La forja es un método importante de procesamiento de metales. Según la temperatura elegida, se divide en forja en frío y forja en caliente. Estas difieren en temperatura, características del proceso, configuración del equipo, propiedades del material y aplicaciones. A continuación, se compararán la forja en frío y la forja en caliente desde estas perspectivas para una mejor comprensión de las mismas.
1. Rango de temperatura
Forjado en caliente
El forjado en caliente es un proceso de forjado que se realiza a altas temperaturas. Generalmente, requiere calentar el metal hasta una temperatura cercana o superior a su temperatura de recristalización. El rango de temperatura varía según el material.
En el caso del acero al carbono, la temperatura de calentamiento se suele controlar entre 110 °C y 125 °C. A esta temperatura, la movilidad atómica del metal aumenta considerablemente y la estructura cristalina, originalmente compacta, se vuelve menos compacta, de forma similar al aumento de ductilidad de la arcilla tras el calentamiento. Los operarios deben usar guantes resistentes al calor y prensas hidráulicas o martillos de forja para dar forma al lingote metálico al rojo vivo.
Forjado en frío
El forjado en frío es un proceso de forjado que se realiza a temperatura ambiente o ligeramente por encima de ella (sin exceder la temperatura de recristalización del metal). Generalmente se refiere a la deformación plástica de materiales metálicos a temperatura ambiente.
Para el procesamiento de aleaciones de aluminio, la temperatura se mantiene generalmente entre 20 °C y 150 °C. El metal conserva una alta resistencia a temperatura ambiente. Durante el conformado, se requiere una prensa de alta resistencia de 800 toneladas o más para aplicar presión continua. El taller debe estar equipado con una base antivibratoria.
2. Características del proceso
Forjado en caliente
El forjado en caliente se realiza a altas temperaturas, lo que mejora la plasticidad de los materiales metálicos, reduce las tensiones y los requisitos de potencia, y aligera la carga del equipo. El forjado en caliente promueve el crecimiento y la reorganización del grano dentro del material, mejorando su tenacidad y ductilidad. Al mismo tiempo, elimina las tensiones residuales, mejorando la precisión dimensional y la calidad de la superficie. Sin embargo, el forjado en caliente es propenso a la oxidación y la combustión, por lo que requiere medidas de protección adecuadas.
Forjado en frío
Este proceso permite un control de precisión dimensional de ±0,05 mm, logrando un acabado superficial similar al de un espejo. Es especialmente adecuado para la fabricación de piezas de precisión en miniatura, como engranajes de relojes. El forjado en frío ofrece un enfriamiento más rápido, mejorando eficazmente la resistencia, la dureza y la uniformidad de la textura del material. Sin embargo, requiere una mayor fuerza para la deformación plástica, lo que puede provocar fácilmente grietas y deformaciones irregulares.
3. Comