiencia en equipos de nueva generación. Por lo que inmediatamente coloca en gran desventaja a los alumnos recién egresados de las escuelas de Ingeniería de México.

Además, es muy importante que se considere el factor de innovación que China ha estableciendo alrededor del mundo. Actualmente, China se encuentra generando productos a granel, los cuales tienen la ventaja de ser fabricados por medio de una mano de obra muy barata, aunque en la mayoría de estos productos no son de buena calidad. Tristemente, la mayoría de las veces se tienen que comprar productos de esta índole, debido a que son muy baratos y de forma particular se piensa que sólo se usarán una sola vez, entonces no tiene caso comprar algo que tenga una calidad mayor y a su vez, despreciamos lo producido en el país, ya que el precio es mayor.

Es por esto, que el presente trabajo se encamina en la implementación de una tecnología de forja, que aunque ya existe, se ha olvidado. Actualmente, en México sólo quedan dos empresas 100 % nacionales, que se dedican a la Forja Industrial las cuales son FORJAS LARA y TRUPER.

Este trabajo se enfocará en los procesos de Forja en caliente, explicando de una manera detallada como llevar a cabo este proceso y establece una metodología matemática sencilla que permite la fácil comprensión del tema en relación a la forja en caliente usando dado cerrado.

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ÍNDICE ÍNDICE GENERAL RESUMEN OBJETIVO JUSTIFICACIÓN ÍNDICE INTRODUCCIÓN

i ii iii iv vii

CAPÍTULO I.- ESTADO DEL ARTE DEL PROCESO DE FORJA

1

I.- Generalidades I.1.- Antecedentes históricos de la forja I.2.- Introducción a la forja I.3.- Deformación plástica I.4.- Forja manual I.5.- Forja en dado abierto I.6.- Estampado I.7.- Forjado en prensa I.8.- Forjado horizontal I.9.- Forjado por laminado I.10.- Forjado tibio I.11.- Métodos especiales I.12.- Planteamiento del problema I.13.- Sumario

2 2 4 6 8 9 10 14 15 17 18 19 20 21

CAPÍTULO II.- DIFERENCIA DE LA TÉCNICA DE DADO CERRADO Y DADO ABIERTO

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II.- Generalidades II.1.- Plasticidad II.2.- Estructuras de los metales II.3.- Mecanismo de la deformación plástica (Permanente) II.4.- Temperatura de deformación II.4.1.- Trabajo en caliente II.5.- Forjado en matriz abierta II.5.1.- Forjado en matriz abierta (Dado abierto): Recalcado axial II.5.2.- Recalcado axial sin fricción II.5.3.- Análisis del forjado en dado abierto II.5.3.1.- Forjado en dado abierto (ejemplo didáctico II.1)

24 24 24 25 27 30 31 32 32 33 35

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ÍNDICE II.5.4- Práctica del forjado en dado abierto II.6.- Forjado por matriz de impresión y matriz cerrada II.6.1.- Forjado por matriz de impresión II.6.2.- Secuencia de forjado II.6.3.- Forjado por matriz cerrada II.7.- Equipo de forjado y de extrusión II.7.1.- Herramientas y matrices II.7.2.- Punzonado II.8.- Sumario

37 38 38 39 41 41 41 44 47

CAPÍTULO III.- METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

48

III.- Generalidades. III.1.- Metodología para el proceso de manufactura III.1.1.-Material a utilizar III.2.2.-Análisis de fabricación de una llave de cruz III.2.2.1.- Corte de barra. III.2.2.2.- Temperatura en las barras III.2.2.3.- Forjado de boca hexagonal. III.2.2.4.- Careado de la boca III.2.2.5.- Maquinado exterior del cuerpo. III.2.2.6.- Avellanado de la boca. III.2.2.7.- Pulido de cuellos III.2.2.8.- Soldado de llaves en punteadora III.2.2.9.- Limpieza de llaves de cruz III.2.2.10.- Pintura por inmersión o polvo III.2.2.11.- Horneado de la pintura III.2.2.12.- Empaquetado de las llaves. III.2.2.13.- Embarque del producto. III.3.- Sumario.

49 49 50 53 58 58 59 62 63 64 64 65 66 66 67 68 68 69

CAPÍTULO IV.- PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

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IV.- Generalidades. IV.1.- Reglas básicas de la forja. IV.2.- Análisis volumétrico para la manufactura de herramientas para forjar una llave de cruz IV.3.- Mejoras en proceso de forja METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLANTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

71 71 73 95

ÍNDICE

vi

IV.4.- Sumario CAPÍTULO V.- ANÁLISIS DE RESULTADOS

95 96

V.- Generalidades V.1.- Costo de manufactura V.1.1.- Costos de manufactura por proceso de forja. V.1.2.- Costos de manufactura por proceso de maquinado. V.1.3.- Costos de la materia prima. V.1.4.- Costos de inversión. V.1.5.- Comparación de costos. V.2.- Sumario

97 97 97 100 102 103 103 107

CONCLUSIONES

108

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

114

ANEXO I

117

ANEXO II

119

ANEXO III

128

ANEXO IV

137

ANEXO V

145

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INTRODUCCIÓN

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Introducción

En este trabajo se está mencionando a la FORJA EN CALIENTE como una posible solución al problema de escasez de materiales, que cada día se hace más latente en este mundo y por la necesidad de hacer herramentales de manera rápida, sencilla y a un costo accesible.

La secuencia que lleva este trabajo se describe a continuación:

En el Capítulo I se observa el estado del arte del proceso de la forja, en el que se resumen los orígenes de la forjan en caliente y se mencionan algunas de las máquinas utilizadas para este proceso y la evolución de las mismas, a demás de los tipos de forja que existen.

En el Capítulo II se hace referencia a la diferencia entre las técnicas de dado cerrado y dado abierto para la forja de materiales, además de los conceptos que servirán como fundamento para explicar los antecedentes e interpretar los resultados de la investigación efectuada a la forja en caliente para la creación de nuevos herramentales.

El Capítulo III describe una metodología del proceso de fabricación de llaves de cruz ya usada actualmente en una empresa mexicana, además que se está considerando: la maquinaria, el material, así como las diferentes operaciones requeridas para obtener el producto final.

En el Capítulo IV se conocerá la forma matemática de los parámetros que se requieren para la fabricación de una llave de cruz empleando la técnica de dado cerrado, que ya ha sido implementada en un desarrollo práctico y real de esta investigación. También se dará como anexo los planos para la creación de los herramentales de forja.

En el Capítulo V se analizará los resultados obtenidos de las llaves de cruz y también otro trabajo futuro en el que se muestra una aplicación para la forja en caliente.

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CAPÍTULO I

ESTADO DEL ARTE DEL PROCESO DE FORJA

Capítulo I

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ESTADO DEL ARTE DEL PROCESO DE FORJA

I.- Generalidades.

Los antecedentes de la forja en caliente datan de los años 3000 A.C. y desde entonces fue evolucionando el modo de forjar al grado que se fueron creando máquinas que dan la suficiente presión para poder forjar la pieza que se requiere. Su evolución y variedad han crecido enormemente a través de la historia, además del tipo de forjas que preexisten y las subsecuentes que existen a partir de ellas.

I.1.- Antecedentes históricos de la forja.

No es posible determinar con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de la fundición del mineral, muy en específico el Hierro, para la producción de un metal que fuera susceptible a ser transformado. Sin embargo, los primeros utensilios de Hierro descubiertos en Egipto, datan del año 3000 A.C. Además, se conoce que antes de esta época, el ser humano empleaba adornos de Hierro. Así mismo, este hallazgo tecnológico, en un inicio (como en la mayoría de los casos) fue puesto al servicio militar y hegemónico.

Desde los inicios de la metalurgia del Hierro, se ha buscado la manera de que los hornos lograran alcanzar temperaturas elevadas. En un principio, fueron simples agujeros excavados en el subsuelo, recubiertos interiormente de arcilla. Estos hornos, denominados bajos, de cubeta o de taza, fueron sencillos y variaron según las características de cada cultura (Figura I.1a). Posteriormente, los griegos y los romanos perfeccionaron la elaboración de los metales, mediante el diseño y desarrollo de hornos bajos. b)

a)

Figura I.1.- Evolución de los hornos. a) Horno excavado y recubierto con arcilla. b) Diferentes sistemas de expulsión de escoria

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Capítulo I

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Los hornos fueron evolucionando, se cubrió la cámara de combustión, se crearon unas estructuras elevadas, con forma de chimenea, que permitieron mejorar sus propiedades térmicas. Los hornos también disponían de un canal, denominado chío, que servía para evacuar las escorias (Figura I.1b). Finalmente, se establecieron unos tipos de hornos que requerían de una construcción más compleja. Primero fueron de cámara redonda u oval, y después evolucionaron hasta una morfología rectangular (Figura I.2). En el caso de las ferrerías catalanas, se llegó hasta un modelo con forma troncocónica.

Figura I.2.- Horno de morfología regular Los griegos ya conocían, hacia el 1 500 A.C., la técnica para endurecer armas de Hierro mediante tratamiento térmico. Como ocurre con otros materiales, la Forja del Hierro ha experimentado una evolución histórica, conociendo épocas en que los herreros tenían que Forjar instrumentos de uso cotidiano hasta armas de guerra.

Durante la Edad Media, el proceso de obtención de Hierro y acero bajo en carbono, se llevaba a cabo a partir de mineral de Hierro y carbón vegetal. Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del Hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de Hierro fabricadas hasta el siglo XIV D.C.) se clasificarían en la actualidad como Hierro Forjado. Para producir esas aleaciones, se calentaba una masa de mineral de Hierro y carbón vegetal en un horno o Forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de Hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal.

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Capítulo I

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Esta esponja de Hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el Hierro. El Hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0.1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente acero auténtico, en lugar de Hierro Forjado. Los artesanos del Hierro aprendieron a fabricar acero calentando Hierro Forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el Hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de Hierro de la parte superior del horno se reducía a Hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el Hierro Forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.

La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini-hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de Hierro.

I.2.- Introducción a la forja.

Un lingote de acero tiene un uso muy reducido hasta que le es dada una forma tal que pueda usarse en un proceso de manufactura. Si el lingote es admitido en frío, se vuelve bastante difícil, si no imposible, convertir el material por medios mecánicos en una forma estructural. Sin embargo, si el lingote se trabaja en caliente, puede martillarse, prensarse, rolarse o extruirse y obtener diferentes formas (Figura I.3).

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Capítulo I

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Figura I.3.- Algunos ejemplos de productos desarrollados por forja Debido a la oxidación y otras desventajas del trabajo en caliente a temperaturas elevadas, la mayoría de los metales ferrosos se trabajan en frío o se terminan en frío después del trabajo en caliente para obtener un buen acabado superficial, alta exactitud dimensional y mejorar las propiedades mecánicas. La forja fue el primer método de trabajo en caliente, como se muestra en la histórica fotografía de la Figura I.4.

Figura I.4.- Prensa de forja movida por medio de líneas de árboles y bandas METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo I

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En la Figura I.4 se mostró una prensa movida por una fuente de potencia general y una banda desde los árboles. Tiene un brazo descendente y golpea un pedazo caliente de metal colocado en un dado. Los procesos siguen siendo bajo el mismo método que los procesos antiguos, y aunque la tecnología ha ido avanzando y mejorado el tipo de maquinaría, el proceso sigue siendo mediante golpes a la pieza que se va a forjar.

I.3.- Deformación plástica.

Los dos tipos principales de trabajo mecánico en los cuales el material puede sufrir una deformación plástica y cambiar su forma, son trabajos en caliente y trabajos en frío. Sin embargo, como en muchos conceptos metalúrgicos, la diferencia entre el trabajo en caliente y en frío no es fácil de distinguir, pero se puede expresar de la siguiente manera; cuando al metal se trabaja en caliente, las fuerzas requeridas para deformarlo son menores y las propiedades mecánicas se cambian moderadamente cuando un metal se trabaja en frío, se requieren grandes fuerzas, por lo que el esfuerzo propio del metal se incrementa permanentemente.

Otra manera de diferenciar estos dos tipos de trabajo es: que el trabajo en caliente de los metales toma lugar por encima de la recristalización o rango de endurecimiento, mientras que el trabajo en frío debe hacerse a temperaturas abajo del rango de recristalización y frecuentemente es realizado a temperatura ambiente.

Para el acero, la recristalización permanece alrededor de 500 a 700 °C, la cual le afecta en el sentido que puede llegar a fracturarse la materia prima a forjar, aunque la mayoría de los trabajos en caliente del acero se hacen a temperaturas considerablemente arriba de este rango. No existe tendencia al endurecimiento por trabajo mecánico hasta que el límite inferior del rango recristalino se alcanza. Algunos metales, tales como el plomo y el estaño, tienen un bajo rango recristalino y pueden trabajarse en caliente a temperatura ambiente, pero la mayoría de los metales comerciales requieren de algún calentamiento. Las composiciones aleadas tienen una gran influencia sobre todo en el rango de trabajo conveniente, siendo el resultado acostumbrado aumentar la temperatura del rango recristalino. Este rango también puede incrementarse por un trabajo anterior en frío.

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Capítulo I

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Durante todas las operaciones de trabajo en caliente, el metal está en estado plástico y es formado rápidamente por presión. Adicionalmente, el trabajo en caliente tiene las ventajas siguientes: •

La porosidad en el metal es eliminada. La mayoría de los lingotes fundidos contienen muchas pequeñas sopladuras. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presión de trabajo.

•

Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a través del metal.

•

Los granos gruesos o prismáticos son refinados, dado que este trabajo está en el rango recristalino, seria mantenido hasta que el límite inferior es alcanzado para que proporcione una estructura de grano fino.

•

Las propiedades físicas generalmente se mejoran, principalmente debido al refinamiento del grano. La ductilidad y la resistencia al impacto se perfeccionan, su resistencia se incrementa y se desarrolla una gran homogeneidad en el metal. La mayor resistencia del acero laminado existe en la dirección del flujo del metal.

•

La cantidad de energía necesaria para cambiar la forma del acero en estado plástico es mucho menor que la requerida cuando el acero está frío.

Todos los procesos de trabajo en caliente presentan unas cuantas desventajas que no pueden ignorarse. Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación o escamado de la superficie con acompañamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. Así mismo, el equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es económico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas. El término acabado en caliente, se refiere a barras de acero, placas o formas estructurales que se usan en estado "laminado" en el que se obtienen de las operaciones de trabajo en caliente. Se hacen algunos desescamados pero por lo demás el acero está listo para METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

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usarse en puentes, barcos, carros de ferrocarril, y otras aplicaciones en donde no se requieren tolerancias cerradas. El material tiene buena soldabilidad y maquinabilidad, dado que el contenido de carbono es menor del 0.25%. Algunos de los principales métodos de trabajo en caliente de los metales son; Laminado, Forjado, Estampado, Extrusión, Embutido, etc. Pero en este trabajo sólo se tratara de los aspectos técnicos de forja.

I.4.- Forja manual.

La forja manual es la forma más sencilla de forjado y es uno de los primeros métodos con que se trabajó el metal. Primero, el metal se calienta al rojo naranja en el fuego de una fragua, y después se golpea sobre un yunque para darle forma con grandes martillos denominados machos de fragua. Este es un horno de hogar abierto construido con una sustancia refractaria y duradera, como ladrillo refractario y dotado de una serie de aberturas por las que se forza el aire mediante un fuelle o un ventilador. En la fragua se emplean como combustible diversos tipos de carbón, entre ellos coque o carbón vegetal. El herrero además de martillos, emplea otras herramientas en las diferentes operaciones de Forja (Figura I.5).

Figura I.5.- Forja manual

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En general existen seis tipos básicos de forjado: 1) el engrosado, que consiste en reducir la longitud del metal y aumentar su diámetro; 2) la compresión para reducir el diámetro del metal; 3) el doblado; 4) la soldadura, o unión de dos piezas de metal por semifusión; 5) el perforado, o formación de pequeñas aberturas en el metal, y 6) el recortado o realización de grandes agujeros.

Para engrosar una pieza de metal se golpea a lo largo de la dimensión más larga (por ejemplo, el extremo de una barra o varilla), lo que acorta y comprime la pieza. La compresión se logra golpeando el trozo de metal mientras se sujeta sobre el yunque con alguna de las diversas herramientas cóncavas llamadas estampas de forja. El doblado se consigue golpeando la pieza alrededor de un molde o haciendo palanca con la pieza en un punto de apoyo. Para soldar Hierro en la fragua, se aplica en primer lugar un fundente —como el bórax— al metal calentado, para eliminar cualquier posible óxido en las superficies de las piezas, y después se juntan éstas golpeando una contra otra a altas temperaturas; si está bien hecha, una junta soldada de este tipo es homogénea y tan resistente como el metal original.

Para taladrar agujeros pequeños se apoya el trozo de metal en una pieza anular situada encima del yunque y se atraviesa con un punzón a golpes de martillo. Para recortar agujeros mayores o trozos de metal se emplean cinceles pesados y afilados, similares a los cortafríos utilizados para cortar metal en frío. La combinación de varias operaciones puede producir piezas forjadas de una gran variedad de formas

I.5.- Forja en dado abierto.

Este tipo de forja, consiste en martillar el metal caliente ya sea con herramientas manuales o entre dados planos en un martillo de vapor. La naturaleza del proceso es tal, que no se obtienen tolerancias cerradas, ni pueden hacerse formas complicadas. El rango de forjado va desde unos cuantos kilogramos y sobrepasa los 90 Kg lo que puede hacerse por forja de herrero. Los martillos de forja se hacen con bastidor del tipo sencillo o abierto para el claro de trabajo, mientras que el tipo de bastidor doble se hace para servicio pesado. Un martinete típico de vapor se muestra en la Figura I.6. La fuerza del golpe es severamente controlada por el operador, y se requiere considerable habilidad para el uso de esta máquina (Figura I.6).

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TAPA DE SEGURIDAD VÁLVULAS VALVULAS CILINDRO

CONTROLES BASTIDOR

APRISIONADOR

DADOS

YUNQUE

Figura I.6.- Forja de dado abierto en Martinete de vapor

I.6.- Estampado.

El estampado difiere de la forja con martillo, en que se usa más bien una impresión cerrada de dados. El estampado se produce por presión o impacto, lo cual obliga al metal caliente y flexible a llenar la forma en los dados (Figura I.7). En esta operación existe un flujo drástico del metal en los dados, causado por los golpes repetidos sobre el metal. Para asegurar el flujo propio del metal durante los golpes intermitentes, las operaciones se dividen en un número de pasos. Cada paso cambia la forma gradualmente, controlando el flujo del metal hasta que la forma final se obtiene. El número de pasos requeridos varía de acuerdo al tamaño y forma de la pieza, las cualidades de estampado del metal y las tolerancias requeridas. Para productos de formas grandes y complicados se hace una operación de formado preliminar, usando más de un juego de dados. Las temperaturas aproximadas del estampado son; acero de 1100 a 1250 °C; Cobre y sus aleaciones

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750 a 925 °C y Magnesio 370 a 450 °C. Además, la forja de acero en dados cerrados varía en tamaño desde unos cuantos gramos hasta 10 Kg.

Figura I.7.- Estampado o forja de dado cerrado Los dos tipos principales de martillos de estampado son el martinete de vapor y el martinete de caída libre o martinete de tablón. En el primero, el apisonador y el martillo son levantados por vapor, y la fuerza del golpe es controlada por estrangulamiento del vapor. Con estos martinetes, los cuales trabajan rápidamente, se obtienen sobre 300 golpes por minuto. El rango de capacidades de los martinetes de vapor va desde 2 hasta 200 kN. Para una masa dada del apisonador, un martinete de vapor desarrollará el doble de la energía sobre el dado que la que podría obtenerse de un martinete de caída libre o de tablón. En el martinete del tipo caída libre la presión de impacto es desarrollada por la fuerza de caída del apisonador y el dado cuando golpea sobre el dado que está fijo abajo. En la figura siguiente se muestra un martinete de caída libre con pistón elevador.

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Capítulo I

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CILINDRO PRINCIPAL

GUÍA DEL APRISIONADOR

VÁSTAGO DEL PISTÓN

APRISIONADOR

DADO SUPERIOR

CONTROLADOR DEL PROGRAMA

DADO INFERIOR

YUNQUE

ACCIONADOR

Figura I.8.- Martinete del tipo caída libre la presión de impacto

Utiliza aire o vapor para levantar el apisonador. Este tipo de martinete permite la pre-selección de una serie de golpes de carrera corta o larga. El operador es liberado de la responsabilidad de la regulación de las alturas de la carrera y resultan unos terminados de forja muy uniformes. Los martinetes de este tipo pueden servir para apisonar masas de 225 kg y hasta masas de 4500 kg inclusive. El martinete de caída libre con tablón tiene algunos tablones de madera endurecida unidos al martillo con el propósito de elevarlo. Después de que el martillo ha caído, unos rodillos arrastran los tablones y levantan el martillo hasta 15 m. Cuando la carrera es alcanzada los rodillos se separan y los tablones son sostenidos por unos trinquetes hasta que son liberados por el operador. La fuerza del golpe es enteramente dependiente de la masa del martillo, el apisonador, y el dado superior, el cual pocas veces excede los 35 kN. El martinete de tablón no se levanta tan rápidamente como la unidad de aire o de vapor. Los martinetes de caída libre

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Capítulo I

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encuentran un uso extenso en la industria para artículos tales como herramientas manuales, tijeras, cubiertos, partes de herramientas y piezas de aviación. El martinete de forja por impacto, tiene dos cilindros opuestos en un plano horizontal el cual acciona los impulsores y los dados uno hacia el otro (Figura I.9). El material se posiciona en el plano de impacto en el cual los dados chocan. Su deformación absorbe la energía y no hay choque o vibración en la máquina. Con este proceso al material se le trabaja igualmente en ambos lados; existe menos tiempo de contacto entre el material y el dado; se requiere menos energía que con otros procesos de Forja; y el trabajo es realizado mecánicamente.

DADOS PIEZA FORJADA

IMPULSOR

AIRE

Figura I.9.- Martinete del tipo impacto horizontal

La pieza forjada tendrá una ligera saliente de exceso de metal extendiéndose alrededor de la línea de partición. Se le elimina en una prensa independiente de recorte inmediatamente después de la operación de forjado. La pequeña forja puede recortarse en frío, aunque deben tenerse algunos cuidados en la operación de recorte para no deformar la pieza. La pieza a forjar usualmente es sostenida de manera uniforme por el dado en el apisonador y empujada a través de las aristas de corte. Operaciones de punzonado pueden hacerse también mientras el recorte se lleva a cabo.

En general, todas las piezas forjadas están cubiertas con escamas y deben limpiarse. Esto puede hacerse por inmersión en ácido, granallado, o con arena dependiendo del tamaño y composición de la pieza forjada. Si ocurre alguna deformación durante el forjado, una operación de enderezado o formado puede requerirse. Usualmente se procura un enfriamiento controlado para

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piezas grandes y si ciertas propiedades físicas se necesitan, se toman providencias para tratamientos térmicos posteriores.

La ventajas de la operación de forjado incluyen una fina estructura cristalina del metal, la eliminación de cualquier vacío, un tiempo reducido de maquinado, y una mejora en las propiedades físicas del acero. La forja es adaptable a aceros aleados y al carbono, Hierro dulce, Cobre, aleaciones ligeras, aleaciones de Aluminio y aleaciones de Magnesio. Sus desventajas abarcan las inclusiones de escamas y el alto costo de los dados que lo hacen prohibitivo para trabajos de pequeña serie. El alineamiento de los dados es algunas veces difícil de mantener y debe tenerse mucho cuidado en su diseño para asegurar que no ocurran grietas durante el forjado debido al plegado del metal durante la operación. Las estampas de forja tienen un gran número de ventajas sobre los dados abiertos de forja, incluyen una mejor utilización del material, mejores propiedades físicas, tolerancias más cerradas, ritmos altos de producción, y se requiere menos habilidad del operador.

I.7.- Forjado en prensa.

Las prensas de forjado emplean una acción lenta de compresión deformando el metal plástico, contrariamente al rápido impacto del golpe del martillo. La acción de compresión es mantenida completamente hasta el centro de la pieza que está prensándose. Estas prensas son del tipo vertical y pueden ser operadas ya sea mecánica o hidráulicamente. Las prensas mecánicas, cuya operación es más rápida, pueden ejercer una fuerza de 4 a 90 MPa.

La presión necesaria para formar el acero a temperatura de forja varía desde 20 hasta 190 MPa. Tales presiones están basadas en la superficie de la sección transversal de la pieza forjada cuando ésta se mide sobre la línea de partición del dado. Para el forjado de pequeñas piezas, se usan estampas, y una sola carrera del apisonador es normalmente necesaria para realizar la operación de forja. La máxima presión es alcanzada en el extremo de la carrera cuando se forzó al metal dentro de la forma. Los dados pueden montarse como unidades separadas, o todas las impresiones pueden ponerse en un solo bloque. Para pequeñas piezas forjadas son más convenientes unidades individuales de dados. Existen algunas diferencias para el diseño de dados

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para metales diferentes. La forja de aleaciones de Cobre puede hacerse con menos ensayos que en acero; consecuentemente, pueden producirse formas más complicadas. Estas aleaciones fluyen bien en el dado y son extruidas rápidamente. En el forjado en prensa una mayor proporción del trabajo total puesto en la máquina es trasmitida al metal que en una prensa de martillo de caída libre. Mucho del impacto del martillo de caída libre es absorbido por la máquina y su cimentación. La reducción del metal con prensa es más rápida, y el costo de operación consecuentemente es menor. La mayoría de las prensas de forjar son de formas simétricas con superficies que son totalmente lisas, y proporcionan unas tolerancias más cerradas que las obtenidas con un martillo de caída libre. Sin embargo, muchas piezas de formas irregulares y complicadas pueden forjarse más económicamente por forja abierta. Las prensas de forjado se usan frecuentemente para operaciones de calibrado sobre partes hechas por otros procesos.

I.8.- Forjado horizontal.

El forjado horizontal implica la sujeción de una barra de sección uniforme en dados y se aplica una presión sobre el extremo caliente, provocando que sea recalcado o formado según el dado, como se muestra en la Figura I.10.

184 146.1

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BARRA, PORTA BARRA Y METAL PUNZONADOS 308 SECCIÓN DEL CILINDRO FORJADO

Figura I.10.- Forjado horizontal

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La longitud de la barra a ser recalcada no puede ser mayor de dos o tres veces el diámetro, de lo contrario el material se doblará en vez de expandirse para llenar la cavidad del dado. Para algunos productos la operación principal puede completarse en una posición, aunque en la mayoría de los casos la pieza es progresivamente colocada en diferentes posiciones en el dado. Las impresiones pueden estar en el punzón, en el dado fijo o en ambos. En muchas ocasiones las piezas forjadas no requieren de una operación de recorte. Máquinas de este tipo son una consecuencia de pequeñas máquinas diseñadas para hacerles cabeza en frío a clavos y pequeños tornillos.

El penetrado progresivo, o desplazamiento interno, es el método frecuentemente empleado en máquinas de forjado horizontal para producir partes tales como cascos de artillería y cilindros forjados de máquinas radiales. Las secuencias de operaciones para el forjado de un cilindro se muestran en la Figura I.10. Barras cilíndricas de una longitud predeterminada para un cilindro, primero se calientan a temperatura de forja. Para facilitar la manipulación de la barra se prensa una porta barra dentro de un extremo.

La barra es recalcada y progresivamente penetrada hasta dejar una copa de fondo grueso. En la última operación un punzón de extremo cónico expande y alarga el metal dentro del extremo del dado, liberando la porta barra y punzonando hacia afuera el extremo del pedazo de metal. Grandes cuerpos de cilindró con masas superiores a los 50 kg pueden forjarse de esta manera. El rango de partes producidas por este proceso va desde pequeños a grandes productos que pesan algunos cientos de kilogramos. Los dados no se limitan al recalcado, pueden usarse también para penetrado, punzonado, recorte o extrusión.

Con objeto de producir formas masivas por este método, una máquina horizontal continua ha sido desarrollada. Esta máquina puede alimentar barra de acero calentada por inducción a la cavidad del dado, en donde rápidos golpes del dado horizontal o si no martillos exteriores y ajustables alcanzan a la pieza. Algunas de estas máquinas tienen un dado de forjado horizontal hueco de longitudes tan largas como formas de sección transversal constante pueden producirse. Otra variación para forjado horizontal es la unión de metales. En vez de formar una abertura en la cabeza de la barra de acero, se hace una operación de forjado de una forma cónica, similar a la

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Figura I.10. El dado con forma el perfil cónico deseado y la operación de unión de metal concluye.

I.9.- Forja por laminado.

Las máquinas para forja por laminado son primeramente adaptadas para operaciones de reducción y configuración sobre barras de acero de pequeña longitud. Los rodillos de estas máquinas mostrados en la Figura I.11, no son completamente circulares sino que son cortados de un 25% a un 75% para permitir la entrada de la materia prima entre los rodillos. La porción circular de los rodillos se ranura de acuerdo a la forma que quiere darse. Cuando los rodillos están en posición abierta el operador coloca la barra caliente entre ellos, reteniéndola con tenazas.

PRIMERA ESTACIÓN

RODILLO CONDUCTORES DEL REBORDE

RODILLO DE PRESIÓN

TERMINADO DE LAMINADO RODILLOS GUÍA

RODILLO CONDUCTO PRINCIPAL

Figura I.11.- Forjado por laminado

Como los rodillos giran, la barra es agarrada por las ranuras de los mismos y empujada hacia el operador. Cuando los rodillos se abren, la barra es empujada hacia atrás y laminada de nuevo, o

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se le coloca en la ranura contigua para la operación siguiente de laminado. Girando la barra 90° después de cada paso de laminado, no existe la oportunidad de formar rebabas. En el rolado de ruedas, tiras metálicas y artículos similares se usa un tren de rolado de construcción un poco diferente. En la Figura I.11, se muestra como una pieza en bruto forjada se convierte en una rueda, terminada por la acción de los diferentes rodillos dispuestos alrededor de ella. Como las ruedas giran, el diámetro aumenta gradualmente mientras la placa y el rin se reducen en sección. Cuando se rola la rueda a su diámetro final, se le lleva entonces a una prensa y se le da una operación de formado y calibrado. La forja por laminado se usa en una amplia variedad de piezas, incluyendo ejes, barras para propulsores de avión, palancas, hojas de cuchillos, cinceles, estrechado de tubos y extremos de muelles. Las piezas hechas de este modo tienen muy buen terminado de superficie y las tolerancias son iguales a otros procesos de forja. El metal es trabajado completamente en caliente y tiene buenas propiedades físicas.

I.10.- Forjado tibio.

Un proceso conocido como termo forjado utiliza una temperatura intermedia que normalmente se usa para trabajo en frío y en caliente. No hay cambios metalúrgicos en el metal ni imperfecciones de superficie frecuentemente asociadas con el metal trabajado a temperaturas elevadas. En la Figura I.12, se muestra una fotografía de la sección transversal de un tornillo cabeza Allen grabado con ácido.

Figura I.12.- Tornillo cabeza “Allen” Termo Forjado

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I.11.- Métodos especiales.

A medida que se obtienen secciones más delgadas en piezas forjadas, pueden emplearse dados calientes. Si se usa el lubricante adecuado, la oxidación adicional de la superficie se reduce al mínimo, pueden obtenerse tolerancias más cerradas, la pieza permanece flexible por un periodo de tiempo mayor, y el ritmo de producción se incrementa. Sin embargo, la vida del dado se disminuye y existe un costo asociado con el calentamiento del dado.

Altas relaciones de energía de formado están usualmente asociadas con las operaciones de trabajo en frío pero algunas prensas de alta velocidad son manejadas por varios mecanismos, cargas explosivas, o descargas de capacitores. La mayoría de las partes formadas de esta manera son terminadas de un golpe. De este modo la operación es rápida, pueden Forjarse secciones delgadas antes de que el calor sea perdido. Debido a la carga de impacto y el rápido incremento de temperatura del dado asociado con este tipo de operación, la vida del mismo es relativamente corta. El proceso es útil en la forja a alta temperatura, difícil para formar aleaciones. Debido a lo altamente especializado de los problemas encontrados en la producción masiva de partes, algunas prensas clásicas de forjado se adaptan con apisonadores auxiliares o punzones que se mueven dentro o a través de ellas. En la Figura I.13, muestra el uso de un punzón auxiliar que produce un agujero en la pieza forjada. Debido a la complejidad de tales operaciones, sólo la producción masiva de series puede considerarse con este proceso.

Los metales que son difíciles de forjar (por ejemplo, el Titanio) pueden fundirse a presión en atmósfera de gas inerte. Este proceso, conocido como formado en atmósfera caliente, elimina la mayoría de la oxidación y la cáscara y tiende a prolongar la vida del dado. Para piezas forjadas muy grandes, el gas inerte se lanza sólo dentro del área de formado, pero en el caso de prensas pequeñas, éstas son encerradas totalmente por una cabina dentro de la cual el Argón es admitido. Pequeños perdigones de aluminio como granos de arroz, pueden laminarse en hojas. En la Figura I.14, se muestra cómo el aluminio fundido es vertido en un cilindro revolvedor perforado. Las diminutas bolitas se enfrían suficientemente para mantener su forma. Ellas son transportadas por aire a una cámara de precalentamiento, roladas en caliente en hojas, y enfriadas. Este proceso es

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adaptable a la producción de grandes volúmenes con un mínimo de gastos de equipo. Teóricamente, pueden formarse hojas de longitud ilimitada por este proceso.

DADO SUPERIOR

PIEZA FORJADA

PUNZÓN AUXILIAR

DADO INFERIOR

Figura I.13.- Utilización de un punzón en la forja con dado

Fundición

Precalentado

Compacto

Enrollado

Figura I.14.- Laminado de hojas de Aluminio a partir de perdigones

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Capítulo I

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I.12.- Planteamiento del problema Un problema al que hay que enfrentarse en la actualidad, es la competencia masiva que se encuentra en la industria de la manufactura, como la que se está desarrollando en países como China, la India, Brasil, etc. por ello es necesario desarrollar procesos con tecnología nacional para la fabricación de herramientas y/o partes de maquinaria, y los cuales puedan competir a nivel mundial

Además, en todo el mundo se están enfrentando a la escasez de materia prima, por ejemplo, un material llamado H-12 según la norma AISI, actualmente no se fabrica debido a la carestía de algunas de sus aleaciones como el Wolframio. La explotación de este elemento para otro tipo de herramienta, lo ha llevado casi a una extinción y por ello es que los herramentales o materiales que contienen este elemento han elevado considerablemente su costo, y por tal caso el acero mencionado H-12 han sido sustituidos por aceros como el H-13 según la norma AISI.

Es por esto, que se plantea a la forja en caliente como una posible solución usando un material para la creación de herramentales de forja en caliente como lo es el H-13, ya que se hacen procesos de manufactura de herramentales mucho más económicos y de muy buena calidad. Por ejemplo hay empresas como CENTURY que fabrican llaves de cruz con material 4140R, pero por maquinado completo en tornos CNC, el mayor problema que presentan estos procesos de fabricación, es que si la llave de cruz que se está maquinando es de una boca de diámetro de 30mm, según la norma automotriz para este tipo de partes se necesita una barra de 1 1/8 pulgadas (30.1 mm), para poder maquinar la boca hexagonal se tiene que maquinar la barra y reducirla a la medida de 3/4 de pulgada (19 mm), y se tendría un desperdicio 7/16 (11.1mm) de material, el cual no es recuperable.

I.13.- Sumario. Hasta el momento se han tratado temas pertinentes a la historia de la forja desde el año en que empezó por allá del 3000A.C. en Egipto ya que por esos lugares se descubrieron las primeras herramientas al carbón y también cómo iniciaron su aparición los primeros tipos de hornos, para empezar a hacer los primeros tratamientos térmicos. Aunque este tipo de hornos no alcanzaban temperaturas altas ya que su rendimiento térmico era muy bajo, por ello no eran muy útiles hasta

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el siglo XIV, cuando se empezaron a conocer los hierros bajos en carbón y no fue hasta por la década de los 60’s cuando empezaron a surgir los hornos de inducción eléctrica para fundir chatarra y convertirla en acero. Este mismo proceso sigue hasta la fecha debido a que las empresas con altos hornos siguen fundiendo hierro para realizar aceros y aceros aleados. También se examinó la deformación plástica, ya que para que el acero sea dúctil se tiene que alcanzar temperaturas superiores a las de cristalización, el cual es aproximadamente arriba de los 700 °C. Como se sabe todos los procesos de manufactura o de otro tipo como son los de trabajo en caliente presentan desventajas que no pueden ignorarse. Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación o escamado de la superficie con acompañamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. Se observó también los tipos de forja que hay para realizar los diferentes tipos de trabajo en caliente como son: forja manual, forja en dado abierto, estampado, forjado horizontal, etc. Y para materiales como algunos aceros especiales ya sea el Titanio o aceros igual de fuertes que este, lo que se realiza es mediante gases inertes a presión atmósfera. Este proceso es adaptable para procesos de altos volúmenes con un mínimo de gasto en el equipo.

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CAPÍTULO II

DIFERENCIA DE LA TÉCNICA DE DADO CERRADO Y DADO ABIERTO

Capítulo II

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II.- Generalidades. En este capítulo hace referencia al marco teórico, conceptos necesarios para explicar la deformación plástica, en los métodos de forja en dado abierto o dado cerrado se abordan problemas teóricos de cómo realizan los cálculos para forja en caliente.

II.1.- Plasticidad. La ejecución de un proceso de conformación presupone en el material a conformar, cierta capacidad para variar su forma en proporciones satisfactoriamente grandes bajo el efecto de fuerzas exteriores sin que este pierda sus propiedades mecánicas. Esta propiedad se llama plasticidad y de la misma disponen, sobre todo, los materiales metálicos, que son a su vez los más utilizados en la construcción de maquinarias.

II.2.- Estructura de los metales. Todo cuerpo está conformado por partes pequeñas que lo constituyen y que a su vez constan de otras menores. Para el estudio del mecanismo de la deformación plástica, basta con aceptar al átomo como la parte constituyente más pequeña de un cuerpo sólido. Cuando los metales se encuentran en estado líquido sus átomos se hallan distribuidos irregularmente y sólo a medida que el material se va solidificando, a partir de ciertos puntos, estos pasan a ocupar una posición geométrica determinada formando los llamados enrejados cristalinos. El tipo de enrejado depende del material y de las condiciones externas bajo las cuales se encuentra. La parte que se repite formando el enrejado, recibe el nombre de célula cristalina elemental. De gran importancia técnica son las células elementales cúbicas y hexagonales. Las cúbicas se encuentran en dos formas: cúbica centrada de cuerpo y cúbica centrados de cara. Los puntos a partir de los cuales comienza el proceso descrito son los llamados núcleos de solidificación o centros de cristalización, que no son más que enrejados ya solidificados a los que se adosan siguiendo un orden. Este proceso ocurre hasta un límite de 0.01 a 1μm, dentro del cual

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Capítulo II

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el orden atómico es regular. El cuerpo así formado recibe el nombre de bloque. Los bloques están ligeramente inclinados entre sí a un ángulo pequeño que oscila desde algunos segundos hasta unos cuantos minutos y su espesor límite es de unas pocas capas atómicas. Estos bloques presentan además irregularidades. El adosamiento de átomos en los bloques tiene lugar hasta que queda impedido por otros que se han agrupado a partir de centros de recristalización vecinos. El conglomerado de bloques forma el cristal. El encuentro entre bloques formados por células elementales distintamente orientadas, provoca que el ordenamiento en los límites de estos no sea ya tan regular como dentro de cada bloque. Un cuerpo metálico está compuesto por numerosos cristales de este tipo, de aquí que el térmico policristal resulta también comúnmente empleado. Con fines de estudio se puede obtener en un cuerpo cristalino, el cual consta sólo de un núcleo de forma geométrica regular, en el que solamente existan las pequeñas variaciones de dirección ya nombradas entre los bloques. Este cuerpo recibe el nombre de monocristal metálico. Los monocristales son desarrollados para estudiar las propiedades de los metales que dependen de una dirección.

II.3.- Mecanismo de la deformación plástica (permanente). Los materiales en su totalidad se deforman a una carga externa, se sabe además que hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le quita la carga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la carga es lo que caracteriza como comportamiento elástico, pero al sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre cierta deformación permanente, entonces se dice que ha sufrido una deformación plástica permanente. El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede clasificar como dúctil o frágil según el material muestre o no capacidad para sufrir deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva tensión-deformación que llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión, en materiales más frágiles la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla y en materiales extremadamente frágiles, como los cerámicos,

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el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo de ruptura son iguales. La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke (σ= Eε), la constante de proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la pendiente del segmento lineal de la gráfica tensión-deformación, y puede ser interpretado como la resistencia del material a la deformación elástica. En la Figura II.1 se muestra un diagrama de tensión-deformación, y junto con ella se observa una probeta en base al aumento de la tensión o fuerza y la elasticidad que tienen todos los materiales.

E= LIMITE DE ELASTICIDAD P= LIMITE DE PROPORCIONALIDAD B=LIMITE DE APARENTE ELASTICIDAD O LIMITE DE FLUENCIA R= LIMITE DE ROTURA U= ROTURA EFECTIVA

Figura II.1.- Diagrama tensión-deformación Las fuerzas exteriores y momentos producen en una sección determinada fuerzas internas. Estas no son más que reacciones y su valor se da corrientemente referido a la unidad de área. El cociente fuerza sobre área recibe el nombre de tensión. Para la descripción del estado tensional en un corte se descompone esta tensión en dos componentes (Figura II.2), una perpendicular y la METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

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otra paralela al plano de corte. La componente perpendicular recibe el nombre de tensión normal, σ, mientras que la paralela al plano es la llamada tensión tangencial, τ. Para diferenciar una tensión normal de compresión de una tracción, se emplearán los signos P y σ, es decir, en este estudio se emplean tres signos para caracterizar tensiones: σ - Tensión normal a tracción.

σ

P - Tensión normal a compresión.

τ - Tensión tangencial.

τ

Figura II.2.- Sección de un cuerpo y descomposición de la tensión actuante en la superficie de corte en la componentes σ (perpendicular) y τ (tangencial) Una variación elástica de la forma puede ser producida tanto por una tensión normal como por una tensión tangencial y su efecto será una variación de la distancia interatómica en los enrejados en la dirección normal y un desplazamiento de los átomos en la dirección de la tensión tangencial. La variación elástica de la forma se caracteriza por ser temporal, y sus efectos desaparecen una vez retirada la fuerza que los causó. Una variación plástica es producida solamente bajo el efecto de tensiones tangenciales y a partir de una magnitud determinada. Esto ocurre debido al deslizamiento de grupos atómicos o enrejados completos en una determinada dirección. Las direcciones de deslizamiento se encuentran a su vez sobre planos de deslizamiento, cuya posición está determinada por el tipo de enrejado cristalino de metal. Los planos de deslizamiento son aquellos que poseen mayor densidad atómica. Las direcciones de deslizamiento son las líneas sobre estos planos donde existen las menores distancias interatómicas.

II.4.- Temperatura de deformación. En el diagrama de equilibro (Figura II.3) o de fases Fe-C, se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, conociendo que el calentamiento o enfriamiento METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

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de la mezcla se realiza muy lentamente, de modo que los procesos de homogeneización tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama (Figura II.3) se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos y las temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones. El Hierro puro presenta tres estados alotrópicos, a medida que se incrementa la temperatura de manera controlada: •

Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de Hierro α o ferrita. Es un material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en Carbono y es ferro magnético hasta los 770 °C.

•

Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras y recibe la denominación de Hierro γ o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es paramagnética.

•

Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe la denominación de Hierro δ que es en esencia el mismo Hierro alfa pero con parámetro de red mayor por el efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el Hierro se encuentra en estado líquido, si se añade carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste último; sin embargo en los aceros aparece formando carburo de Hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita. En la transformación de la austenita se tiene el diagrama de las fases Fe-C en las cuales se muestran dos composiciones singulares, Primero eutéctico (composición para la cual el punto de fusión es mínimo) que se denomina ledeburita y contiene un 4,3% de carbono (64,5 % de cementita). La ledeburita aparece entre los constituyentes de la aleación cuando el contenido en carbono supera el 2% (región del diagrama no mostrada) y es la responsable de la mala forjabilidad de la aleación marcando la frontera entre los aceros con menos del 2% de C (forjables) y las fundiciones con porcentajes de Carbono superiores (no forjables y fabricadas por moldeo). De este modo se observa que por encima de la temperatura crítica A3 los aceros están constituidos sólo por austenita, una solución sólida de carbono en hierro γ y su micro estructura en condiciones de enfriamiento lento dependerá por tanto de las transformaciones que sufra ésta. Y segundo un eutectoide en la zona de los aceros, METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

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equivalente al eutéctico pero en estado sólido, donde la temperatura de transformación de la austenita es mínima. El eutectoide contiene un 0,77 %C (13,5% de cementita) y se denomina perlita. Está constituido por capas alternas de ferrita y cementita, siendo sus propiedades mecánicas intermedias entre las de la ferrita y la cementita. La existencia del eutectoide permite distinguir dos tipos de aleaciones de acero: Uno los aceros hipoeutectoides (< 0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica A3 comienza a precipitar la ferrita entre los granos (cristales) de austenita y al alcanzar la temperatura crítica A1 la austenita restante se transforma en perlita. Se obtiene por tanto a temperatura ambiente una estructura de cristales de perlita embebidos en una matriz de ferrita, y dos aceros hipereutectoides (>0,77% C). Al enfriarse por debajo de la temperatura crítica se precipita el carburo de hierro resultando a temperatura ambiente cristales de perlita embebidos en una matriz de cementita.

C (% ÁTOMOS)

T E M P E R A T U R A

COMIENZO DE LA SOLIDIFICACIÓN

(°C) TRANSFORMACIÓN DE LA AUSTENITA EN PERITA

C (% PESO)

Figura II.3.- Diagrama Hierro-Carbono

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II.4.1.- Trabajo en caliente. El trabajo en caliente ofrece varias ventajas; los esfuerzos de fluencia son bajos, de ahí que las fuerzas y los requerimientos de potencia sean relativamente bajos, y se pueden deformar incluso grandes piezas de trabajo con equipo de tamaño razonable. La ductilidad es alta, por lo que se pueden realizar (usualmente en una sucesión de pasadas) grandes deformaciones (una reducción en exceso de 99%) y generar formas complejas en las piezas. También existe desventaja ya que se requiere de energía para calentar la pieza de trabajo hasta una temperatura elevada. La mayoría de los materiales se oxidan y los óxidos de algunos metales (por ejemplo, cascarilla sobre el acero) pueden afectar el acabado superficial. Las variaciones en las temperaturas de acabado pueden conducir a tolerancias dimensionales muy amplias y a un conjunto menos definido de las propiedades en la condición de trabajado en caliente. El trabajo en caliente se puede llevar a cabo por: 1.

Formado no isotérmico. La herramienta de deformación debe ser varias veces más fuerte que la pieza de trabajo, lo que usualmente significa que la herramienta se debe mantener mucho más fría. Entonces es necesario minimizar el tiempo de contacto para evitar el enfriamiento excesivo. El enfriamiento de las capas superficiales de la pieza de trabajo tiene varias desventajas; se retrasa la fluencia del material; el enfriamiento de secciones delgadas limita el espesor mínimo obtenible de pared; se incrementan la presión de la matriz y la fuerza de deformación. El enfriamiento también afecta al producto, porque un enfriamiento variable introduce variaciones en las propiedades. Además, el contacto periódico con la pieza de trabajo caliente expone a las herramientas a un ciclo térmico, el cual conduce a la fatiga térmica.

2. Formado isotérmico. Algunos de los problemas arriba citados desaparecen cuando la herramienta está a la misma temperatura que la pieza de trabajo. El tiempo de contacto deja de ser un problema puesto que no hay enfriamiento. Sin embargo, es más difícil encontrar un material y un lubricante adecuados para la herramienta.

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3. Trabajo controlado en caliente. Suele hacerse en forma no isotérmica, por lo que el trabajo controlado en caliente se usa para impartir propiedades deseables.

II.5.- Forjado en matriz abierta. Los procesos de forjado están entre las técnicas de manufactura más importantes, se pueden distinguir tres amplios grupos: 1) Dado abierto: El forjado en matriz abierta permite la deformación libre de al menos algunas superficies de la pieza de trabajo. 2) Impresión o recalcado: La deformación se restringe mucho más en el forjado por matriz de impresión. 3) Dado cerrado: Completamente en el forjado en matriz cerrada. Como al menos una de las superficies de la pieza de trabajo se deforma libremente, los procesos de forjado en matriz abierta producen piezas de trabajo de menor exactitud que las de forjado por matriz cerrada, sin embargo la simplicidad de los herramentales, la sencillez del equipo y los bajos costos de adquisición, permite que la producción tenga una gran variedad de formas. En la Figura II.4 se muestra un cuadro sinóptico, donde se describe los tipos de forja por medio de matriz abierta.

FORJADO EN MATRIZ ABIERTO

FORJADO EN MATRIZ ABIERTA

RECALCADO SIN FRICCIÓN

ANÁLISIS DEL FORJADO EN DADO ABIERTO

FORJADO EN DADO ABIERTO EJEMPLO DIDÁCTICO

PRÁCTICA DEL FORJADO EN DADO ABIERTO

Figura II.4.- Cuadro sinóptico de tipos de forja (matriz abierta) METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

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II.5.1.- Forjado en matriz abierta (Dado abierto): Recalcado axial. En el recalcado axial de un cilindro, a una pieza de trabajo cilíndrica se coloca entre dos matrices planas y paralelas (platinas), y su altura se reduce por medio de la fuerza de una prensa o de un martinete aplicado a las platinas. El recalcado es un proceso muy versátil que se práctica en caliente o en frío. Los productos finales varían desde enormes rotores de acero para las estaciones de generación de potencia, hasta componentes diminutos. Frecuentemente, se recalca una cabeza al final de una pieza, en máquinas mecanizadas (automatizadas) con propósito especial, produciendo vastos números de clavos, tornillos, pernos, pasadores y componentes similares.

II.5.2.- Recalcado axial sin fricción. Se supone que, por medio de la aplicación de algún lubricante la fricción se reduce de manera exitosa hasta cero. Si se divide el cilindro en muchos elementos pequeños, ahora cada uno se deforma de igual manera; en otras palabras, la deformación es homogénea. El cilindro se hace más corto y, para preservar la invariabilidad del volumen, adquiere un diámetro mayor, pero aún permanece como un cilindro real (Figura II.5). Como el recalcado es un proceso en estado no estable, un análisis completo requiere el cálculo de variables en varios puntos durante la carrera. El caso más simple de forjado consiste en comprimir una parte de sección cilíndrica entre dos dados planos, muy semejante a un ensayo de la compresión. Esta operación de forjado se conoce como recalcado o forjado para recalcar, y reduce la altura de material de trabajo e incrementa su diámetro. v,

Donde: V= Volumen F= Fuerza h= Altura D= Diámetro

v,

ho

h

hf

Do

D

Df

(a)

(b)

(c)

Figura II.5.- Deformación homogénea de una parte de trabajo cilíndrica bajo condiciones ideales en una operación de forjado en dado abierto; a) inicio del proceso con la parte de trabajo a su altura y diámetros originales. b) compresión parcial. c) tamaño final. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo II

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33

II.5.3.- Análisis del forjado en dado abierto. Si el forjado en dado abierto se lleva a cabo bajo condiciones ideales, sin fricción entre el material de trabajo y la superficie del dado, ocurre una deformación homogénea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura como se muestra en la Figura II.5. Bajo condiciones ideales, el esfuerzo real que experimenta el material durante el proceso, se puede determinar por la Ecuación (II.1):

ε = ln

ho h

(II.1)

Donde ε es coeficiente de fricción, ho es la altura inicial del trabajo y h es altura de un punto intermedio en el proceso. Al final de la carrera de compresión, h = hf (su valor final) y el esfuerzo real alcanza su máximo valor. Se puede estimar la fuerza para ejecutar el recalcado. Se puede obtener la fuerza requerida para continuar la compresión a una altura dada h durante el proceso, multiplicando el área correspondiente de la sección transversal por el esfuerzo de fluencia Ecuación (II.2):

F =Y f A

(II.2)

Donde: F es la carga aplicada, A es el área de la sección transversal de la parte y Yf es el esfuerzo de cedencia. El área A se incrementa continuamente al reducirse la altura h durante la operación. El esfuerzo de fluencia Yf se incrementa también como resultado del endurecimiento por trabajo, excepto cuando el metal es perfectamente plástico (trabajo en caliente). En este caso, el exponente de endurecimiento por deformación n = 0, y el esfuerzo de fluencia Yf iguala al esfuerzo de fluencia del metal Y. La fuerza alcanza un valor máximo al final de la carrera de forjado, donde el área y el esfuerzo de fluencia llegan a su valor más alto. Una operación real de recalcado no ocurre exactamente como se muestra en la Figura II.4 debido a que la fricción en la superficie de los dados se opone al flujo de metal. Esto crea un efecto de

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Capítulo II

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abultamiento en forma de barril, llamado abarrilamiento, que se muestra en la Figura II.5 en el inciso “c”. Cuando se realiza un trabajo en caliente con dados fríos, el abarrilamiento es más pronunciado. Esto se debe a: 1) Un coeficiente de fricción más alto, típico del trabajo en caliente. 2) La transferencia de calor en la superficie del dado y sus cercanías, lo cual enfría el metal y aumenta su resistencia a la deformación. El metal más caliente se encuentra en medio de la parte y fluye más fácilmente que el metal más frío de los extremos. El efecto se acentúa al aumentar la relación entre el diámetro y la altura de la parte, debido a la mayor área de contacto en la interfase dado - material de trabajo.

v, F

v, F

ho

h

hf

Do

D

Df

(a)

(b)

(c)

Figura II.5.- Deformación cilíndrica real de una parte de trabajo en forjado en dado abierto mostrando un abarrilamiento pronunciado: a) inicio del proceso. b) deformación parcial. c) forma final. Todos estos factores originan que la fuerza de recalcado sea más grande que la pronosticada por la Ecuación II.2. Se puede aplicar un factor de forma a la Ecuación II.2 para aproximar los efectos de la fricción y la relación entre el diámetro y la altura (Ecuación II.3):

F = K f Yf A

(II.3)

Donde: Kf es el factor de forma del forjado, definido como la Ecuación II.4:

K f =1+

0.4 μ D h

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(II.4)

Capítulo II

35

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Donde: µ es el coeficiente de fricción, D es el diámetro de la parte de trabajo o cualquier dimensión que represente la longitud de contacto con la superficie y h es la altura de la parte.

II.5.3.1.- Forjado en dado abierto (Ejemplo didáctico II.1). Una parte cilíndrica se sujeta a una operación de recalcado en forja. La pieza inicial tiene 3.0 pulg de altura y 2.0 pulg de diámetro. En la operación, su altura se reduce hasta 1.5 pulg. El material de trabajo tiene una curva de fluencia definida por Kn = 50000 lb/pulg2. Se asume un coeficiente de fricción de 0.1. Determine la fuerza al empezar el proceso, a las alturas intermedias 2.5 pulg, 2 pulg, y a la altura final 1.5 pulg. Solución al problema planteado:

El volumen de la pieza está dado por la ecuación: V =

π Do2 4

ho =

(π )(2) 2 • 3 = 9.425 p lg 3 4

En el momento de realizar el contacto de la platina con el dado superior, h = 3.0 y la fuerza F = 0. Al principio de la fluencia, h es ligeramente menor que 3.0 pulg, y se asume que la deformación

ε = 0.00217, en la cual el esfuerzo de fluencia es; Kn= (50000) (0.002017) = 17384lb / pulg2. El diámetro es aproximadamente D = 2.0 pulg, y el área A = 3.142 pulg2. Para estas condiciones el factor de ajuste Kf se calcula utilizando la ecuación II.4 quedando como:

⎛ ⎛ 2 ⎞⎞ K f = 1 + 0.4 ⎜ 0.1⎜ ⎟ ⎟ = 1.027 ⎝ ⎝ 3 ⎠⎠

(II.5)

La fuerza para lograr el forjado para dar la altura de 2.5 pulgadas de calcula utilizando la ecuación II.3 así que sustituyendo valores:

F =1.027 ×17384 × 3.142 = 56077 lb. Para determinar el coeficiente de fricción se maneja la ecuación II.1

3 2

ε = ln = 0.1823

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(II.6)

Capítulo II

36

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Yf =(F)(ε) por lo tanto Yf = 50000 × 0.18230.17 = 37438lb / pulg2. Si se supone un volumen constante y se desprecia el abarrilamiento:

A=

9.426 = 3.77 pu lg 2 2.5

y D = 2.19 pu lg

(II.7, II.8)

Por ende se obtiene sustituyendo la ecuación II.5 el factor de un nuevo factor de ajuste para la altura de 2.5 pulgadas y también la fuerza necesaria para este diámetro

⎛ ⎛ 2.19 ⎞ ⎞ K f = 1 + 0.4 ⎜⎜ 0.1⎜ ⎟ ⎟⎟ = 1.035 y F = 1.035 (37438 ) 3.77 = 146102 lb ⎝ ⎝ 2.5 ⎠ ⎠

(II.9, II.10)

De igual manera, para calcular la h = 2.0 pulg se hace todo nuevamente toda la sustitución de valores y al final se obtiene que F = 211894 lb; y para obtener la fuerza en una h = 1.5 pulg, se hace el mismo proceso para así obtener una F = 317 500 lb. De allí la curva carga versus carrera

Fuerza de forjado (1000 lb)

de la Figura II.6 se construyó con los valores de este ejemplo.

30

20

10

0

3 0

2.5

2

1.5

h

0.5

1

1.5

ho-h

Figura II.6.- Fuerza de recalcado en función de la altura h y de la reducción de altura (ho-h). A esta gráfica se le llama algunas veces curva carga-carrera. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo II

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37

II.5.4- Práctica del forjado en dado abierto. El forjado en matriz abierta emplea otros procesos que se pueden analizar por analogía con algunos de los procesos estudiados anteriormente. Se puede producir una gran variedad de formas con matrices relativamente sencillas, aunque a menudo por medio de una secuencia compleja de pasos de deformación: la sencillez de las herramientas se logra a costa del complejo control del proceso. Las piezas con un grado sustancial de complejidad se pueden forjar mediante una secuencia planeada de pasos de forjado en matriz abierta. El forjado caliente, en dado abierto es un proceso industrial importante. Las formas generadas por operaciones en dado abierto son simples. Los dados en algunas aplicaciones tienen superficies con ligeros contornos que ayudan a formar el material de trabajo. Éste debe manipularse frecuentemente, para efectuar los cambios de forma requeridos. La habilidad del operador es un factor importante para el éxito de estas operaciones. Un ejemplo de forjado en dado abierto en la industria del acero es el formado de grandes lingotes cuadrados para convertirlos en secciones redondas. Las operaciones de forja en dado abierto producen formas rudimentarias que necesitan operaciones posteriores para refinar las partes a sus dimensiones y geometría final. Una contribución importante del forjado en caliente en dado abierto es la creación de un flujo de granos y de una estructura metalúrgica favorable en el metal. El forjado con dado abierto puede realizarse con dados convexos, con dados cóncavos y por secciones, como se ilustran en la Figura II.7. El forjado con dados convexos es una operación de forja que se utiliza para reducir la sección transversal y redistribuir el metal en una parte de trabajo, como preparación para operaciones posteriores de formado con forja. El forjado con dados cóncavos es similar al anterior, excepto que los dados tienen superficies cóncavas.

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Capítulo II

38

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F, v DADO SUPERIOR

F, v DADO SUPERIOR

TRABAJO TRABAJO DADO INFERIOR DADO INFERIOR (a)

Donde: V= Volumen F= Fuerza

(b)

F, v LAS LINEAS PUNTEADAS INDICAN LA SIGUIENTE COMPRESIÓN

DADO SUPERIOR

ESPESOR INICIAL

ESPESOR INICIAL

AVANCE INTERMITENTE DEL TRABAJO

DADO INFERIOR (c)

Figura II.7.- Operaciones de forjado en dado abierto: (a) Dados convexos. (b) Dados cóncavos. (c) Por secciones.

II.6.- Forjado por matriz de impresión y matriz cerrada. No se puede crear formas complejas con gran precisión por medio de técnicas de forjado en matriz abierta. Se requiere matrices especialmente preparadas que contienen la forma negativa de la forja que se va a producir: el proceso se simplifica hasta una secuencia de carreras sencillas de compresión, a costa de una forma compleja de la matriz. Teniendo presente que la mayor preocupación es debida a que el material debe llenar en su totalidad la matriz sin defectos en su flujo, como podrían ocurrir cuando las partes del material de la pieza de trabajo se pellizcan, se doblan o se cortan por completo y sí así sucediera debe rediseñarse el herramental para promover un flujo uniforme del material.

II.6.1.- Forjado por matriz de impresión. Esta es una variante, donde se obtiene el llenando de la cavidad definida por las mitades superior e inferior de la matriz. Se permite que el exceso de material escape en forma de rebaba; como la

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Capítulo II

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matriz no está por completo cerrada, se llama adecuadamente matriz de impresión. (Figura II.8) CANAL DE REBABA b

CAMPO

h

W L 3° A

7° A10°

Pc

(a)

(b)

Figura II.8.- Las partes con almas delgadas y nervaduras altas se pueden forjar por: a) Primer paso conformación aproximada seguida de un segundo paso b) Un acabado en una matriz acondicionada con un canal de rebaba.

II.6.2.- Secuencia de forjado. Una forma compleja no se puede llenar sin defectos (y desgaste excesivo de la matriz), simplemente forjando la barra de inicio en la cavidad de la matriz terminada. Son precisos varios pasos intermedios: 1.

El primer objetivo es distribuir el material en forma correcta, de manera que cambie poco el área de la sección transversal en la matriz de acabado. Para este fin, se deben realizar operaciones de forjado libre (en matriz abierta) en superficies formadas especialmente en los bloques de la matriz (Figura II.10), en equipo de forjado separado o incluso por otros métodos de separación como la laminación. Estas operaciones suelen relacionarse con el bataneo, el rebordeado y el recalcado. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo II

(a) (b)

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(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

40

(h)

Figura II.10.- Forjado en martinete a dos bielas; a) Material en barra, b) Batanear, c) Laminado, d) Conformado aproximado e) Terminado, f) Recortado, g) Rebaba, h) Matrices de forjado

2.

La preforma se puede acercar más a la configuración final forjando en una matriz de

bloques, lo cual asegura la distribución adecuada del material pero no proporciona la forma final (Figura II.10a). Se permite que el exceso de material salga entre las superficies planas de la matriz, y luego esta rebaba se remueve algunas veces (recorta) antes del forjado posterior. 3.

La forma final se imparte en la matriz de acabado. De nuevo se permite que el material en exceso escape en forma de rebaba, la cual ahora debe ser delgada para ayudar al llenado de la matriz y producir tolerancias cerradas.

Como regla general el espesor de la rebaba es h = 0.015(A)0.5 (mm), donde A es el área proyectada de la forja (mm2). Una rebaba delgada que sale entre superficies paralelas de la matriz conduce a, razones elevadas L/h y a grandes presiones de la matriz. Por lo tanto, L se reduce cortando un canal para rebaba (Figura II.10b); esto permite su libre flujo y limita su espesor mínimo a sólo un ancho pequeño, el campo de la rebaba (generalmente, con un ancho de 3h a

5h). La rebaba se recorta ya sea en caliente o en frío, en una matriz separada que parece una matriz para blancos.

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Capítulo II

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41

II.6.3.- Forjado por matriz cerrada. En el forjado por matriz cerrada, la pieza de trabajo se atrapa por completo en la matriz y no se genera rebaba. De esta forma, el forjado es más económico, pero se deben controlar muy cuidadosamente el diseño de la matriz y las variables del proceso. Al final de la carrera, la cavidad está llena en su totalidad con un sólido incompresible, y las presiones de la matriz se elevan de manera pronunciada; esto se convierte en un factor crítico en la preparación del equipo. Las fuerzas se calculan como en el forjado por matriz de impresión. Se obtiene una reducción drástica en las fuerzas en el tixoformado, con el material en estado semisólido. Un caso especial del forjado por matriz cerrada es el acuñado, en el cual se imparte un detalle superficial tridimensional a una preforma. La aplicación más grande es, para la acuñación de monedas, el acuñado es útil para mejorar la precisión dimensional, el acabado superficial o también el detalle de otras partes. La presión de forjado es al menos pi = 3σf pero el llenado de los detalles finos requiere presiones de 5 σf incluso de 6 σf.

II.7.- Equipo de forjado y de extrusión. El forjado y la extrusión son procesos estrechamente relacionados. Algunas veces es difícil distinguirlos (por ejemplo, punzonar un recipiente en comparación con su extrusión trasera); en otras ocasiones se combina un proceso característico de forja con la extrusión (por ejemplo, al hacer un perno extruyendo el cuerpo y luego recalcando la cabeza). También comparten muchos tipos de herramientas y equipo.

II.7.1.- Herramientas y matrices. Los procesos de deformación volumétrica se caracterizan por presiones elevadas en la interfaz y, en el trabajo en caliente, también por temperaturas elevadas. Los materiales de las herramientas

y de las matrices se seleccionan y manufacturan con el mayor cuidado. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo II

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42

En general, la ductilidad se sacrifica en las matrices de trabajo en frío. Pero se debe concertar un compromiso entre la dureza y la ductilidad para las matrices de trabajo en caliente que también están expuestas al impacto térmico (Tabla II.1). En contraste, las presiones en la interfaz se deben mantener lo suficientemente bajas para no causar ninguna deformación permanente de la matriz. Por lo tanto, dependiendo del modo de carga, las presiones no deben exceder una fracción segura (o en la indentación, un múltiplo) del límite elástico σO.2 del material de la matriz. A partir de los valores de la dureza dada en Rockwell C “HRC” proporcionados en la Tabla II.2. La resistencia a la tensión se puede estimar como sigue: Tabla II.1.- Valores de resistencia HRC

TS, MPa

TS, kpsi

30

960

140

40

1250

185

50

1700

250

60

2400

350

Con un margen de seguridad, 80% de los valores arriba mostrados se pueden tomar como σ0.2. El esfuerzo permisible depende de las configuraciones relativas de la herramienta y de la pieza de trabajo, así que pueden estimarse las presiones permisibles de la matriz considerando la

herramienta como una pieza de trabajo cuya deformación debe evitarse.

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Capítulo II

43

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Tabla II.1.- Materiales de la matriz y dureza HRC para el trabajo Proceso

Aleaciones de Al, Mg y Cu

Forjado en caliente

Aceros y aleaciones de Ni

6G

32-40

6G

35-45

H12

48-50

H12

40-56

Extrusión en caliente

H12

46-50

H12

43-47

Extrusión en frio

6G

32-40

6G

32-40

Matriz

W1, A2

56-58

A2, D2

58-60

D2

58-60

WC

32-40

Punzón

A2, D2

58-60

A2, M2

62-65

Estirado de formas

O1

55-65

O1, M2

55-65

WC Laminado en frío Blanqueado

Embutido Profundo

Formado en prensa

WC

O1

55-65

O1, M2

W1

62-66

O1, A2

57-62

M2

D2

58-64

WC

55-65

Igual que para Al, y

Aleación de Zn

60-66

Igual que para Al, y

W1

62-66

M2

O1, A2

57-62

WC

D2

58-64

6G

Epóxico / polvo metálico

60-66 32-40 Igual que para Al

Alación de Zn Acero Dulce, hierro fundido O1, A2, D2 * Compilado del ASM Handbook, vol. 2 ASM Internacional, Materials Park, Ohio. 1991. Los materiales de la matriz que se mencionan primero son para trabajos más ligeros, corridos más cortos.

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Capítulo II

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44

II.7.2.- Punzonado. Las impresiones o agujeros se hacen en una pieza de trabajo mediante el punzonado. Se utilizan muchas variantes del proceso (Figura II.11).

Pi = pi Ap= 3σf Ap

d0 Dp DESPUÉS DP DESPUES AP

ANTES

(a)

ANTES

ANTES

(b)

DESPUÉS

(c)

Figura II.11.- Las palanquillas se pueden perforar; a) En un recipiente con flujo inverso. b) Expansión radial. c) Sin restricciones con dos punzones en oposición. 1.

Para el punzonado en un recipiente, la pieza de trabajo se fija en su base y alrededor de sus lados (Figura II.11a). Por lo tanto, la pieza de trabajo se comporta como un cuerpo semiinfinito y la presión del punzón es al menos 3σf. Cuando el punzón penetra hasta profundidades significativas en un material endurecible por deformación, la presión se eleva a 4σ fm o 5σ fm. El material desplazado por el punzón fluye en dirección opuesta al movimiento de éste. La fricción sobre el punzón y en las superficies del recipiente se debe minimizar; de otra manera, la presión de punzonado se elevará aún más. Miles de millones de cabezas de pernos METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo II

45

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previamente recalcadas se indentan para fabricar tornillos de cabeza hueca y con recesos formados de manera variada. 2.

Las presiones se reducen en gran medida cuando la barra no llena el recipiente y un agujero se perfora con expansión radial (Figura II.11b). El pandeo es un problema, a menos que la forma de la pieza proporcione soporte.

3.

Cuando la pieza de trabajo está sin restricciones (Figura II.11c), el patrón de deformación depende de la razón del diámetro de la pieza de trabajo do respecto al punzón Dp. Cuando

do/Dp > 3, la pieza de trabajo se comporta como un cuerpo semiinfinito y se aplica la Ecuación II.11.

Pi máx = σ f Q i máx = 3σ

f

(II.11)

En razones do/Dp menores (Figura II.11c) ocurre una deformación compleja y las presiones bajan en forma casi lineal hasta alcanzar el valor del esfuerzo de fluencia uniaxial en do/Dp = 1 (Ecuación II.12).

PPerforación = σ f

do Dp

(II.12)

Una pieza de trabajo cilíndrica se puede perforar con dos punzones desde extremos opuestos para preparar un agujero de lado a lado; el material remanente se remueve en una operación separada. La aplicación más frecuente del punzonado es en la indentación de cabezas de tornillos y pernos. Como esto se hace sobre todo en frío y en un recipiente, las presiones sobre la herramienta de indentación pueden ser excesivas. Otra limitación se impone por el agrietamiento, resultante ya sea de esfuerzos de tensión secundarios desarrollados por la expansión de una cabeza sin restricción, o por el agotamiento de la ductilidad en la operación de encabezamiento previa. 1.

Punzón largo (Figura II.12a). Una palanquilla cilíndrica se alabea cuando la razón h/d es demasiado grande, así sucede con un punzón. La fórmula de Euler es pertinente para los METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo II

46

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punzones muy grandes; para los cortos, más usuales en el trabajo de metales, la ecuación (II.13) de Johnson resulta adecuada:

⎡ 4σ p ≤ σ 0.2 ⎢1 − 2 0.2 ⎢ π E ⎣

⎛ Lp ⎜ ⎜D ⎝ p

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

2

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

(II.13)

Donde Lp es la longitud del punzón, Dp su diámetro y E es el módulo de Young para el material del punzón (210 GPa para el Acero, 350 GPa para el Carburo de tungsteno).

2.

Punzón corto (Figura II.12b). Es igual al recalcado axial de un cilindro y p = σ0.2 Los punzones de acero están limitados a aproximadamente 1 200 MPa en compresión simple. Algunos punzones de WC cementados con cobalto operan a presiones hasta de 3 300 MPa.

3.

Platina plana (Figura II.12c). Cuando una matriz plana es mayor que la pieza de trabajo, ésta se convierte, en efecto, en un punzón. Así, por analogía con el punzonado. Cuando D >

3d en la platina, p = 3σO.2. Cuando la placa es más pequeña resulta en la Ecuación (II.14): p = σO.2 (D/d).

4.

(II.14)

Cavidad (Figura II.12d). Éste es un caso mucho más delicado que el de la matriz plana, porque la pieza de trabajo desarrolla una presión interna, la cual puede reventar la matriz. Esto también es cierto para los recipientes de extrusión. El diseño de recipientes es un tema especializado; como una guía muy burda, p=

σO.2 / 2 cuando D ≥ 3d. De esta manera, un

recipiente de una sola pieza hecho de acero de matriz de alta resistencia puede soportar una presión de hasta 1 000 MPa. La parte interna del recipiente (revestimiento) se puede ensamblar por encogimiento (Figura II.12e) dentro de un anillo exterior mayor (recipiente) o puede envolverse con una banda de acero o con alambre bajo tensión elevada. Así la superficie interior del recipiente está en compresión y

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Capítulo II

DIFERENCIA DE LA TÉCNICA DE DADO CERRADO Y DADO ABIERTO

47

puede soportar hasta 1700 MPa de presión interna. Las construcciones especiales permiten presiones de hasta 2700 MPa.

D d

Dp P

Dp (b)

(d)

P

Recipiente

Revestimiento

(c)

P (a) (e) Figura II.12.- Las herramientas y las matrices fallan por varios mecanismos. a) Los punzones largos por pandeo. b) Los punzones cortos por recalcado. c) Las platinas planas por indentación. d) matriz, e) Las cavidades de la matriz o del recipiente por presión interna.

II.8.- Sumario. En este capítulo se presentó el marco teórico, necesario conocer sobre la manufactura de las piezas, se muestra con claridad las ventajas y desventajas de los tipos de forja, además de las diferencias de realizar forja en frio y caliente, los tipos de aceros utilizados en cada tipo de forja y de trabajo, ya sea el caso de laminado, extrusión o forja.

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

49

PROCESO DE MANUFACTURA.

III.1.- Generalidades.

Una vez conocido un marco teórico de la forja en caliente es necesario establecer un proceso de fabricación para la llave de cruz, ahora se desarrollara un proceso de fabricación que se esta sugiriendo para la manufactura de nuestro herramental para así saber cuáles son los procesos de manufactura que se pueden llevar a cabo para realizar la llave de cruz

III.2.- Metodología para el proceso de manufactura.

Como cualquier proceso de manufactura se necesita una metodología por el cual la pieza que se vaya a realizar debe de transitar, la Tabla III.1 muestra los pasos estructurales analizando el proceso desde que es una barra de acero hasta llegar al empaquetado de la pieza para ser entregada a donde se vaya a realizar su venta.

Tabla III.1.-Proceso de Manufactura 1.- Material a utilizar 2.- Corte de barra. 3.- Calentar barra 4.- Forjar boca hexagonal 5.- Careado de la boca 6.- Maquinado exterior del cuerpo. 7.- Avellanado de la boca. 8.- Pulido de cuellos. 9.- Soldado de llaves en punteadora. 10.- Limpieza de llaves de cruz 11.- Pintura por inmersión o polvo. 12.- Horneado de la pintura. 13.- Empaquetado de las llaves. 14.- Embarque del producto. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

50

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

III.2.1.- Material a utilizar.

Anteriormente la empresa FORJAS LARA utilizaba en la fabricación de sus llaves de cruz un Acero 4140, el cual tiene las siguientes características que se muestran en la Tabla III.2.

Tabla III.2.- Análisis químico según Norma Nacional NMX B-301 (% en peso) Carbón (C)

Silicio (Si)

0.38-0.43

Manganeso

Fosforo

Azufre

Cromo

Molibdeno

(Mn)

máx. (F)

máx. (S)

(CR)

(Mo)

0.75-1.00

0.035

0.040

0.80-1.1

0.15-0.25

0.15-0.35

Hay varias formas en las que se puede conseguir este acero las cuales son: barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera laminadas o forjadas en caliente, peladas o maquinadas, barra hueca, Placa laminada en caliente y en discos. El 4140 es uno de los aceros de baja aleación más populares por el espectro amplio de propiedades útiles en piezas que se someten a esfuerzo, al templarlo se logra muy buena dureza con una gran penetración de la misma, teniendo además un comportamiento muy homogéneo además que tiene también una buena resistencia al desgaste. Por lo general se emplea en cigüeñales, engranes, ejes, masas rotatorias, válvulas y ruedas dentadas, también es utilizado en piezas forjadas, como herramienta, llaves de mano y destornilladores, espárragos, árboles de levas, flechas de mecanismos hidráulicos. En sus propiedades mecánicas al temple, se obtiene la Tabla III.3 donde se observa el tipo de tratamientos térmicos a los cuales se puede someter o son recomendados por él proveedor. Tabla III.3.- Tratamientos térmicos recomendados para aceros SAE 4140 (Valores en °C) FORJADO

1050-1200

NORMALIZADO

870-890

RECOCIDO ABLANDAMIENTO

REGENERACIÓN

680-720

815-870 ENFRIAR AL HORNO

TEMPLADO

REVENIDO

830-850

500-650

Aceite

PUNTOS CRÍTICOS PROX. AC1

AC3

750

795

En la Tabla III.4 se observa el tipo de tratamientos térmicos a los cuales se puede someter o son recomendados por él proveedor para alcanzar un mejor rendimiento mecánico.

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

51

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

Tabla III.4.- Propiedades Mecánicas del SAE 4140 TIPO DE

RESISTENCIA A

LÍMITE DE FLUENCIA

PROCESO

LA TRACCIÓN

Y ACABADO

MPa (kgf/mm2) [ Ksi ]

CALIENTE Y

641

( 63 )

[ 89 ]

427

703

( 72 )

[ 103 ]

620

1172 ( 120 )

[ 170 ]

DUREZA

ALARGA-

REDUCCIÓN

BRINELL

MIENTO

DE ÁREA EN

EN 2%

%

MPa (kgf/mm2) [ Ksi ] ( 44 )

[ 62 ]

187

57

187

[ 90]

223

50

223

[ 159]

341

50

341

MAQUINADO ESTIRADO

( 63 )

EN FRÍO TEMPLADO

1096 ( 112 )

Y REVENIDO

Sin embargo, para la óptima aplicación del proceso de forja en caliente se seleccionó un acero SAE 1045 ya que cubre el requerimiento para la fabricación de las llaves de cruz, es un material de mediano contenido de carbón y actualmente es el material que se utiliza en la empresa Forjas Lara para la forja de llaves de cruz, el cual tiene los siguientes elementos que se muestran en la Tabla III.5

Tabla III.5.- Análisis químico según Norma Nacional NMX B-301 (% en peso) Carbón (C)

Silicio (Si)

Manganeso (Mn)

Fosforo máx. (F)

Azufre máx. (S)

0.43-0.50

0.15-0.35

0.60-0.90

0.040

0.050

El material tiene diferentes formas y acabados como son: barra redonda, cuadrada, hexagonal y solera, laminadas o forjadas en caliente, estiradas en frío y peladas o maquinadas y placa laminada en caliente además de anillos forjados. Dentro de sus características se tiene que entre los aceros de mediano carbono, el SAE 1045 es el más versátil por sus propiedades mecánicas; y es muy utilizado en todas las aplicaciones que se requiera soportar esfuerzos alrededor de los 600 MPa, o en el caso de diámetros mayores, en donde se necesite una superficie con dureza media de 30 a 40 HRc, y un centro tenaz. Aunque su maquinabilidad no es muy buena, se mejora con el estiramiento en frio, además con este acabado es ideal para las flechas, tornillos, etc. de alta resistencia. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

52

Además por sus propiedades mecánicas al temple, se tiene una amplia gama de aplicaciones automotrices y de maquinaria en general, en la elaboración de piezas como ejes y semiejes, cigüeñales, etc. de resistencia mediana. En la Tabla III.6 se observa el tipo de tratamientos térmicos a los cuales se puede someter o son recomendados por él proveedor.

Tabla III.6.- Tratamientos térmicos recomendados para aceros SAE 1045 (Valores en °C) FORJADO

NORMALIZADO

1050-1200

RECOCIDO ABLANDAMIENTO

REGENERACIÓN

650-700

800-850

ENFRIAR AL AIRE

ENFRIAR AL HORNO

870-890

TEMPLADO

REVENIDO

820-850 Agua

300-670

PUNTOS CRITICOS PROX.

830-860

AC1

AC3

730

785

Aceite

Las propiedades mecánicas que tiene el acero a utilizar son las que se describen en la Tabla III.7

Tabla III.7.- Propiedades Mecánicas del SAE 1045 TIPO DE

RESISTENCIA A

PROCESO

LA TRACCIÓN

Y ACABADO

MPa (kgf/mm2) [ Ksi ]

CALIENTE Y

LÍMITE DE FLUENCIA

DUREZA BRINELL

MPa (kgf/mm2) [ Ksi ]

400

( 41 )

[ 58 ] 220

( 22 )

[ 32 ]

116

440

( 45 )

[ 64 ] 370

( 38 )

[ 54]

126

MAQUINADO ESTIRADO EN FRÍO

Propiedades mecánicas mínimas estimadas según SAE J1397:

- Las propiedades arriba listadas, son de una barra de 20 mm a 30 mm de sección, probadas conforme a las prácticas estándar con probeta de 50 mm según norma nacional NMX B - 172. - En barras más delgadas de 20 mm, deben esperarse valores ligeramente mayores en los datos de resistencia. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

53

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

- En barras con diámetros mayores de 30 mm, existe un efecto de masa que tiene una influencia directa sobre las propiedades mecánicas resultando en una disminución ligera de las mismas.

Una vez seleccionado el material que se usará para el proceso, se inicia la forma de manufactura por el cual pasara la pieza y así empezar con todos los pasos para la creación de la misma.

III.2.2.- Análisis de fabricación de una llave de cruz.

Se realizara un análisis de fabricación de la llave de cruz por el cual pasa la herramienta desde el corte de materia prima hasta su venta, después de ello se analizará a profundidad lo que se hace para realizar la llave de cruz partiendo del plano general de la pieza a realizar. 3/4"

2 2 ,5 2 2 2 ,1 7

1 9 ,5 1 9 ,2

32 Ø31 1 .5 x 4 5 °

20 50 16 R3

19

R50

R50

R50 254

17m m 50

50 20

254

28 Ø 27

2 0 ,2 1 1 9 ,7 9

21m m 19

19

20

32 Ø 31

19

1 .5 x 4 5 °

16

R3

R3

Ø 19

1 7 ,5 1 7 ,1 4

16

2 4 ,8 2 4 ,2 5

1 .5 x 4 5 ° 2 1 ,5 2 1 ,1

R50

19 16 50 20 32 Ø31

1 .5 x 4 5 °

13/16"

2 3 ,9 2 3 ,3

2 0 ,7 5 2 0 ,1 5

Figura III.1.- Plano general de llave de cruz con sus cuatro bocas METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

54

Maquina, herramientas de Esquema Explicativo

Fases

corte, elementos

Observaciones

de sujeción y control Troqueladora. Dispositivos

Troquelado. de Colocar la barra

a la

corte.

longitud de 150 a 170

Flexo metro.

mm, oprimir pedal para

1

realizar el corte de la barra 514 19

150 mm a 170mm

2

Horno de

Horno.

Inducción u Horno

Calentar barra en Horno

de Gas.

a una temperatura entre

Pirómetro.

1000 °C a 950 °C

Tabla de temperatura por colores. Prensa de Forja

Offseter.

Dados de Forja.

Colocar barra en dado

Dados de Apriete.

de primer paso de la

Punzones de forja forja a una longitud de COTA No.

3 1 2 3 4

17.14 17.39 29.0 28.0 26.0 23.0 27.0 25.0

de forma hexagonal 150 mm. Retirar barra y Vernier.

colocar en dados de segundo

paso

para

forjar boca de llave de cruz.

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Capítulo III

Torno Horizontal

Torno Horizontal.

Porta herramientas Careado de Boca de

28

de inserto rómbico.

llave de cruz en torno a una RPM de 500,

20,21 19,79

4

55

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

acercar porta herramientas y rebajar un milímetro.

17,5 17,14

50

19

20

5

Ø19

28 Ø27

1.5x45°

Torno Copiador

Maquinado Exterior del

hidráulico.

cuerpo de la Llave de

Patrón de figura de

cruz en torno Copiador

llave de cruz.

dando

Porta herramientas

exterior de 28 mm y la

de inserto rómbico.

longitud de 30 mm, con

Vernier

un radio al final de la

R50

el

diámetro

boca de 19 mm hacia la barra.

6

Taladro de

Taladro de Columna.

columna.

Colocar barra con las

Broca de acero de

dos bocas ya forjadas,

alta velocidad en

bajar el taladro y hacer

D= 38.1 mm

el avellanado.

Motor pulidor.

Motor pulidor.

COTA No. 1

1.57 x 45°

Lija 7

de

esmeril El operador toma una

grano 60.

barra con dos bocas forjadas, coloca en la

COTA No. 1

PULIDO R. 11.0

banda de lija y procede +/- 1.5

a pulir, quitando marcas

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Capítulo III

56

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

de dados de apriete Colocar las barras con

Punteadora. Dispositivo SOLDADO POR FUSION

90°±1°

A

de las 4 bocas a soldar.

bronce a 90°.

Apretar pedal.

Flexometro.

Dejar 1.5 minutos para que se fusión

±5.0

adecuadamente las

8

barras. A

±5.0

COTA No. A

425.4 - 438.1mm

Granalla Granalla

Meter 20 llaves metálica sueldadas a la máquina

de D= 4 ó 4.5 mm 9

de granalla para su limpieza por 2 a 3 minutos

10

Pintura por

Sumergir pieza en la

inmersión o polvo.

tina o colocar pieza en

Pintura negra en

gancho

base de agua.

pintura por medio de

Tina de pintura.

una pistola de polvos, el

O pistola de polvos

proceso depende si se

y

disparar

desea brilloso u opaco. COTA No. 1

PINTURA NEGRA UNIFORME

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

57

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

11

Horno de Pintura.

Meter piezas en horno

Ganchos para

para la cocción de la

colgar llaves.

pintura a una

Estructura para

temperatura de 150 °C a

transporte de llaves

120 °C por

Termómetro

aproximadamente una hora

Empaque Cajas

de

Meter 10 llaves de Cruz cartón en cada caja de cartón.

para empaquetar

Se deja 101 mm de pestaña para cierre de caja. Se

COTA No.

12 1 2 E L

coloca

hoja

de

especificaciones. CANTIDAD POR CAJA

ETIQUETA 90 mm 520mm 270mm

Embarque

Se colocan las cajas en tarimas

para

transporte, camas 13

de

su

haciendo 8

cajas,

haciendo un máximo de 4 camas. COTA No. 1

VISUAL

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

58

III.2.2.1.- Corte de barra.

El material que se utilizará para el proceso de forja es un acero SAE 1045 RC. con 19 mm de diámetro, el corte de la barra se realiza en una prensa de 10 toneladas en el área de troqueles, el operador enciende la máquina, desliza la barra ∅ 19 mm hasta que tope con una distancia previamente calculada, la maquina se observa en la (Figura III.1), una vez realizado el corte se procede a presionar el pedal de accionamiento del troquel este deja una longitud de 498.5 - 504.8 mm, posteriormente se coloca el material en el Rack correspondiente, sin que sea rebasada la altura para que las barras cortadas no se caigan por todo el recorrido hasta la siguiente máquina y puedan ocasionar algún accidente. Debe observarse que la longitud de las barras dependerá del filo de las cuchillas, ya que si está bien se dejara en una longitud de barra de 498.5 mm, y si el brío esta gastado se dejara en una longitud de barra de 504.8 mm.

Figura III.1.- Troquel para corte de Material

III.2.2.2.- Temperatura en las barras.

Una vez cortadas las barras se procede a llevar la materia prima en los Racks a un horno de inducción o en caso de que no se tenga el horno de inducción será llevado a un horno de gas. A continuación se toma la barra del rack, se acomoda la barra en el horno de inducción, se acciona el pedal para que la barra suba al interior del inductor y se caliente a una temperatura aproximada de 950 °C a 1000 °C, (Figura III.2) se retira la barra y se continúa a la siguiente operación. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

59

En caso que no se tenga un Horno de inducción controlado por un PLC, lo que se hace es colocar las barras dentro de un horno de inducción de gas, en las cuales se pueden meter varias barras dependiendo de la capacidad del horno, sea que tenga un buen tamaño o sea un horno pequeño, de cualquier manera en este tipo de hornos que no son controlados por un PLC la medición de la temperatura es empírica ya que se realiza mediante una forma visual del hornero, que al ver el color del acero y en base a una tabla de temperatura por colores (Anexo I tabla de Temperaturas) procede a retirar las piezas del horno y pasa al siguiente proceso.

Figura III.2.- Horno de Inducción controlado por PLC

III.2.2.3.- Forjado de boca hexagonal.

El siguiente proceso es realizado por un máquina de forja de cierre horizontal en dado cerrado conocida como offseter, la cual sirve para acumulación de material y formación de la forja definitiva (Figura III.3), la barra rápidamente es colocada dentro de los dados de forja pues al ser sacada del horno inmediatamente comienza la transferencia de calor por el medio ambiente y después por la colocación del material en los dados de forja donde también hay transferencia de calor y es ahí en donde empezará la acumulación de material para crear la boca de 17 mm, 3/4“,13/16” o 7/8” según sea el caso. En el primer paso, la temperatura baja drásticamente a 850

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Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

60

°C por el choque de dados y punzón con el material pues los dados y el punzón regularmente trabajan de 300 °C a 350 °C.

Figura III.3.- Prensa de Offseter para acumulación y formación de la forja

El segundo paso tiene que ser rápido pues si la temperatura llega a 650 °C ya no se podrá continuar con el proceso pues ya se rebasó la temperatura del punto de la deformación plástica. Y podría romper el punzón o atorar la máquina ya que el golpe es a 500 Ton. El operador se da cuenta de la falta de temperatura fácilmente observando el color del material, se nota claramente el color rojo obscuro (Ver anexo I).

Si se llegara a dar este caso de la baja temperatura se podría calentar la barra de nuevo solo sin exceder el calentamiento de 900 °C pues si se llegara a 950 °C o 1000 °C provocaría una de carbonización en el material y puede ocasionar poros en el producto final y aunque no afecte mecánicamente no es agradable a la vista y por lo tanto no es comerciable.

Dependiendo la boca de la llave de cruz se podría necesitar de dos a tres pasos de forja para obtener la pieza, todo depende de la cantidad volumétrica que se requiera, una vez fabricada se acomoda en el rack para volver a iniciar el ciclo de operación en la figura III.3.1 se muestra la operación. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

61

Este proceso tiene que ser rápido pues los choques térmicos y el intercambio de temperatura es mayor debido al número de pasos el operador tiene un promedio de 1 minuto para realizar los tres pasos.

(d)

(a)

(b)

(c)

Figura III.3.1.- Dados de forja de tres pasos (a) 1er paso, (b) 2do paso, (c) 3er paso y (d) puntos a revisar de la boca de la llave de cruz

Este proceso se lleva a cabo bajo controles de calidad bastante estrictos, este alude a un muestreo y un control de las piezas, para reducir la posibilidad de tener que checar el lote completo para ver si todas las piezas están mal o solo ocurrió descuido del operador, quizá encontrar desgaste en las herramientas de forja, si fuera que las herramientas llegaron a su límite máximo de desgaste, que es aproximadamente 5000 piezas, el lote puede ser desechado, es recomendable que se revisen cada 100 piezas el desgaste en los dados y punzones. Lo más grave es si se erosiona el punzón pues las dimensiones se reducen uniformemente y deja de dar la medida interior del hexágono de la llave de tuercas lo cual no permitiría según los estándares de tuercas para vehículos.

También uno de los problemas mayores al que se enfrenta la forja de la llave de cruz es que en este punto hace mediante un proceso de causa y error, o sea que como no se tiene una medida estandarizada ni un control preciso de la figura volumétrica para forjar, los dados se van haciendo mediante la forja se va realizando para así saber cuál es la medida correcta en la que debe quedar el diámetro exterior de la llave, para que al ser maquina no tenga ningún problema y limpie correctamente y el problema con eso es que queda con un exceso de material el cual perjudica el METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

62

maquinado y hace que cueste más trabajo por el exceso de material ya que la rebaba que deja después de la forja es demasiada, además los dados de forja son de una sola figura y una sola posición, lo cual hace que el cambio de dados para la forja de otra boca sea muy complicado y eleva el tiempo de respuesta para el forjado de de otra pieza o simplemente para el cambio de dados por desgaste, lo cual nos deja en manos de la habilidad del operador para poder realizar el cambio de los dados de forja.

III.2.2.4.- Careado de la boca.

Lo que se procede a hacer es un maquinado exterior en un Torno en el cual el operador toma la pieza del rack móvil y la acomoda en el torno, accionando el botón de arranque de la máquina a 500 RPM, acerca un buril de pastilla de ½, posteriormente el operador detiene el torno y quita la pieza de la máquina y la acomoda en otro rack móvil para facilitar los movimientos a la siguiente operación. (Figura IV.5.) Una vez terminada la operación de careo o refrentado de la boca se transporta a otro torno en el cual se realiza el siguiente maquinado.

Figura III.5.- Careado o refrentado de la Boca METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

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63

III. 2.2.5.- Maquinado Exterior del Cuerpo.

Ya que han sido careadas las bocas de las llaves lo que se hace es un maquinado exterior o cilindrado, ya sea en la misma máquina o en un torno copiador el cual ya tiene patrones guía para que todas las piezas queden iguales, el torno copiador tiene una unidad hidráulica que por medio de un palpador va siguiendo el contorno de un patrón previamente estandarizado a la medida de la pieza. En el siguiente paso el operador toma la pieza del rack y la acomoda en el torno, el cual tiene un punzón de arrastre en forma hexagonal cónica para que así gire la pieza y sea fácil de colocar y remover, acciona el botón de arranque de la máquina, acerca el buril de pastilla de 1/2, con esta operación se da el diámetro exterior de la pieza mediante un cilindrado y en este mismo proceso se tornea el ángulo que tiene la boca hacia la barra (Figura III.6), detiene el torno, quita la pieza de la máquina y acomodando la pieza en el rack, vuelve a colocar otra pieza en la máquina para reanudar el ciclo hasta terminar todas la piezas que tiene el otro Rack.

Figura III.6.- Cilindrado de la Boca en Torno

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Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

64

III. 2.2.6.- Avellanado de la Boca.

Una vez que se han maquinado todas las piezas tanto del refrentado o careado y el cilindrado se manda a un taladro en donde todas las bocas van a ser avellanadas para permitir una mayor facilidad al meter la llave de cruz en la tuerca. (Figura III.7).

Para ello, el operador toma la pieza del rack y la sujeta en un taladro que tiene un dispositivo de sujeción para la pieza, una vez sujeta la pieza se acciona el botón de arranque de la máquina, baja la broca que es de un diámetro mayor que el hexágono de la boca, entonces se realiza el avellanado y sube la broca, detiene la máquina, retira la pieza y la acomoda en el rack.

Figura III.7.- Avellanado de la Boca en Taladro

III.2.2.7.- Pulido de Cuellos.

Una vez que fueron torneadas las piezas se llevan al área de pulido, ya que presentan marcas de los dados de apriete. Se utiliza lija de Esmeril de “Grano 60”, la lija es de banda debido a que la máquina es un motor pulidor de doble brazo y polea para así colocar dos bandas y poner dos operadores para que la cantidad de piezas sea mayor (Figura III.8), el operador toma la pieza del rack y pule las barras hasta el cuello, les quita los residuos o cicatrices de los dados de apriete que regularmente miden de 8 a 10 cm de longitud. Esto sirve para dar una apariencia uniforme a la pieza, el operador coloca las piezas en otro rack y pasan a la siguiente operación.

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Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

65

Figura III.8.- Pulido de las Barras con Banda Lijadora

III. 2.2.8.- Soldado de Llaves en Punteadora.

Una vez pulidas las piezas se colocan en el rack, salen del pulido y se dirigen al área de soldadura, él operador prepara la máquina de soldadura que tiene un dispositivo de sujeción para las dos barras que contienen las bocas que se forjaron, se acciona el pedal de la máquina punteadora ésta baja la parte superior, el proceso de soldadura es por resistencia, una barra se toma como positivo y otra en punto negativo, así se lleva a cabo un cortocircuito, el cual provoca la unión de las barras elevando su temperatura a un rango de 1400 °C a 1500 °C, puestas las piezas pasan aproximadamente 1.5 minutos para que las barras queden fusionadas, una vez terminado el proceso se quitan ambas barras soldadas del dispositivo (Figura III.9), después se acomoda en un área especial para que estas se enfríen a temperatura ambiente, un extremo de la llave que contiene las bocas 17mm - 3/4" y el otra barra contiene las bocas 13/16" - 7/8".

Figura III.9.- Sueldado de las barras con las bocas en Punteadora METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

66

III.2.2.9.- Limpieza de llaves de cruz.

Cuando las piezas ya han sido soldadas y se han enfriado se limpian de escoria a través de la granalla numero 4 o 0.4 mm, el operador prepara la máquina de limpieza con la granalla, toma las piezas del rack y las acomoda en la maquina (Figura III.10. Acciona el botón de arranque de la máquina para que se limpien las piezas, saca las piezas y las acomoda en el rack.

Figura III.10.- Limpiado de las llaves en granalla

III.2.2.10.- Pintura por inmersión o polvo.

En este proceso el operador prepara la solución de esmalte negro o el color que se desee pintar, esta pintura es base agua y evita el plomo de la pintura, ya que la pintura es horneada y al momento de la combustión desprende partículas no toxicas al medio ambiente.

El operador toma una de las piezas del rack y la sumerge en la tina que contiene la pintura después de sumergir todas las piezas se meten al horno en un soporte que no deja que la pintura se marque, este tipo de pintado se usa regularmente cuando se desea que el acabado sea brilloso pero cuando se desea un acabado más opaco o tipo mate se utiliza el proceso de pintura por polvo.

Cuando la pintura es de polvo se toma una pieza del rack, se coloca en unos ganchos para que este colgada y se pueda rotar mientras se le rocía con una pistola neumática el esmalte negro y no

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Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

67

sufra ninguna marca (Figura III.11), después de ello las llaves se cuelgan y meten en el horno para que seque la pintura.

Figura III.11.- Pintura por inmersión o polvo

III.2.2.11.- Horneado de la pintura.

El operador prepara el horno, coloca las piezas en una estructura especial (Figura III.12) para que cuando entre en el horno la pintura se seque uniforme y no le cause ninguna marca a las piezas, las piezas son horneadas a una temperatura de 120 a 150 °C a un tiempo aproximado de 1 hora, una vez que el horno se apaga el operador verifica que la pintura de las piezas este seca, si la pintura no está seca antes que el horno se enfrié las vuelve a meter, en caso de que la pintura esté seca se dejan enfriar las piezas y se verifica la adherencia de la pintura, en caso de que la adherencia de alguna de las piezas no esté bien se despinta y se procede a repetir todo el proceso de pintura, si la adherencia es la correcta se sacan las piezas del horno y las coloca en un área especial en la cual pasara otro operador y se las llevara en el rack para que sean empaquetadas.

Figura III.12.- Ganchos para colgar las llaves para meterlas al Horno

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Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

68

III.2.2.12.- Empaquetado de las llaves.

Se toma una caja de cartón corrugado de 520 x 270 x 90 mm. Se corta de los extremos dejando una altura aprox. de 4" para cerrarla, después se colocan 10 piezas por caja, se doblan las cejas de la caja hacia dentro, se coloca el fleje y se pegan las etiquetas (en la caja y llave). Por último se coloca una hoja de especificación de empaque donde se establece la dirección de entrega, la cantidad que lleva cada paquete y el código del material que se uso.

Figura III.13.- Empaquetado

III.2.2.13.- Embarque del Producto.

En el inicio de embarque debe llevar una etiqueta circular color verde con la leyenda GP-12, hasta que se indique lo contrario, se colocan las cajas de material en tarimas de madera cuando se maneja con montacargas, haciendo camas de 8 cajas cada una, como máximo 4 camas, cada una de las cajas debe de tener la identificación adecuada, se debe de tener los siguientes cuidados: proteger las cajas con plástico, evitar cualquier daño o deterioro a cajas y producto, seguir instrucciones como lo muestra la hoja de especificación de empaque para que así llegue al destino sin ningún problema.

Figura III.14.- Embarque del producto. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo III

METODOLOGÍA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ

69

III.3.- Sumario.

El capítulo III desarrolló el proceso de manufactura de la llave de cruz describiendo paso a paso toda la ruta que se debe seguir para poder llegar al producto terminado, iniciando desde el tipo de material que se necesita, las operaciones por las cuales va a pasar el material, las herramientas que se utilizaron en la forja, los dispositivos y condiciones generales que se necesitan para trasformar la materia prima en una llave de cruz, y junto con ello el empaquetado y almacenaje para que este sea vendido.

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CAPÍTULO IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

Capítulo IV

71

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

DESARROLLO ANALÍTICO DE HERRAMENTALES IV.- Generalidades.

Es fundamental establecer una metodología para el desarrollo de cualquier proyecto de diseño por forja en caliente, a su vez debe ser práctico y aplicable a la manufactura de herramental o pieza que se quiera fabricar. En este caso la metodología propuesta examina uno a uno los pasos de forja de una llave de cruz hasta llegar a la forma requerida. La secuencia a emplear se puede usar en cualquier geometría solo cambiando el tipo de ecuación en base al cuerpo volumétrico que se requiera realizar según las normas establecidas por la asociación de forjadores de Estados Unidos FIA por sus siglas en ingles que significa Forging Industry American.

IV.1.- Reglas básicas de la forja.

La acumulación del acero se hace conforme a las reglas de deformación plástica del acero, es decir la forja del acero en centros de acumulado u OFFSETERS siguiendo las ecuaciones establecidas para ello. Las cuales se obtienen en el manual de la FIA (Forging Industry American). Entonces el proceso se debe iniciar teniendo las siguientes reglas:

1.- Nunca se podrá realizar una deformación mayor de 1.4 veces al diámetro de un material (Figura IV.1) ya que se forman bucles, que son pequeñas burbujas de material hueco los cuales provocan la fractura del material; por ellos es que nunca se debe pasar del 1.4 veces el diámetro y que el material que salga de los dados no pase de 3 veces el diámetro del material a forjar. 3A

3xØA

ØA

Ø1.4xA

1.4A

Figura VI.1.- Pieza a 1.4 veces del diámetro inicial y longitud de 3 veces el diámetro a forjar METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

72

Cuando se sigue de forma correcta la regla antes menciona, lo que sucede es que las fibras del material forjado se orientan con el eje longitudinal de la pieza (Figura IV.2)

Figura IV.2.- Líneas de esfuerzo correctamente alineadas a través del material

Cuando no se sigue la regla de 1.4 veces el diámetro como máximo a forjar por paso y de una longitud de 3 veces el diámetro de la pieza a forjar, sucede que en la pieza la fibra no queda alineada sino corrugada, generando bucles por lo que no tiene una buena resistencia mecánica (Figura IV.3)

Figura IV.3.- Líneas de esfuerzo incorrectas y desordenadas y formando bucles a través del material

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

73

2.- La temperatura de forja fluctúa entre 850 ºC y 1000 ºC dependiendo el material que se esté forjando es decir; para los aceros blandos como 1018 AISI hasta A36 ASTM pueden ser de 850 ºC y los materiales como 4140R AISI y 1060 AISI pueden llegar hasta 950 ºC, pero materiales como el Titanio pueden llegar hasta los 1100 ºC, debido al enfriamiento tan rápido que presenta este material, por lo que el proceso es difícil de controlar ya que en un horno de gas o fragua no se puede dar o saber exactamente la temperatura a la que está el material, porque de aumentar excesivamente la temperatura podría estrellarse el material o mejor dicho fundirse, y de calentar menos el material podría no llenar correctamente las cavidades y generar bucles, debido a las variaciones del poder calorífico del gas generado por el medio ambiente en el que se encuentre él horno, por ello existen actualmente hornos de inducción eléctricos con los cuales al estar debidamente programados con un PLC se obtienen variaciones mínimas de 1 a 3 ºC, que no genera una afectación en el proceso.

3.- Se debe conservar el mismo volumen inicial durante todo el proceso ya que solo se deformará el material aplicando una presión que debe ser constante o en aumento para poder generar la deformación que se requiere teniendo presente lo que se menciona en la Ecuación IV.1.

V Inicial = V Final.

(IV.1)

Esto se refiere a que inicialmente se debe calcular el volumen de la pieza ya terminada, ya sea de forma física o en planos, ya que la forja es solo una acumulación de volúmenes, por lo tanto como se mencionó; el Volumen inicial es igual al Volumen final, siendo el Volumen inicial el de la pieza a forjar y el Volumen final el de la pieza forjada.

IV.2.- Análisis volumétrico para la manufactura de herramientas para forjar una llave de cruz.

Se propone para el desarrollo de la forja en caliente, una llave de cruz normal para extraer tuercas de automóvil, estas se fabrican con cuatro bocas de diámetro exterior de 28 mm y cuyas dimensiones de hexágono son mixtas: 17mm, 21mm, 3/4 pulgada y 7/8 de pulgada, como las cuatro bocas son geométricamente iguales solo se diseña para este trabajo de tesis la boca de

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Capítulo IV

74

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

17mm. Por ende para poder aplicar la forja en caliente se inicia por el cálculo de los volúmenes, conociendo previamente el diseño final de la llave de cruz a forjar, ya teniendo el desarrollo matemático, se procede a realizar el diseño para la fabricación de los herramentales para forjar la llave de cruz. Se muestra en la Figura IV.4 la pieza a fabricar, que es una llave de cruz ampliamente utilizada. 3/4"

ANEXO IV

22,52 22,17

19,5 19,2

32 Ø31 1.5 x45°

20 50

ANEXO II

ANEXO V 16 R3

19

R50

R50

R50 254

17mm 50

50 20

20

254

28 Ø27

20,21 19,79

21mm 19

19

32 Ø31

19

1.5x45°

16

R3

R3

Ø19

17,5 17,14

16

24,8 24,25

1.5 x45° 21,5 21,1

R50

19 16 50 20 32 Ø31

1.5 x45°

13/16"

23,9 23,3

ANEXO III 20,75 20,15

Figura IV.4.- Llave de Cruz de cuatro bocas

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

75

Para iniciar los cálculos se establecen en un plano todas las dimensiones de la pieza a forjar, tal como se muestra en la Figura IV.5. Estas dimensiones son el paso final en cómo debe quedar el herramental, además que esta figura está bajo las dimensiones de normas internacionales para herramienta automotriz. 17mm 50

19

20

Ø19

28 Ø27

20,21 19,79

1.5x45°

Ø17,5 16

R3

17,5 17,14

Figura IV.5.- Plano de la boca a Forjar de 17mm

El procedimiento a seguir para crear los herramentales de la boca de 17 mm, como se mencionó anteriormente se inicia dando las dimensiones de la boca y el hexágono según la norma internacional para herramienta automotriz.

1.- Inicialmente se deja un exceso de material de aproximadamente un 1.5 mm por lado, pero únicamente en el diámetro exterior de la pieza, esto se hace debido a que la forja sale con escoria debido al calentamiento de la barra y al hecho de cómo se dijo se necesita limpiar mediante un maquinado, por lo tanto se deja en un diámetro de 30 a 31 mm como se muestra en la (Figura IV.6). La cual está de acuerdo a la norma de calidad QS-9000 para partes automotrices, donde establece que no perjudica el Rin o tapón del vehículo.

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

76

17mm 50

19

20 31 Ø30

20,21 19,79

19 45°

17,5 17,14

Figura IV.6.- Incremento de 1.5mm por lado en el diámetro

2.- Lo que se debe saber para realizar los cálculos en la forja, es que se inicia por el último paso luego por el primero y dependiendo de cuantos pasos se requiera para realizar la forja se van calculando en orden ascendente, por ejemplo si fueran 6 pasos, se inicia el cálculo por el sexto paso después el primero, luego el segundo y así sucesivamente, esto se deriva debido a que el último paso es el que indica a que volumen mayor es al que va a llegar la pieza. Para el tipo de forja que se está calculando solo se requiere de dos pasos, esto se sabe ya que una de las reglas mencionadas por la FIA que es la de no rebasa 1.4 veces el diámetro mayor de la pieza a forjar por lo que queda como: (1.4)(19)=26 mm como diámetro mayor para el primer paso, para el segundo paso sería (1.4)(26)=36 mm dando así el diámetro requerido de la llave de cruz.

3.- Se toma de la (Figura IV.6) los volúmenes de la pieza a calcular, delimitando una por una las figuras volumétricas que contiene la pieza. Para realizar el cálculo de cada volumen tanto de los volúmenes sólidos como de los volúmenes huecos, la (Figura IV.7) muestra los volúmenes a trabajar.

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

50 20 31 Ø30

77

19 V5

V3

19

V4

45°

V2

V1 Figura IV.7.- Diagrama de los volúmenes a calcular

4.- Se inicia con el cálculo de los volúmenes de los sólidos los cuales son: V1 y V2 con la ecuación (IV.1) se calcula el volumen de los cilindros.

V1 =

πD 2 4

•L

Posteriormente se procedió a la sustitución de los valores en base a la (Figura IV.7)

Diámetro mayor = 31 mm

Longitud = 50 mm

V1 =

(π )(31) 2 • 50 4

V1 =

3019.07 • 50 4

Por lo tanto el volumen del cilindro es de:

V1 = 37738 .38 mm3

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(IV.1)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

78

La siguiente ecuación sirve para el cálculo del volumen dos que es un cono trunco.

V2 =

π 12

( D 2 + Dd + d 2 ) • L

(IV.2)

Sustituyendo los valores se tiene:

V2 = 0.262[(31) 2 + (31 • 19) + (19) 2 ] • 20

Reduciendo términos se obtiene:

V2 = 0.262 • 1911 • 20 Por lo tanto se obtiene el valor del volumen dos el cual es un cono trunco por lo tanto:

V2 = 10013.64mmm m3 3 Una vez que se han obtenido los valores de los dos volúmenes sólidos que se tienen, se suman los volúmenes sólidos por lo tanto se tiene:

Vs = V1 + V2 Sustituyendo los valores en la ecuación se tienen:

Vs = 37738 .38 + 10013 .64 Lo cual deja un volumen total para los sólidos de:

Vs = 47752 .02 mmm m3 3 METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

(IV.3)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

79

Ahora, ya que se ha calculado el volumen total que ocupan los sólidos, lo que se procede ahora es a calcular los volúmenes huecos que se refiere a la aparte del hexágono que es el V3, y dos conos que hay dentro de la pieza el cual uno es el V4 que es el cono trunco, y el V5 que es un cono normal, tal como se mostró en la (Figura IV.7)

Posteriormente, para calcular los volúmenes huecos se empieza por el volumen del Hexágono y para ello se tiene la Ecuación IV.4: V3 =

P•a •L 2

(IV.4)

Pero para poder emplear esta ecuación, como se puede observar, se necesita de dos elementos que no se poseen que son; el perímetro P y la apotema a, por lo tanto lo primero que se realiza es el cálculo de estas incógnitas. Apotema es la distancia entre el centro de un polígono regular a cualquiera de sus lados, por lo tanto en esta no se tiene ningún problema ya que es un hexágono la Figura IV.8 muestra las dimensiones.

17mm 50 20 31 Ø30

20,21 19,79

45°

17,5 17,14

Figura IV.8.- A partir de esta figura se calcula la apotema y se calcula el V3

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

80

Entonces para poder calcular la apotema se toma la distancia que hay entre caras y se divide entre dos con lo que se obtiene la apotema:

a=

17.5 = 8.75mm mm 2

(IV.5)

El perímetro es el contorno de una superficie y para poder calcularlo se tiene:

P = h•n

(IV.6)

Donde “P” es el perímetro “h” es la altura del centro del hexágono hasta una de las aristas y “n” es el número de caras o lados que tiene la figura geométrica para nuestro caso es de seis caras. El cálculo de la altura se hace por Trigonometría y para ello se tiene la siguiente (Figura IV.9)

h 30° 8,75

Figura IV.9.- Triangulo formado del hexágono interior de la pieza

Para resolver el triangulo se tiene la siguiente ecuación:

Cosθ =

C. A h

Sustituyendo los valores:

Cos30 =

8.75 h

Por lo tanto despejando esta ecuación:

h=

8.75 Cos30

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(IV.7)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

81

Por lo tanto:

h = 10.1mm mm Una vez que se obtiene la altura, se puede sustituir los valores en la ecuación (IV.6) para el perímetro entonces se dice que:

P = 10.1 • 6 Por lo tanto se obtiene que el valor del perímetro sea: P = 60.6mm mm Ahora ya que se obtuvieron los valores del perímetro y la apotema se sustituyen en los valores de la ecuación (IV.4) la cual es la correspondiente al volumen tres V3.

V3 =

P•a •L 2

(IV.8)

Por lo tanto sustituyendo los valores:

V3 =

60.6 • 8.75 • 20 2

Por lo tanto el valor total del volumen tres es:

V3 = 5302 .5mmm m3 3 Una vez calculado el volumen del hexágono, se calcula el volumen del cono trunco, que es el volumen cuatro “V4” y para ello se podrá utilizar la misma ecuación es:

V4 =

π 12

( D 2 + Dd + d 2 ) • L

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(IV.9)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

82

Sustituyendo los valores se obtiene:

V4 = 0.262[(17.5) 2 + (17.5 • 12.7) + (12.7) 2 ] • 30

Reduciendo términos:

V4 = 0.262 • 689.79 • 30 Por lo tanto se obtiene que el valor del Volumen cuatro del cono trunco es de:

V4 = 5421 .75mmm m3 3 Una vez calculado el volumen del cono trunco ahora se calcula el volumen del cono que es el volumen cinco “V5” y para ello se tiene la siguiente ecuación:

V5 =

1 π • D2 • L 12

Sustituyendo los valores se obtiene:

V5 =

1 π • 12.7 2 • 5 12

Por lo tanto se obtiene que el valor del Volumen cinco del cono es de:

V5 = 211.3mmm m3 3

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(IV.10)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

83

Una vez que se han obtenido los valores de los volúmenes huecos lo que procede es una simple suma de volúmenes como la de los volúmenes sólidos por lo tanto:

VH = V3 + V4 + V5

(IV.11)

Sustituyendo los valores en la ecuación se obtiene:

VH = 5302.5 + 5421.75 + 211.3 Lo cual deja un volumen total para los volúmenes huecos de: mm3 3 V H = 10935 .55mm

Ahora ya que se ha calculado el volumen que tiene las partes huecas, lo que se hace es calcular el volumen total que tiene la pieza que se está forjando, por lo tanto lo que ahora se efectúa es la aplicación de la ecuación (IV.12):

VT = VS − VH

(IV.12)

Sustituyendo los Valores de los Volúmenes sólidos y Volúmenes huecos:

VT = 47752 .02 − 10935 .55 Por lo tanto se obtiene el Volumen Total del segundo paso que es:

VT = 36816.47mmm m3 3 Ahora es necesario realizar los cálculos pertinentes para el primer paso, debido a que esta forja no se va a realizar de un solo golpe, sino que es mediante el uso de 2 impactos, ya que uno solo no efectuaría adecuadamente la acumulación del volumen requerido. Es pertinente recordar lo que se

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

84

mencionó anteriormente, porque en el caso de la forja los cálculos comienzan con la forma final de la pieza, debido a que ahí se conoce el volumen completo que tiene el herramental, después de ello se hace el cálculo para el primer paso del herramental para así poder igualar los volúmenes y saber la cantidad que materia prima que se requiere para llenar los dados de la forja.

Ahora el diseño del primer paso de la forja es un poco más complicado que el anterior, pero solo en su diseño, ya que se tiene que checar cómo quedaría la forma de esta figura para así poder realizar las operaciones correspondiente para la obtención del volumen y que esté tenga el mismo valor que el del paso final de la forja, para la obtención de este se tienen que realizar demasiados cálculos y figuras para poder así igualarlo y obtener el mismo valor que el que se obtuvo en la figura final de la forja, algunas herramientas que agilizan el diseño mecánico de las piezas son los programas de computo CAD, mediante estos se podrá realizar los cálculos más rápidamente. Para el primer paso de la herramienta a calcular se tiene la (Figura IV.10)

13,85

19

9,86

36,87

20°

10°

V4

12,7

V1

30,99 15,88

23,75

V3

V2

9,52

V5

Figura IV.10.- Plano del primer paso manteniendo el mismo volumen

Empleando las ecuaciones del cálculo anterior y debido a que son prácticamente las mismas figuras geométricas, se obtendrá el volumen de los sólidos a partir de la (Figura IV.10) ahora empezando por el cilindro del Volumen 1:

V1 =

πD 2 4

•L

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(IV.13)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

85

Al sustituir los valores se tiene:

Diámetro = 31 mm

Longitud = 12.7 mm

(π )(31) 2 V1 = • 12.7 4

V1 =

3019.07 • 12.7 4

El volumen del cilindro es de:

V1 = 9585.54mm 3 La siguiente ecuación sirve para calcular el V2 que es un cono trunco.

V2 =

π 12

( D 2 + Dd + d 2 ) • L

Sustituyendo los valores se obtiene:

V2 = 0.262[(31) 2 + (31 • 23 .75) + ( 23 .82 ) 2 ] • 9.906

Reduciendo términos:

V2 = 0.262 • 2266.81• 9.906 Por lo tanto se obtiene que el valor del Volumen dos del cono trunco es de: 3 V2 = 5883 .22 mm mm3

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(IV.14)

Capítulo IV

86

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

Usando la ecuación para el volumen de los cilindros se calcula ahora el Volumen tres “V3”:

V3 =

πD 2 4

•L

(IV.15)

Sustituyendo los Valores se obtiene:

V3 =

(π )(23.75) 2 • 36.83 4

En la reducción de términos queda:

V3 =

1772.05 • 36.83 4

Por lo tanto el volumen del cilindro es de: 3 V3 = 16316.2mm mm3

De nuevo usando la ecuación para el volumen de los conos truncos se calcula el Volumen Cuatro “V4”:

V4 =

π 12

( D 2 + Dd + d 2 ) • L

Sustituyendo los valores se obtiene:

V4 = 0.262[(23.75) 2 + (23.75 • 19) + (19) 2 ] • 13.85 Reduciendo términos:

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(IV.16)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

87

V4 = 0.262 • 1376.31 • 13.85

Por lo tanto se obtiene que el valor del Volumen cuatro del cono trunco es de: 3 V4 = 4995mm mm3

Una vez que se han obtenido los valores de los volúmenes de los sólidos se realiza una suma de volúmenes por lo tanto:

Vs = V1 + V2 + V3 + V4

(IV.17)

Sustituyendo los valores en la ecuación:

Vs = 9585.54 + 5883.22 + 16316.2 + 4995 Lo cual deja un volumen total para los sólidos de: 3 Vs = 36779 .96 mm mm3

Ahora ya que se ha calculado el volumen total que ocupan los sólidos se procede a calcular el volumen del hueco, lo que se refiere es solo a la aparte del cono que es el V5 Entonces se calcula el volumen del Cono, para ello se tiene la siguiente ecuación:

V5 =

1 π • D2 • L 12

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(IV.18)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

88

Sustituyendo los valores se obtiene:

V5 =

1 π • 16 2 • 9.5 12

Por lo tanto se obtiene que el valor del Volumen cinco del cono es de: 3 V5 = 636.7 mm mm3

Una vez que se han obtenido los valores de los volúmenes huecos lo que procede a realizarse es una simple suma de volúmenes pero en este caso solo se tiene un solo volumen Hueco que es el volumen cinco “V5” por lo tanto se obtiene:

VH = V5

(IV.19)

Sustituyendo los valores en la ecuación (IV.19) se obtiene: 3 V H = 636 .7 mm mm3

Lo cual deja un volumen total para los huecos de: 3 VH = 636.7 mm mm3

Ahora ya que se calculó el volumen total que ocupan los huecos, se calcula el volumen total mediante una operación aritmética la cual es:

VT = VS − VH Sustituyendo los Valores de los Volúmenes sólidos y huecos:

VT = 36779.96 − 636.7 Por lo tanto se obtiene: 3 VT = 36144mm mm3

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(IV.20)

Capítulo IV

89

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

Entonces al checar el volumen del segundo pasó con respecto a la del primer paso se tiene:

Volumen del primer Paso: Volumen del segundo Paso:

3 VT = 36144mm mm3 3 VT = 36816.47mm mm3

Como se observa los volúmenes totales entre el primer y segundo paso son prácticamente iguales, lo cual indica que el cálculo de los volúmenes es correcto, ya que entre el volumen del primer y segundo paso de la pieza a forjar se debe tener una tolerancia de error del 5% como máximo, y el cálculo que se realizó tiene un error del 3% por lo tanto se observa que el cálculo de los volúmenes a forjar es correcta.

Posteriormente de realizar el cálculo volumétrico es necesario conocer la longitud del material que se requiere para realizar la forja y estas queden debidamente sin presentar una deficiencia de material o bien un exceso del mismo. Para ello es necesario calcular la longitud de la materia prima que se obtiene mediante la siguiente ecuación para cilindros:

V=

π

D2 • L

4

(IV.21)

Se requiere despejar la ecuación anterior y sustituir las incógnitas por los valores totales calculados anteriormente, se obtiene la siguiente ecuación (IV.22) la cual se expresa de la siguiente manera:

VT =

π

D 2 • LT

4

(IV.22)

Despejando la ecuación del volumen se obtiene la longitud total:

LT =

VT

π

4

D

2

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(IV.23)

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

90

El siguiente paso es la sustitución de los valores conseguidos, el volumen total que tiene la pieza ya forjada y el diámetro de la barra que se esta utilizando en este caso de 19 mm. (3/4 pulg.)

Sustituyendo los valores en la ecuación (IV.23) se tiene que:

LT =

36816

π

4

19 2

La longitud total es:

LT = 129.85mm mm3 Esta es la longitud total del material que se requiere para que los volúmenes de la forja salgan adecuadamente, tal vez se podría observar que es mucho material, pero lo importante es recordar que la forja en caliente se hace por pasos y generar una acumulación de material paulatina de paso por paso. Por lo tanto al momento de hacer el paso final de ésta acumulación de volumen se obtendrá el herramental que se requiere, y con un poco más de material en los diámetros exteriores para que así se pueda maquinar en un torno a la medida que se requiere.

Ahora ya que se obtuvieron los volúmenes totales de cada paso y la longitud total necesaria para forja la llave de cruz de boca de 17mm se genera la tabla IV.1, y se procede a crear el diseño o dibujos para la fabricación de los herramentales a utilizar en la forja y junto con el dibujo de ensamble (Figura V.11) los planos correspondientes a cada una de las piezas a utilizar en la forja los cuales se pueden ver en el Anexo II

Tabla IV.1.- Tabla de volúmenes boca de 17mm Primer Paso

VT = 36144mm3

Segundo Paso

VT = 36816.47mm 3

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

Figura IV.11.- Plano general de ensamble boca 17 mm METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

91

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

92

Además se genera una tabla de volúmenes de la boca 7/8 tabla IV.2, dando así un plano general de ensamble Figura IV.12, ver anexo III para todos los planos. Tabla IV.2.- Tabla de volúmenes boca de 7/8 Primer Paso

VT = 38851mm3

Segundo Paso

VT = 39019.56mm 3

Tercer paso

VT = 39188.12mm 3

Figura IV.12.- Plano general de ensamble boca 7/8

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

93

Así mismo se generan una tabla de volúmenes de la boca 3/4 tabla IV.3, dando así un plano general de ensamble Figura IV.13, ver anexo IV para todos los planos. Tabla IV.3.- Tabla de volúmenes boca de 3/4 Primer Paso

VT = 36322.9mm3

Segundo Paso

VT = 36154.1mm 3

Tercer paso

VT = 36490.1mm3

Figura IV.13.- Plano general de ensamble boca 3/4 METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

94

Igualmente se generan una tabla de volúmenes de la boca 21mm tabla IV.4, dando así un plano general de ensamble Figura IV.14, ver anexo V para todos los planos. Tabla IV.4.- Tabla de volúmenes boca de 21mm Primer Paso

VT = 33863.92mm3

Segundo Paso

VT = 34031.15mm 3

Figura IV.13.- Plano general de ensamble boca 21mm

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Capítulo IV

PARÁMETROS PRINCIPALES PARA FABRICAR UNA LLAVE DE CRUZ

95

IV.3.- Mejoras en proceso de forja.

Como se observó se llevó a cabo todo un análisis de los cálculos volumétricos necesarios para forjar una llave de cruz los cuales son muy sencillos y rápidos de realizar, y así generar una producción mayor, y de una calidad superior a la que anteriormente se estaba realizando, gracias a este desarrollo ahora ya se puede tener un control más preciso de cómo deben de quedar los dados de forja mediante un diseño de ingeniería, para que ésta no sea mediante el proceso de causa y error, sino que quede en una medida ya estipulada para ser maquinada más fácilmente y así no tenga ningún problema, porque la rebaba que se formaba de la forja era mucha y muy grande, perjudicando así bastante al dado de forja, ya que acelera el deterioro de los herramentales, sin embargo en estos cálculos se analizó de forma matemática, la longitud necesaria para realizar la forja de la llave de cruz y que ésta no quedara sobrada de material y que el maquinado fuera un problema mayor, y así evitar que el punzón de forja se atore en la llave de cruz por exceso de material.

Del mismo modo que los dados de forja se pueden realizar de manera doble, o sea que un solo dado de forja puede contener dos medidas de bocas de llaves de cruz por ambos lados, lo cual economiza la fabricación del dado de forja y lo hace mas práctico, debido a las modificaciones que se generaron en el dado, éste puede ser volteado o remplazado en caso que se requiera de una manera muy rápida, anteriormente el cambio de dado tardaba por promedio un tiempo de una hora ya que había que desarmar todo el mecanismo de forja y esperar a que la máquina enfriara un poco para que no quemara al operador, ahora solo se aflojan dos tornillos allen y en un tiempo máximo de 10 minutos la máquina ya está puesta en marcha nuevamente, porque el dado al ser volteado no tiene que ser precalentado ya que éste lo está debido a las forjas realizadas anteriormente en su contraparte.

IV.4.- Sumario.

En el capítulo 4 se realizó el cálculo necesario para obtener la boca de 17mm de la llave de cruz, usando solamente ecuaciones de volúmenes ya que es la parte más esencial para la forja, porque a partir de esos cálculos se realizan los herramentales necesarios para la forja en caliente.

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CAPÍTULO V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Capítulo V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

97

ANÁLISIS DE RESULTADOS

V.- Generalidades.

Una vez establecido el proceso de manufactura que debe llevar a cabo el herramental para ser fabricado se realizó un sencillo análisis de resultados de fabricación de la pieza bajo el proceso de forjado y bajo un proceso de fabricación de maquinado total para poder así establecer cuál de los procesos es más conveniente en una fabricación de 1000 piezas.

V.1.- Costos de Manufactura.

Los costos de Manufactura sin duda alguna son de los factores más importantes ya que aunque se tengan todos los cálculos de forma correcta y el diseño de la pieza y de los herramentales, si no se tiene al menos un conocimiento general de costos no se podría pensar en una inversión, por lo tanto aquí se analiza de forma general los costos de manufactura.

Se contemplara algunos datos como son: el costo del material, costo de la maquinaria costo de herramientas, costo de dados de forja en caliente y un costo general de un maquinado completo de la pieza.

Es necesario comprender que lo que se pretende con este trabajo, es mostrar una alternativa para la creación de herramentales y así lograr un crecimiento en la industria Mexicana. Los materiales y maquinaria que se necesitan se pueden encontrar dentro de México, el costo depende del proveedor de la materia prima y del lugar donde se consiga la maquinaria.

V.1.1.- Costos de Manufactura por Proceso de Forja.

Debido a que el proceso que se está llevando a cabo es de la forja en caliente, se empezará por examinar el costo del proceso de forja que es utilizado en la empresa de Forjas Lara, analizando la maquinaria principal, y las herramientas y herramentales que se usarán durante el proceso.

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Capítulo V

98

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para ello se realiza una tabla de costos del proceso de Forja en Caliente, para llevar a cabo una producción de 1000 llaves de cruz, se obtiene la Tabla V.1. Tabla V.1.- Tabla General de Costo de la Forja HERRAMIENTAS A UTILIZAR

COSTO EN MONEDA NACIONAL

Offseter (Maquina de Forja)

$ 650,000.00

Horno de Gas

$ 45,000.00

Dados de Forja

$ 18,700.00

Torno Hidráulico

$ 45,000.00

Taladro

$ 20,000.00

Caja de 10 Buriles de Pastilla

$ 800.00

Materia Prima

$ 7,000.00 TOTAL

$ 768,500.00

Ahora es necesario recordar que para que el proceso de forja sea costeable, éste debe emplearse para crear producciones de altas cantidades, por ello es que la producción que aquí se pretende realizar es de un total de 1000 piezas, lo que se tardaría aproximadamente 2 días como máximo en forjar todas las barras, por lo tanto en fabricar toda la llave con sus cuatro bocas y de mas procesos se haría en un tiempo de 4 a 6 días como máximo.

Observando los precios se nota que el costo de los dados tal vez sea un poco elevado sin embargo es necesario analizar la cantidad de material que se requiere para la fabricación de ellos y tomar en cuenta el costo del acero a utilizar para ello se obtiene la Tabla V.2.

Tabla V.2.- Costos de los Dados de Forja PIEZA A FABRICAR

COSTO x KILOGRAMO

COSTO SUBTOTAL

4 Bloques de 6 Kg x pza

$ 350.00 por kg

$ 8,400.00

Fabricación Dados de figura doble

$ 1,200.00 por Juego

$ 2,400.00

4 Bloques de 4.5 Kg x pza

$ 350.00 por kg

$ 6,300.00

Fabricación Dados de apriete

$ 800.00 por Juego

$ 1,600.00 TOTAL $ 18,700.00

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Capítulo V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

99

Es importante mencionar que los dados de Forja en caliente son de un acero especial, ya que éste necesita propiedades térmicas especiales, además que pueda soportar un enfriamiento brusco como el que se estará generando durante todo el proceso de forjado, este material se conoce como H-13, es un material que se consigue ya sea en Aceros Palméxico o en Aceros Fortuna actualmente Carpenter; también es importante definir el hecho que los dados que tienen la figura del primer y segundo paso tienen un peso de 6 Kg cuando estos están sin ser maquinados o se encuentran en estado de material en bruto, sin embargo este tipo de dados solo sirven para forjar la cantidad de 5,000 piezas, también se está haciendo mención de los dados de apriete los cuales tienen un peso de 4 Kg cuando están sin maquinar, estos son más ligeros ya que son un poco más pequeños que los dados de figura, y son baratos en su maquinado porque solo llevan un barreno pasado que sujeta la barra para que esta reciba el impacto de la máquina forjadora y los dados con la figura molden la barra, estos dados de apriete por lo tanto sirven para una cantidad de 20,000 piezas.

Es propio mencionar el hecho que los dados de forja que se están mencionando son los de doble figura y el costo no aumenta mucho ya que la hora máquina de una fresadora es más cara que la hora máquina de un torno lo que lleva a que el costo de torneado de la doble figura solo aumente en 500 pesos con relación al costo de los dados cuando éste solo tenía una sola figura.

También se implementaron el uso de Porta herramientas de carburo de Tungsteno DNMG 4225 tipo rómbico, que ya no tiene que ser afilado y da un aumento del 70% de producción antes de ser desechado, y el operador ya no tiene que estar constantemente afilando sino que el remplazo de este es bastante rápido y conserva la medida precisa con la que se estaba haciendo el maquinado, y no solo eso sino que se aumentan las RPM del maquinado, el avance de corte, y la profundidad de corte lo cual da como resultado una pieza en menor tiempo de maquinado y de mayor calidad.

Anteriormente el operador tenía que ir a afilar el buril de pastilla lo cual generaba muchos tiempos muertos en la producción y siempre se tenía que confiar en la habilidad del operante y si él era nuevo y no sabía afilar, el problema se agravaba, ya que la producción disminuía considerablemente, debido a que si el filo no era correcto o al meter el corte, el buril se METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

100

despostillaba y tenía que ser afilado nuevamente y aumentando tiempo desperdiciado. Gracias a este sistema de porta herramientas lo que se hizo también es que se pudieron implementar sistemas de copiadores a los tornos, para así poner patrones ya con la medida exacta a la que va a quedar la pieza y de ese modo todas las demás piezas salgan exactamente iguales.

Junto con este sistema de torneado lo que se implementó fue un sistema de limpieza en las llaves forjadas por el hecho de que cuando salen de la máquina de forja, salen con mucho carbón impregnado debido a que el calor provoca que éste se exteriorice, lo cual provoca que si no se limpia cuando este empiece a ser torneado todo ese carbón caiga sobre la bancada del torno y sirva como abrasivo para la maquina y sufra un desgaste mayor, por lo tanto lo que se hace es mandarlo a la Granalla para que toda esa suciedad provocada por la forja se limpie, de esta manera la máquina no generara tanto desgaste en sus componentes

V.1.2.- Costos de Manufactura por Proceso de Maquinado.

Una vez que se ha analizado el costo del proceso de forja que se lleva a cabo en Forjas Lara, también se hará un análisis de un proceso que actualmente está en uso en la empresa CENTURY, este es el del proceso de maquinado completo.

Es preciso que se recuerde que los CNC en sus controladores y sistemas electrónicos son muy delicados, y el mantenimiento a estas máquinas es bastante elevado, además todas estas máquinas son de importación, por lo tanto el técnico regularmente es extranjero y aunque fuera un técnico nacional, el costo por la consulta de éste, es bastante cara.

Se sabe que para poder utilizarlas también se requieren de personal calificado al menos en la programación, además de ser vigiladas durante el proceso que lleve a cabo, y una vez que ya han sido programadas las puede usar prácticamente cualquier persona.

Aunque estas máquinas son operadas por personal calificado, también se mencionó que son muy rápidas y efectivas, por ello es que es necesario sean analizadas en sus precios como una alternativa al proceso que se está realizando de la llave de cruz. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo V

101

ANÁLISIS DE RESULTADOS

. En la Tabla V.3. Se verá el costo general de las máquinas que se usarán para realizar la manufactura, que al igual que en la forja se hará una producción de 1000 piezas pero bajo un proceso de maquinado completo de las piezas.

Tabla V.3.- Costo general por proceso de maquinado MAQUINARIA Y HERRAM. A USAR

COSTO

Torno CNC

$ 550,000.00

Fresadora CNC

$ 650,000.00

Dispositivo de Sujeción del Torno

$ 1,000.00

Dispositivo de Sujeción de la Fresadora

$ 20,000.00

3 Cajas de 10 Insertos

$ 6,000.00

Materia Prima

$ 35,000.00

5 Cortadores de carburo de ∅ 1/8

$ 5,000.00 TOTAL

$ 1, 267,000.00

Desglosando los procesos, para el torno se necesita un sistema de arrastre o de posicionamiento de entre puntos para que pueda funcionar el programa de un solo paso y no tener que voltear la pieza, en el caso del dispositivo de la fresadora se necesita uno más complicado ya sea por presión hidráulica o neumática para no confiar en la forma en cómo apriete el operador la barra, esta presión debe ser constante para que la barra con el maquinado no se mueva y este siempre rígida por ello es que el dispositivo de la fresadora es tan caro. Solo se utilizarán dos herramientas las cuales se ven en la Tabla V.4.

Tabla V.4.- Tabla del Costo de los Insertos HERRAMIENTAS

COSTO DE LA HERRAMIENTA

2 Cajas de Insertos para el torno

$ 4,000.00

1 Caja de insertos para broca

$ 1,000.00

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Capítulo V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

102

V.1.3.- Costos de la Materia Prima.

Como se puede notar, el costo de proceso de uno a otro aumentó considerablemente, es necesario saber el costo entre materiales, en la empresa Forjas Lara se utiliza como ya se menciono un acero 1045, y en la empresa CENTURY se utiliza actualmente un acero 4140R, por ello a continuación se presenta un desglosamiento del costo de las barras.

BARRAS DE 3/4 (19mm). Para lograr una disminución de costos en Forjas Lara se compra el material por tonelada para que así sea más barato, el costo de estas barras de acero 1045 para realizar una producción de 1000 piezas es: •

Cada barra mide 6 metros.

•

Cada tonelada trae aproximadamente 100 Barras.

•

El costo de la tonelada es aproximadamente de $7,000.00 pesos.

•

Cada tramo a utilizar cuesta aproximadamente $14.00 pesos.

•

De una tonelada de acero se sacan las 1 000 barras a usar para la forja.

BARRAS DE 1 1/2 (38.1mm). Ahora se analiza el costo de una barra de acero 4140R que utiliza la empresa CENTURY la cual es de un diámetro mucho mayor que la barra anterior debido a que esta es mediante el proceso de Maquinado completo: •

Cada barra mide 6 metros.

•

Cada tonelada trae aproximadamente 18 barras.

•

El costo de la tonelada es aproximadamente de $7,000.00 pesos.

•

Cada tramo a utilizar cuesta aproximadamente $35.00 pesos.

•

De una tonelada se sacarían solo 198 piezas.

•

Para obtener las 1000 piezas que se requirieren se necesitan 5.5 Toneladas.

Como se pudo notar el costo del material de 19 mm y 38.1 mm, aumenta considerablemente debido a que el diámetro de la barra que se requiere para poder obtener la cantidad de 1000 piezas, por el proceso de maquinado completo es mucho mayor que el diámetro de la barra que se METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo V

103

ANÁLISIS DE RESULTADOS

utilizará para forjar en caliente, por ende se necesita una cantidad mayor de barras de diámetro de 38.1 mm, ya que como se vió la barra pesa mucho más que la de 19mm y la cantidad de piezas es menor.

V.1.4.- Costo de inversión.

Se analizó algunos costos directos en la manufactura de una llave de cruz por un método de forja en caliente, pero también es necesario conocer algunos costos indirectos como son los salarios del personal a utilizar, la energía eléctrica que se consume, la renta de un local, costo del diseño, etc. Lo mas importante es en cuanto tiempo se puede empezar a obtener una ganancia a partir de la inversión, tomando en cuenta que el mercado ya está abierto, lo que se pretende es reducir gastos de fabricación.

En la tabla V.5 se pone el costo de estos por un método de forja en caliente

Tabla V.5.- Tabla de costos indirectos por forja en caliente INVERSIÓN INDIRECTA

COSTO

20 Trabajadores x 800 por mes

$ 64,000.00

Energía eléctrica $3 pesos x kilowatt

$ 60,000.00

Renta de local

$40,000.00

Costo de diseño

$20,000.00

2 Personas de mantenimiento

$12,000.00

Esta es solo una referencia para una mayor precisión de costos ya que estos varían, el tiempo de recuperación de la inversión es aproximadamente de 6 meses a 1 año, aunque los costos en materia prima disminuyen, la maquinaria a utilizar tiene un costo elevado.

V.1.5.- Comparación de costos.

Cuando se han examinado lo precios de producción de la llave de cruz mediante ambos procesos, es bueno mostrar las tablas con todos los precios para así poder realizar una comparación, METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo V

104

ANÁLISIS DE RESULTADOS

mencionando el costo anterior de la forja en caliente y el costo actual con las modificaciones que se hicieron en el proceso, el cual a la fecha se está llevando a cabo, y haciendo a la vez una comparación con los que se hacen por un maquinado completo por la empresa CENTURY, también el checar por que se están usando máquinas convencionales para realizar los maquinados cuando se hace por un proceso de forja en caliente y no con CNC. Y asi llegar a la tabla comparativa de precios.

Entonces para empezar ese análisis de comparación se tiene la tabla V.6.

Tabla V.6.- Costos por forja en caliente proceso anterior FORJAS LARA PROCESO ANTERIOR PIEZA A FABRICAR Y MAQUINARIA A USAR

COSTO x KILOGRAMO

COSTO SUBTOTAL

4 Bloques de 6 Kg x pza. Fabricación de los Dados 4 Bloques de 4.5Kg x pza. Fabricación de los Dados Offseter (Maquina de Forja) Horno de Gas Dados de Forja Torno Hidráulico Taladro Caja de 10 Buriles Materia Prima

$ 350.00 por kg $ 1,200.00 por Juego $ 350.00 por kg $ 800.00 por Juego

$8,400.00 $2,400.00 $6,300.00 $1,600.00 $650,000.00 $45,000.00 $18,700.00 $45,000.00 $20,000.00 $800.00 $7,000.00 TOTAL $ 805,200.00

         

En la tabla V.6 se puede observar gran parte de los costos de las cosas necesarias para empezar a realizar una forja y maquinar las piezas, este es el precio con el que se hacía anteriormente la forja de las llaves de cruz, sin embargo los dados de forja fueron modificados y se hicieron de doble figura ya que anteriormente se realizaban de una sola figura y los buriles de pastilla de ½ para el maquinado de las piezas también fueron reemplazados por insertos rómbicos. METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo V

105

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Ahora se analizará el costo de la forja bajo el proceso propuesto, con los dados de doble figura y con los porta insertos y para ello se tiene la Tabla V.7

Tabla V.7.- Costos por forja en caliente proceso propuesto FORJAS LARA PROCESO PROPUESTO PIEZA A FABRICAR Y MAQUINARIA A USAR

COSTO x KILOGRAMO

COSTO SUBTOTAL

4 Dados de 6Kg x pza Fabricación de los Dados 4 Dados de Apriete 4.5Kg Fabricación de los Dados Maquina de Forja) Horno de Gas Dados de Forja Torno Hidráulico Taladro Caja de 10 Insertos Materia Prima

$ 350.00 por kg $ 1,700.00 por Juego $ 350.00 por kg $ 800.00 por Juego

$8,400.00 $3,400.00 $6,300.00 $1,600.00 $650,000.00 $45,000.00 $18,700.00 $45,000.00 $20,000.00 $2,000.00 $7,000.00 TOTAL $ 807,400.00

         

En esta tabla de puede notar que el costo se eleva un poco por el uso de los dados dobles y los porta herramientas, sin embargo este costo que se eleva es bien remunerado por el hecho que los dados de forja duran el doble de vida útil, y con los insertos se reducen bastante los tiempos muertos de afilado, y no solo eso sino que soportan un corte mucho mayor con un avance más rápido, lo cual se refleja en un aumento de producción, y con una mayor calidad.

Ahora también se tiene la tabla V.8 donde se dan los costos por un maquinado completo que utiliza la empresa CENTURY.

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Capítulo V

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

Tabla V.8.- Costos por maquinado completo CENTURY MAQUINADO COMPLETO MAQUINARIA Y HERRAM. A USAR COSTO Torno CNC $550,000.00 Fresadora CNC $650,000.00 Dispositivo de Sujeción del Torno $1,000.00 Dispositivo de Sujeción de la Fresadora $20,000.00 3 Cajas de 10 Insertos $6,000.00 Materia Prima $35,000.00 $5,000.00 5 Cortadores de carburo de ∅ 1/8 TOTAL $ 1, 267,000.00

Como se nota el costo se eleva considerablemente de un proceso de forja a un proceso de maquinado completo, lo cual lleva a obtener la tabla V.9 donde se muestran las diferencias de los costos.

Tabla V.9.- Tabla comparativa de precios Forja LARA Proceso anterior

Forja LARA Proceso propuesto

CENTURY Maquinado

$ 805,200.00

$ 807,400.00

$ 1, 267,000.00

Se puede pensar que por el hecho que el proceso de maquinado completo que realiza CENTURY es en máquinas de control numérico, y que en el proceso de forja en caliente se utilicen máquinas convencionales, es lo que hace que aumente radicalmente el costo, pero para aclarar ese punto es necesario dar a saber que cuando se hace por un sistema de forja no es muy conveniente utilizar maquinas CNC, ya que con una máquina con sistema de copiador se puede sustituir fácilmente ese tipo de máquinas y reduce el costo y tiempo de reparación, porque el personal de mantenimiento para este tipo de máquinas convencionales son nacionales.

En el caso de las máquinas CNC se necesita de personas de mantenimiento extranjeras los cuales tardan de dos a tres días en responder la solicitud de mantenimiento, esto hace que aumenta el METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

Capítulo V

ANÁLISIS DE RESULTADOS

107

costo de producción, además, ya que solo se tornean las bocas que se forjan no es necesario una máquina CNC, aunque las máquinas sean realmente eficientes, ya que la barra solo necesita de un lijado para así tener el terminado correcto para el pintado de la misma.

Por lo tanto con este sistema de forja en caliente se está empleando máquinas convencionales que se consiguen en el país y así también se activa el comercio nacional, generando no solo un sistema de rápida producción, sino también un generador de empleo para mas personas.

Lo que se observa también es que el costo entre el sistema de forja usado y el propuesto, hay un aumento de precio, por lo tanto se podría pensar que para qué cambiar el sistema si el que se está proponiendo va a aumentar los costos, sin embargo es propio recordar que el precio aumenta debido a que los dados que se están haciendo son de doble figura, lo cual hace que en poco tiempo este tipo de dados sean más redituables, ya que tienen el doble de vida útil por que se están empleado ambas caras del dado de forja, y no solo eso sino que es más rápida su sustitución tanto cuando el dado ha terminado su vida útil o cuando se ha dañado, o simplemente se pretende hacer un cambio de boca de llave de cruz a forjar.

Y otra de las cosas que hace que aumente el costo es el uso de porta herramientas para insertos de carburo como los que se propusieron, los cuales también son muy eficientes ya que aumenta la producción y reduce tiempos muertos de afilado de los buriles de pastilla que se emplean, lo cual genera una ganancia mayor ya que la pieza a maquinar es realizada en un tiempo menor, y no solo eso sino que con un aumento de calidad en su maquinado.

V.2.- Sumario.

El capítulo V trató el costo de la fabricación de una llave de cruz indicando el costo del herramental, maquinaria y material que se utilizó para la manufactura. La principal aplicación de los conceptos mostrados, son la rapidez de la fabricación, y el bajo costo, gracias al empleo de maquinaria de avanzada tecnología, y la velocidad de los procesos que le preceden, facilitando la acumulación y rápida evacuación del material, en cada uno de éstos.

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CONCLUSIONES

109

Conclusiones CONCLUSIONES.

Se demostró que para la creación de cualquier diseño mecánico es de suma importancia considerar e investigar los diferentes procesos que se han utilizado mediante una revisión bibliográfica correspondiente a los antecedentes históricos y evolutivos del proceso a utilizar. De la misma manera los tipos de forja que se pueden utilizar, que son la forja en frio y forja en caliente, siendo lo segunda la que se utilizo para la manufactura de una llave de cruz.

Por otra parte al analizar el proceso de manufactura para la obtención de la pieza previamente diseñada, se considero su deformación plástica y así conocer el fenómeno que ocurre en los materiales, ya que si no se hace la forja de forma correcta tanto el material como la maquinaria pueden salir lastimados. Además se analizaron los dos tipos de forja que son el de Dado abierto y Dado Cerrado para así puntualizar la diferencia que existe entre estos dos.

Se realizaron todos los cálculos pertinentes para poder llevar a cabo la fabricación de los herramentales, y lo mas importante es que todo fue mediante un proceso muy sencillo y entendible, para que así cualquier persona que quiera utilizar este proceso lo pueda hacer, además a partir de estos cálculos generados se pudo diseñar y dibujar todo lo necesario para forjar, también se vio la longitud del material a utilizar para no llegar a generar una sobre presión por un aumento desmedido de volumen

y esto ocasione un desperfecto o algo más grave en la

maquinaria.

Se propuso una metodología de manufactura, que actualmente ya está siendo utilizada y dando resultados, además de los tipos de maquinaria a utilizar en cada uno de los procesos que debe seguir nuestro herramental hasta obtener el producto final, así mismo se seleccionó el material para la fabricación del herramental.

Finalmente se analizaron algunos de los precios de fabricación de la pieza manufacturada por forja y un maquinado con arranque de viruta y no solo eso, sino que se comprobó que la forja en caliente no solo se utiliza para la creación de herramentales metalmecánicos, sino que se puede

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

110 Conclusiones usar en un área de alta especialidad como lo es la Biomecánica, para así dar un costo más económico y accesible al usuario final en una pieza de Titanio ELI.

Porque como se analizó el proceso de Forja en caliente mediante el sistema de Dado Cerrado es bastante eficaz ya que una vez teniendo los herramentales para hacer las forjas se facilita la fabricación de las piezas en una producción en grandes cantidades haciendo así que los costos de estos disminuyan de forma considerable.

Se puede pensar que este proceso solo funcionaría para la creación de ciertos herramentales de la industria metal mecánica, sin embargo en este trabajo también se demostrará que la forja en caliente se puede utilizar en materiales de costo mucho más elevado y de un uso totalmente diferente, es para uso biomédico y el material que se menciona es el titanio ELI, que dependiendo del proveedor de la materia prima su costo varía entre los $3500 y $4500 pesos por kilogramo, por ende el gasto desmedido de este material para la fabricación de un implante óseo hace que el costo de éste aumenté de forma considerable su precio; el usar la forja en caliente hace que el costo disminuya y aumenté la resistencia del implante óseo, generando así que incluso sea de una calidad mucho mayor que marcas líderes en el mercado. También, se pueden obtener por un método de maquinado completo que es muy eficaz, sin embargo es bastante caro por la cantidad de materia prima desperdiciada.

A continuación se muestran piezas que ya han sido forjadas e implantadas en el cuerpo humano con éxito como es el caso de una placa Richard para fractura en Cabeza Femoral que debido al tipo de fractura se necesita este tipo de Placa Fig.1

A)

B) Figura 1.- Placa Richard para fractura en cabeza femoral A) Forjada, B) Terminada METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

111

Conclusiones

Otra pieza fabricada mediante un proceso de forja en caliente de dado abierto es el clavo para fractura en Tibia-Fémur y anterógrado de Tibia-Fémur la Fig. 2

A)

B)

C)

Figura 2.- Clavos Para fractura de Pierna A) Forja de Dado Abierto, B) Maquinado de la forja C) Clavos listos para Cirugía

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

112 Conclusiones Una forja para una pieza más elaborada es la que se realizó para un implante de sustitución de Rodilla por afectación de cáncer en la Tibia Fig. 3

A)

B) Figura 3.- Articulación para Sustitución Tibial de Rodilla A) Forja de Articulación Tibial B) Sustitución Tibial lista

Otro implante que se puede hacer mediante la forja en dado cerrado es un remplazo de cabeza femoral completo con copa no cementada el cual se conoce como vástago Muller Fig. 4

A)

B) Figura 4.- Sistema de Remplazo de Cadera Muller A) Forja de Copa no Cementada B) Vástago Muller de 12.5mm METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

113

Conclusiones

Estas son solo algunas de las piezas que se han realizado mediante el proceso de Forja en Titanio los cuales ya han sido implantados en personas, que han presentado fracturas, y en algunos casos por cáncer de hueso localizado en cualquiera de las partes del cuerpo humano. Los resultados que se están demostrando son derivados de la forja en caliente, la cual no solo sirve para el área de metal mecánica en la fabricación de herramentales para un uso exclusivo de cierto sector, sino que también se pude usar para la manufactura en un área diferente que es el caso de la Biomédica, con esto el costo del implante disminuye de manera considerable. En la tabla 1 se muestra una tabla de volúmenes de las prótesis para ver qué cantidad de material se usa.

Tabla 1.- Tabla de volúmenes totales PIEZA FORJADA

VOLUMEN TOTAL

Placa Richard

1.254 pulg3

Clavo para Fractura

0.895 pulg3

Sustitución Tibial

3.582 pulg3

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Referencias bibliográficas

115

Referencias bibliográficas

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METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

ANEXO I

Anexo I

118

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

ANEXO II

120 Anexo II

6 .5 6 3

5 .5 0 0 3 .8 7 5

0 .7 9 0

1 .9 7 0

Ø 0 .7 4 8 0 .3 7 5

2 .7 6 0 6 .5 6 3

4 .5 0 0

3 .8 7 5

1 .6 8 8

0 .2 5 0 2 .7 6 0 1 .5 3 2

0 .7 5 0

Ø 1 .2 2 0

Ø 0 .9 8 0

Ø 0 .7 4 8

0 .5 6 0

0 .2 7 0

L .M .P .4 .6 8 5

T O L E R A N C IA S N O IN D IC A D A S P U LG A D A S

FRA C C 0 .0 0 0 .0 0 0

FEC H A

R E V I S IO N E S

C A M B IO

IN G J .C .M .

± 0 .0 0 2 ± 0 .5 ° A C O T A C IO N E S

E SC A LA

C A M B IO

P U LG A D A S

1 :1 M A T E R IA L

3 * 3 * 4

FEC H A

D IB U J O

I N S T I T U T O P O L I T É C N IC O N A C IO N A L

R E V IS O

± 0 .0 1

G RA D O S

APRO BADO IN G . J . C .M .

± 1/16

A C ERO H13

E S IM E A Z C A P O T Z A L C O

A PRO BO

IN G J .C .M . D U R EZA

N O M BRE

5 2 -5 4 R C

V IS T A 3

A N G U LO

P O R TA D A D O S D E D A D O S D E EN SA M B LE PA RA LLA V E D E H U ESO N o D E P A R TE N U E STR O

N o D E P A R T E D E L C L IE N T E

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

121 Anexo II ENSAM BLE PARA LA LLAVE 17m m

6.563 3.875

0.688

5.500 0.790

1 8

1.970

Ø 0.748 0.375

2.760

4.500

3.875

6.563

1.688

0.250 0.546 Ø 0.748

2.760 2.214

0.375 Ø 1.220

Ø 0.935

L.M .P.4.685 0.560

TOLERANCIAS NO INDIC ADAS PULGADAS

FRACC

± 1/16

0.00 0.000

CAM BIO

FECHA

REVISIONES

CAM BIO

ING J.C.M .

± 0.002 ± 0.5° ACO TACION ES

ESC ALA

PULG ADAS

1:1 M ATERIAL

3*3*4

FECHA

DIBUJO

INSTITUTO PO LITÉCNICO NACIONAL

REVISO

± 0.01

G RADOS

APRO BADO ING . J. C.M .

ACERO H13

A PROBO

ING J.C.M . DUREZA

52-54 RC

VISTA 3

A NGULO

ESIM E AZCAPOTZALCO N OM BRE

DADO DE ENSAM BLE PARA LLAVE DE HUESO DE 17mm N o DE PARTE N UESTRO

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

No DE PARTE DEL CLIENTE

122 Anexo II

0.688 0.813 0.802

3.00 1.0 3 4

Ø 1.998 + 0.000 -0.002 Ø 3.0

Ø 0.813 + 0.000 -0.002

Ø 1.125 1 X45° 8

11 4

1.00

45° Ø 0.5

TO LER A N C IA S N O IN D IC A D A S PU LG A D A S

A PR O BA D O

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0.00

± 0.01

IN G J.C .M .

0.000

± 0 .5° A C O TA C IO N ES

E SC A LA

C A M BIO

FEC H A

R EV ISIO N ES

C A M B IO

P U LG A D A S

1 :1 M A TER IA L

Ø 1

R EV ISO

± 0.002

G RA D O S

3 8

*6

FEC H A

D IBU JO

A C ER O H 13

N O M BR E D E L C LIEN TE

A P R O BO D UR EZA

N O M BR E

52 -54 RC

V ISTA 3

A N G ULO

PO R TA P U N ZO N D E 2 D O PA SO PA RA LLA V E D E H U ESO D E 17m m N o D E P A RTE N UESTRO

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

N o D E P A R TE D EL C LIEN TE

123 Anexo II

0.25

1.97

1.75

0.79

Ø 1.171±0.002

Ø 0.813+0.002 -0.000

Ø 0.80 Ø 0.50

0.800±0.002

0.75 0.693±0.002

1 x45° 16

0.04x45° 1.0

1 BNO RO SCA D O A 1 2 - 13 Hilos/pulg USAR BRO C A 7/16

1.3

TO LERA N CIA S N O IND ICA DA S PULG ADAS

APRO BADO

FRAC C

± 1/16

ING . J. C .M .

0.00

± 0.01

ING J.C .M .

0.000

± 0.5° A C O TA C IO NES

ESC ALA

C AM BIO

FEC HA

REVISIO NES

CAM BIO

PULG ADAS

1:1 M A TERIAL

Ø 1

REVISO

± 0.002

G RA DO S

3 8

*6

FEC HA

D IBUJO

AC ERO H13

N O M BRE D EL C LIENTE

A PRO BO D UR EZA

N O M BRE

52-54 RC

VISTA 3

A NG ULO

PUN ZO N D E 2d o PA SO PA RA LLAVE DE HUESO D E 17m m N o DE PARTE N UESTRO

N o DE PARTE D EL C LIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

124 Anexo II

1.875

1.615

Ø5 8

5 8

Ø1.249 1.247

Ø 1.210±0.002

3 8 1 4

1

TO LER A N C IA S N O IN D IC A D A S P U LG A D A S

A PRO BA D O

FRA C C

IN G . J. C .M .

FEC H A

REV ISIO N ES

C A M BIO

REV ISO

± 0.01

0.000

± 0.002

1 :1 M A TERIA L

Ø1

3 8

± 0.5° A C O TA C IO N ES

ESC A LA

FEC H A

D IBU JO

N O M B RE D EL C LIEN TE

IN G J.C .M .

0.00

G RA D O S

C A M BIO

± 1/16

PU LG A D A S

A C ERO H 13

A PRO BO D U REZA

N O M B RE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G U LO

PU IN ZO N D E 1ER PA SO PA R A LLA V E D E H U ESO D E 17m m N o D E P A RTE N U ESTRO

*4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

N o D E P A RTE D EL C LIEN TE

125 Anexo II

0.25

1.18

0.79

1.875

2.615

Ø 1.171±0.002 Ø 0.80 Ø 0.50

5 8

Ø1.249 1.247

0.800±0.002

0.693±0.002 1

TO LERA N CIA S NO IND ICA DAS PULG A DA S

A PRO BADO

FRAC C

± 1/16

IN G . J. C.M .

0.00

± 0.01

IN G J.C .M .

0.000

± 0.002

G RA DO S

FEC HA

REV ISIO NES

C AM BIO

A C O TA CIO N ES

PULG A DAS

1:1 M A TERIAL

Ø 1

3 8

*6

FEC HA

DIBUJO

R EV ISO

± 0.5°

ESC ALA

C AM BIO

1 4

A C ERO H 13

N O M BR E D EL C LIENTE

A PR O BO DUREZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G ULO

PUN ZO N DE 1ER PASO PA RA LLAVE DE HUESO DE 17m m N o DE PARTE N UESTRO

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

N o DE PARTE D EL C LIENTE

126 Anexo II 5.50±0.01 5.125±0.01 4 .33 5±0 .01

2 .872 2 .870

1 2

1.065 1.063

Ø 1.181±0.002

Ø 0.744 0.742

R1 8

5 16 2 D O P A SO D E BO C A D E 17M M

R3 4

1e r P A SO D E BO C A D E 3 13 4 , 21 y 16

1 .18 8±0 .005

1 .18 8±0 .005

TO LER A N C IA S N O IN D IC A D A S PU LG A D A S

A P R O BA D O

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0 .00

± 0.01

IN G J.C .M .

0 .000

± 0.5° A C O TA C IO N ES

ESC A LA

C A M BIO

FEC H A

R EVISIO N ES

C A M BIO

R EV ISO

± 0.002

G RA D O S

P U LG A D A S

1:1 M A TERIAL

3 *3*5

FEC H A

D IB UJO

A C ER O H 13

N O M BR E D EL C LIEN TE

A PR O BO D U R EZA

N O M BRE

5 2-5 4 RC

V ISTA 3

A N G ULO

D A D O D E 2D O PA SO PA RA LLA V E D E H U ESO D E 17m m N o D E P A R TE N U ESTRO

N o D E P A R TE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

127 Anexo II

4 .5 0± 0.01 4 .1 2 5± 0 .0 1 3 .58 ± 0 .01 2 .1 3± 0.0 1 1 .74 ± 0 .0 1

2 .8 72 2 .8 70

1 2

1 .0 65 1 .0 63

Ø 1.2 2 0± 0.00 2

Ø 0 .7 44 0 .7 42 Ø 0.9 3 5± 0.0 05

R1 8

5 16 1 e r P A SO D E B O C A D E 17M M

3 R4

3 e r P A SO D E B O C A D E 3 13 4 , 21 y 1 6

1 .18 8± 0 .00 5

1 .18 8± 0 .00 5 TO L ER A N C IA S N O IN D IC A D A S PU LG A D A S

A PRO BA D O

FR A C C

± 1 /16

IN G . J. C .M .

0 .0 0

± 0 .0 1

IN G J.C .M .

0 .0 0 0

± 0 .0 0 2

G RA DO S

C A M BIO

FE C H A

R EV ISIO N ES

C A M B IO

A C O TA C IO N ES

P U LG A D A S

1 :1 M A TE R IA L

3 * 3 *4

R EV ISO

± 0 .5 °

E SC A LA

FEC H A

D IB U JO

A C E R O H 13

N O M BR E D E L C LIE N TE

A PRO BO D U R E ZA

N O M BR E

5 2 -5 4 R C

V ISTA 3

A N G U LO

D A D O D E 1 E R P A SO P A R A LLA V E D E H U E SO D E 17m m N o D E P A R TE N U E STRO

N o D E P A R TE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

ANEXO III

129 Anexo III EN SA M BLE P A R A LA LLA V E 7/8"

6 .5 6 3 3 .8 7 5

5 .5 0 0

0 .6 8 8 1 8

2 .7 6 0 1 .9 7 0

0 .7 9 0

Ø 0 .7 4 8 0 .3 7 5

Ø 1 .3 9 0 6 .5 6 3

3 .8 7 5

5 .5 0 0 2 .7 6 0 0 .5 9 0

0 .6 8 8 1 8 0 .4 0 0

1 .5 3 2

Ø 0 .7 4 8 0 .7 5 0 0 .3 7 5

2 .7 6 0

0 .7 5 0

Ø 1 .4 3 8 0 .8 6 5

6 .5 6 3 5 .5 0 0

3 .8 7 5

0 .6 8 8 1 8

0 .2 5 0 3 .4 5 0 2 .9 5 0

0 .5 0 0 Ø 0 .7 4 8

Ø 1 .0 5 0

1 .1 7 5

L .M .P .6 .4 3 0

0 .9 3 0 T O L E R A N C IA S N O IN D IC A D A S PULG A DAS

FRA C C

± 1 /1 6

0 .0 0

± 0 .0 1

0 .0 0 0

C A M B IO

FEC H A

R E V IS IO N E S

C A M B IO

A C O T A C IO N E S

P ULG A D AS

1 :1 M A T E R IA L

3 * 3 * 4

IN S T IT U T O P O L IT É C N IC O N A C IO N A L

R E V IS O

± 0 .5 °

E S C A LA

FEC H A

D IB U J O

IN G . J . C .M . IN G J.C .M .

± 0 .0 0 2

G RA DO S

APRO BADO

A CERO H13

A PRO BO

IN G J.C .M . D U R EZA

5 2 -5 4 R C

V IS TA 3

A N G U LO

E S IM E A Z C A P O TZ A L C O N O M BR E

D A D O D E E N SA M B LE P A R A LLA V E D E H U ESO D E 7/8 N o D E P A R TE N U ESTR O

N o D E P A R TE D E L C L IE N TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

130 Anexo III

0.69 0.74

3.00 1.0

0.88

3 4

Ø1.998+0.000 -0.002 Ø3

Ø1.000+0.000 -0.002 1 Ø 14

1X45° 8

1 14

1.0

45° Ø 0.5

TOLERANCIAS NO INDICADAS PULGADAS

FRACC

± 1/16 ± 0.01

0.000

± 0.002 ± 0.5° ACO TACIO NES

ESCALA

CAM BIO

FEC HA

REVISIONES

C AM BIO

PULGADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

*6

FECHA

D IBUJO REVISO

0.00

G RADO S

APRO BADO

ACERO H13

NO M BRE DEL CLIENTE

APRO BO D UREZA

NOM BRE

52-54 RC

VISTA 3

ANGULO

PO RTAPUNZON DE 2DO PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 43 ,21mm Y 78 No DE PARTE NUESTRO

No DE PARTE DEL CLIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

131 Anexo III

3.00

0.69 0.61

0.56

3 4

Ø1.998+0.000 -0.002 Ø3

Ø0.813+0.000 -0.002

Ø1.000 1.175

1X45° 8

11 4

1.0

45° Ø 0.5

TO LERANCIAS NO INDICADAS PULGADAS

APROBADO

FRACC

± 1/16

ING . J. C.M .

0.00

± 0.01

ING J.C.M .

0.000

± 0.002

G RADOS

CAM BIO

FECHA

REVISIONES

CAM BIO

ACO TACIONES

PULGADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

REVISO

± 0.5°

ESC ALA

*6

FECHA

DIBUJO

AC ERO H13

NOM BRE DEL CLIENTE

APROBO

ING V.M . L. DUREZA VISTA 3

ANGULO

NOM BRE

PO RTAPUNZO N DE 1ER PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 34 ,21m m Y 78 No DE PARTE NUESTRO

No DE PARTE DEL CLIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

132 Anexo III

1.13 1.00 0.63

1.75 0.75

Ø1.428±0.002 Ø0.80

Ø0.50

Ø0.875+0.002 -0.000

Ø0.65

1 BNO RO SCADO A 1 2 - 13 Hilos/pulg USAR BROCA 7/16

3 4 1

TOLERANCIAS NO INDIC ADAS PULGADAS

APROBADO

FRACC

ING . J. C.M.

REVISIONES

CAM BIO

REVISO

± 0.01

0.000

± 0.002

1:1 M ATERIAL

Ø1

3 8

± 0.5° AC OTACIONES

ESCALA

FECHA

FECHA

DIBUJO

NO M BRE DEL CLIENTE

ING J.C.M.

0.00

G RADOS

CAM BIO

± 1/16

PULG ADAS

ACERO H13

APROBO DUREZA

NO M BRE

52-54 RC

VISTA 3

ANGULO

PUNZON DE 1ER PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 78 " No DE PARTE NUESTRO

*4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

No DE PARTE DEL CLIENTE

133 Anexo III

0.25

1.75

1.970

3 4

0.790

Ø 1.380±0.002 Ø 1.000+0.002 -0.000

Ø1 2

1.033 1.031

0.895 0.893

0.75 1.0

TO LERAN C IAS NO INDICADAS PULGADAS

APROBADO

FRACC

± 1/16

ING . J. C .M .

0.00

± 0.01

ING J.C .M.

0.000

± 0.002

G RA DO S

FECHA

REVISIO NES

CAM BIO

A COTAC IONES

PULG ADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

REVISO

± 0.5°

ESCALA

CAM BIO

*6

FEC HA

DIBUJO

A C ERO H13

NO M BRE DEL CLIENTE

APRO BO D UREZA

NO M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A NG ULO

PUINZON DE 2DO PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 78 " N o D E PARTE N UESTRO

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

N o DE PARTE DEL CLIENTE

134 Anexo III

5.50±0.01 5.125 4.33±0.01

2.872 2.870

2.872 2.870

Ø 1.390±0.002

Ø 0.744 0.742

2.625±0.01

3er PA SO D E BO C A D E

R3 4

7 8

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LERA N C IA S N O IN D IC A D A S PULG A D A S

A PR O BA D O

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0.00

± 0.01

0.000

± 0.002

G RA D O S

C A M BIO

FEC HA

REVISIO N ES

C A M BIO

A C O TA C IO N ES

PU LG A D AS

1:1 M A TERIA L

3 *3*5

REV ISO

N O M BR E D EL C LIENTE

IN G J.C .M .

± 0.5°

ESC ALA

FEC H A

D IBUJO

A C ERO H13

A PRO BO D U REZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G U LO

D A D O D E 3ER PA SO PA RA LLA VE D E H UESO D E 78 N o D E P A RTE NUESTRO

N o D E PA RTE D EL C LIENTE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

135 Anexo III

5.50±0.01 5.125±0.01 4.53±0.01 3.00±0.01 2.765±0.01

2.872 2.870 1 2

R1 8 Ø 0.744 0.742

Ø 1.125±0.005

Ø 1.310±0.005

2.872 2.870

Ø 1.438±0.002

2.625±0.01

2D O PA SO DE BO C A D E 78

3 R4

2D O PASO D E BO C A D E 34 , 21 y 13 16

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LERAN CIA S NO IND ICA D AS PULG ADAS

A PRO BA DO

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0.00

± 0.01

IN G J.C .M .

0.000

± 0.002

G RA D O S

C A M BIO

FEC H A

REVISIO N ES

C A M BIO

A C O TA C IO N ES

PULG A DAS

1:1 M A TERIA L

3*3*5

REV ISO

± 0.5°

ESC A LA

FEC HA

D IBU JO

A C ERO H13

N O M BRE D EL C LIEN TE

A PRO BO D UREZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A NG ULO

D A D O D E 2D O PA SO PA RA LLA V E D E HUESO D E 78 N o D E PA R TE NUESTRO

N o D E PA RTE D EL C LIENTE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

136 Anexo III 2.872 2.870

5.50±0.01 5.00±0.01

1.065 1.063 Ø 1.050±0.002

Ø 0.744 0.742

5 16 1e r PA SO D E BO C A D E 3 13 4 , 21 y 16

R3 4

2D O P A SO D E BO C A D E 17M M

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LER A N C IA S N O IN D IC A D A S PU LG A D A S

A PRO BA D O

FR A C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0 .0 0

± 0.01

IN G J.C .M .

0 .0 0 0

± 0.5° A C O TA C IO N ES

ESC A LA

C A M BIO

FEC H A

R EV ISIO N ES

C A M BIO

R EV ISO

± 0.002

G RAD O S

P U LG A D A S

1:1 M A TER IA L

3 *3 *5

FEC H A

D IB U JO

A C ER O H 13

N O M B RE D EL C LIEN TE

A PRO BO D U R EZA

N O M BRE

52-54 RC

V IS TA 3

A N G U LO

D A D O D E 1ER P A SO PA R A LLA V E D E 7 H U ESO D E 34 , 21m m ,13 16 Y 8 N o D E P A R TE N U ESTRO

N o D E P A RTE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

ANEXO IV

138 Anexo IV E N SA M B LE P A R A LA LLA V E 3 /4"

3 .8 7 5

4 .5 0 0 0 .7 9 0

6 .5 6 3 0 .2 5 0

2 .7 6 0 1 .9 7 0 1 .3 4 0

Ø 0 .7 4 8 0 .3 7 5

1 .6 8 8

2 .7 6 0 6 .5 6 3

3 .8 7 5

0 .6 8 8

5 .5 0 0 2 .7 6 0 1 .9 4 0

1 8 0 .4 0 0

Ø 1 .1 5 0 Ø 0 .7 4 8 0 .3 7 5

Ø 1 .3 7 5

2 .7 6 0

6 .5 6 3 5 .5 0 0

3 .8 7 5

0 .6 8 8 1 8

0 .2 5 0 0 .5 0 0 Ø 0 .7 4 8

3 .2 5 0 2 .7 5 0 Ø 1 .0 5 0

1 .0 0 0

L .M .P .6 .0 6 0 0 .5 6 0 T O L E R A N C IA S N O IN D IC A D A S P U LG A D A S

FRA C C

± 1/16

C A M B IO

R E V IS IO N E S

C A M B IO

IN G J .C .M .

± 0 .0 1

0 .0 0 0

± 0 .0 0 2 ± 0 .5 ° A C O TA C IO N E S

E SC A LA

FEC H A

P U LG A D A S

1 :1 M A TE R IA L

3 * 3 * 4

FEC HA

D IB U J O

IN G . J . C .M .

IN S T IT U T O P O L IT É C N IC O N A C IO N A L

R E V ISO

0 .0 0

G RA D O S

APRO BADO

A C ERO H 13

A PR O BO

IN G J .C .M . D U R EZA

5 2 -5 4 R C

V IS T A 3

A N G U LO

E S IM E A Z C A P O TZ A L C O N O M BRE

D A D O D E EN SA M B LE P A R A LLA V E D E H U E SO D E 3/4 N o D E P A R TE N U E S T R O

N o D E P A R T E D E L C L IE N T E

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

139 Anexo IV

0.69 0.74

3.00 1.0

0.88

3 4

Ø1.998+0.000 -0.002 Ø3

Ø1.000+0.000 -0.002 1 Ø 14

1X45° 8

1 14

1.0

45° Ø 0.5

TOLERANCIAS NO INDICADAS PULGADAS

FRACC

± 1/16 ± 0.01

0.000

± 0.002 ± 0.5° ACO TACIO NES

ESCALA

CAM BIO

FEC HA

REVISIONES

C AM BIO

PULGADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

*6

FECHA

D IBUJO REVISO

0.00

G RADO S

APRO BADO

ACERO H13

NO M BRE DEL CLIENTE

APRO BO D UREZA

NOM BRE

52-54 RC

VISTA 3

ANGULO

PO RTAPUNZON DE 2DO PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 43 ,21mm Y 78 No DE PARTE NUESTRO

No DE PARTE DEL CLIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

140 Anexo IV

3.00

0.69 0.61

0.56

3 4

Ø1.998+0.000 -0.002 Ø3

Ø0.813+0.000 -0.002

Ø1.000 1.175

1X45° 8

11 4

1.0

45° Ø 0.5

TO LERANCIAS NO INDICADAS PULGADAS

APROBADO

FRACC

± 1/16

ING . J. C.M .

0.00

± 0.01

ING J.C.M .

0.000

± 0.002

G RADOS

CAM BIO

FECHA

REVISIONES

CAM BIO

ACO TACIONES

PULGADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

REVISO

± 0.5°

ESC ALA

*6

FECHA

DIBUJO

AC ERO H13

NOM BRE DEL CLIENTE

APROBO

ING V.M . L. DUREZA VISTA 3

ANGULO

NOM BRE

PO RTAPUNZO N DE 1ER PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 34 ,21m m Y 78 No DE PARTE NUESTRO

No DE PARTE DEL CLIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

141 Anexo IV

0.31

Ø 1.040±0.002

1.83

0.50

Ø5 8

Ø 0.813+0.002 -0.000

3 4

1 BNO ROSCADO A 1 2 - 13 Hilos/pulg USAR BRO CA Ø 7/16

1.0

TOLERAN CIAS NO IND ICADAS PULGADAS

APRO BADO

FRA CC

± 1/16

ING . J. C.M .

0.00

± 0.01

ING J.C.M.

0.000

± 0.002

G RA DO S

C AM BIO

FECHA

REVISIO NES

CAM BIO

ACO TACIONES

PULGA DAS

1:1 M ATERIAL

Ø1

1 4

REVISO

± 0.5°

ESCALA

*2

FECHA

DIBUJO

ACERO H13

NO M BRE DEL CLIENTE

APROBO DUREZA

NO M BRE

52-54 RC

VISTA 3

ANG ULO

PUINZON DE 1ER PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 34 " No DE PARTE N UESTRO

No DE PARTE DEL C LIENTE

1 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

142 Anexo IV

1.13 1.00 0.63

1.75 0.75

Ø 1.365±0.002 Ø 5 Ø 0.53 Ø 3 8 8

Ø 1.000+0.002 -0.000

3 4

1 BNO RO SC A D O A 1 2 - 13 H ilos/pulg USA R BRO C A Ø 7/16

1.0

TO LER A N C IA S N O IN D ICAD AS PU LG ADAS

A PRO BADO

FR A C C

± 1/16

ING . J. C .M .

0.00

± 0.01

ING J.C .M .

0.000

± 0.002

G RA D O S

C A M BIO

FEC HA

REV ISIO NES

C A M BIO

1:1 M ATERIAL

Ø1

1 2

REV ISO

± 0.5° A C O TA C ION ES

ESC ALA

FEC HA

DIBU JO

PULG A DA S

AC ERO H 13

N O M BRE DEL C LIEN TE

A PRO BO D UREZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G ULO

PUIN ZO N D E 2D O PA SO PARA LLA VE DE HU ESO DE 34 " N o DE PA RTE N UESTRO

N o DE PA R TE D EL C LIEN TE

*3

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

143 Anexo IV 5.50±0.01 5.125±0.01 4.54±0.01 3.185±0.01 2.765±0.01

Ø 0.744 0.742

R1 8

Ø 1.150±0.005

2.872 2.870

1 2 7° 5°

1.065 1.063

Ø 1.375±0.002

5 16 2.625±0.01

2D O PA SO D E BO C A D E 34 , 21 y 13 16

3 R4

2D O PA SO D E BO C A D E 78

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LERA N C IAS N O IN D IC A DA S P ULG AD AS

A PRO BA D O

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0.00

± 0.01

IN G J.C .M .

0.000

± 0.5° A C O TA C IO N ES

E SC A LA

C A M BIO

FEC HA

REV ISIO NES

C A M BIO

R EV ISO

± 0.002

G RA D O S

PULG A D A S

1:1 M A TER IA L

3 *3*5

FEC HA

D IBUJO

A C ER O H13

N O M BRE D EL C LIEN TE

A PR O BO D UR EZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G ULO

D A D O D E 2D O PA SO PA RA LLA V E D E H UESO D E 34 , 21m m Y 13 16 N o D E PA RTE N UESTRO

N o D E PA RTE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

144 Anexo IV 2.872 2.870

5.50±0.01 5.00±0.01

1.065 1.063 Ø 1.050±0.002

Ø 0.744 0.742

5 16 1e r PA SO D E BO C A D E 3 13 4 , 21 y 16

R3 4

2D O P A SO D E BO C A D E 17M M

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LER A N C IA S N O IN D IC A D A S PU LG A D A S

A PRO BA D O

FR A C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0 .0 0

± 0.01

IN G J.C .M .

0 .0 0 0

± 0.5° A C O TA C IO N ES

ESC A LA

C A M BIO

FEC H A

R EV ISIO N ES

C A M BIO

R EV ISO

± 0.002

G RAD O S

P U LG A D A S

1:1 M A TER IA L

3 *3 *5

FEC H A

D IB U JO

A C ER O H 13

N O M B RE D EL C LIEN TE

A PRO BO D U R EZA

N O M BRE

52-54 RC

V IS TA 3

A N G U LO

D A D O D E 1ER P A SO PA R A LLA V E D E 7 H U ESO D E 34 , 21m m ,13 16 Y 8 N o D E P A R TE N U ESTRO

N o D E P A RTE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

ANEXO V

146 Anexo V

6 .5 6 3

5 .5 0 0 3 .8 7 5

0 .7 9 0

1 .9 7 0

Ø 0 .7 4 8 0 .3 7 5

2 .7 6 0 6 .5 6 3

4 .5 0 0

3 .8 7 5

1 .6 8 8

0 .2 5 0 2 .7 6 0 1 .5 3 2

0 .7 5 0

Ø 1 .2 2 0

Ø 0 .9 8 0

Ø 0 .7 4 8

0 .5 6 0

0 .2 7 0

L .M .P .4 .6 8 5

T O L E R A N C IA S N O IN D IC A D A S P U LG A D A S

FRA C C 0 .0 0 0 .0 0 0

FEC H A

R E V I S IO N E S

C A M B IO

IN G J .C .M .

± 0 .0 0 2 ± 0 .5 ° A C O T A C IO N E S

E SC A LA

C A M B IO

P U LG A D A S

1 :1 M A T E R IA L

3 * 3 * 4

FEC H A

D IB U J O

I N S T I T U T O P O L I T É C N IC O N A C IO N A L

R E V IS O

± 0 .0 1

G RA D O S

APRO BADO IN G . J . C .M .

± 1/16

A C ERO H13

E S IM E A Z C A P O T Z A L C O

A PRO BO

IN G J .C .M . D U R EZA

N O M BRE

5 2 -5 4 R C

V IS T A 3

A N G U LO

P O R TA D A D O S D E D A D O S D E EN SA M B LE PA RA LLA V E D E H U ESO N o D E P A R TE N U E STR O

N o D E P A R T E D E L C L IE N T E

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

147 Anexo V

0.69 0.74

3.00 1.0

0.88

3 4

Ø1.998+0.000 -0.002 Ø3

Ø1.000+0.000 -0.002 1 Ø 14

1X45° 8

1 14

1.0

45° Ø 0.5

TOLERANCIAS NO INDICADAS PULGADAS

FRACC

± 1/16 ± 0.01

0.000

± 0.002 ± 0.5° ACO TACIO NES

ESCALA

CAM BIO

FEC HA

REVISIONES

C AM BIO

PULGADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

*6

FECHA

D IBUJO REVISO

0.00

G RADO S

APRO BADO

ACERO H13

NO M BRE DEL CLIENTE

APRO BO D UREZA

NOM BRE

52-54 RC

VISTA 3

ANGULO

PO RTAPUNZON DE 2DO PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 43 ,21mm Y 78 No DE PARTE NUESTRO

No DE PARTE DEL CLIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

148 Anexo V

3.00

0.69 0.61

0.56

3 4

Ø1.998+0.000 -0.002 Ø3

Ø0.813+0.000 -0.002

Ø1.000 1.175

1X45° 8

11 4

1.0

45° Ø 0.5

TO LERANCIAS NO INDICADAS PULGADAS

APROBADO

FRACC

± 1/16

ING . J. C.M .

0.00

± 0.01

ING J.C.M .

0.000

± 0.002

G RADOS

CAM BIO

FECHA

REVISIONES

CAM BIO

ACO TACIONES

PULGADAS

1:1 M ATERIAL

Ø 1

3 8

REVISO

± 0.5°

ESC ALA

*6

FECHA

DIBUJO

AC ERO H13

NOM BRE DEL CLIENTE

APROBO

ING V.M . L. DUREZA VISTA 3

ANGULO

NOM BRE

PO RTAPUNZO N DE 1ER PASO PARA LLAVE DE HUESO DE 34 ,21m m Y 78 No DE PARTE NUESTRO

No DE PARTE DEL CLIENTE

3 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

149 Anexo V

0.31

Ø 1.040±0.002

2.06

0.50

Ø5 8

Ø 0.813+0.002 -0.000

3 4

1 BNO RO SC ADO A 1 2 - 13 Hilos/pulg USA R BRO C A Ø 7/16

1.0

TO LERA NC IAS N O INDICADAS PULG ADAS

A PRO BAD O

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C.M .

0.00

± 0.01

IN G J.C.M .

0.000

± 0.5° AC O TAC IO N ES

ESC ALA

C AM BIO

FEC HA

REVISIO NES

C AM BIO

PULG A DA S

1:1 M ATERIAL

Ø1

REVISO

± 0.002

G RA DO S

1 4

*2

FEC HA

D IBUJO

A C ERO H13

N O M BRE DEL C LIENTE

AP RO BO D UREZA

N O M BRE

52-54 RC

VISTA 3

A NG ULO

PUINZO N D E 1ER PA SO PARA LLAV E D E HUESO D E 21m m N o DE PARTE N UESTRO

No DE PARTE DEL C LIENTE

1 4

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

150 Anexo V

1.31 1.13 0.75

1.75

0.75

Ø 1.365±0.002 3 Ø4

Ø 1.000+0.002 -0.000

Ø5 Ø 7 8 16

1 BN O RO SC A D O A 1 2 - 13 H ilos/pulg USA R BRO C A Ø 7/16

3 4 1.0

TO LER A N C IA S N O IND IC A D AS PU LG A D A S

A PR O BAD O

FRA C C

± 1/16

ING . J. C .M .

0.00

± 0.01

ING J.C .M .

0.000

FEC HA

REV ISIO N ES

C A M BIO

1:1 M A TERIAL

Ø1

1 2

± 0.5° A C O TA C IO N ES

ESC ALA

C A M BIO

REV ISO

± 0.002

G RA D O S

FEC HA

D IBUJO

P U LG A D A S

A C ERO H 13

N O M BR E D EL C LIENTE

A PR O BO D UR EZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G ULO

P UINZO N D E 2D O PA SO PARA LLA V E D E H UESO D E 21m m N o D E P A RTE NUESTRO

N o D E P A RTE D EL C LIENTE

*3

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

151 Anexo V 5.50±0.01 5.125±0.01 4.54±0.01 3.185±0.01 2.765±0.01

Ø 0.744 0.742

R1 8

Ø 1.150±0.005

2.872 2.870

1 2 7° 5°

1.065 1.063

Ø 1.375±0.002

5 16 2.625±0.01

2D O PA SO D E BO C A D E 34 , 21 y 13 16

3 R4

2D O PA SO D E BO C A D E 78

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LERA N C IAS N O IN D IC A DA S P ULG AD AS

A PRO BA D O

FRA C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0.00

± 0.01

IN G J.C .M .

0.000

± 0.5° A C O TA C IO N ES

E SC A LA

C A M BIO

FEC HA

REV ISIO NES

C A M BIO

R EV ISO

± 0.002

G RA D O S

PULG A D A S

1:1 M A TER IA L

3 *3*5

FEC HA

D IBUJO

A C ER O H13

N O M BRE D EL C LIEN TE

A PR O BO D UR EZA

N O M BRE

52-54 RC

V ISTA 3

A N G ULO

D A D O D E 2D O PA SO PA RA LLA V E D E H UESO D E 34 , 21m m Y 13 16 N o D E PA RTE N UESTRO

N o D E PA RTE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO

152 Anexo V 2.872 2.870

5.50±0.01 5.00±0.01

1.065 1.063 Ø 1.050±0.002

Ø 0.744 0.742

5 16 1e r PA SO D E BO C A D E 3 13 4 , 21 y 16

R3 4

2D O P A SO D E BO C A D E 17M M

1.188±0.005

1.188±0.005

TO LER A N C IA S N O IN D IC A D A S PU LG A D A S

A PRO BA D O

FR A C C

± 1/16

IN G . J. C .M .

0 .0 0

± 0.01

IN G J.C .M .

0 .0 0 0

± 0.5° A C O TA C IO N ES

ESC A LA

C A M BIO

FEC H A

R EV ISIO N ES

C A M BIO

R EV ISO

± 0.002

G RAD O S

P U LG A D A S

1:1 M A TER IA L

3 *3 *5

FEC H A

D IB U JO

A C ER O H 13

N O M B RE D EL C LIEN TE

A PRO BO D U R EZA

N O M BRE

52-54 RC

V IS TA 3

A N G U LO

D A D O D E 1ER P A SO PA R A LLA V E D E 7 H U ESO D E 34 , 21m m ,13 16 Y 8 N o D E P A R TE N U ESTRO

N o D E P A RTE D EL C LIEN TE

5 8

METODOLOGÍA QUE PERMITA IMPLEMENTAR LA FABRICACIÓN DE LLAVES DE CRUZ MEDIANTE FORJA EN CALIENTE DE DADO CERRADO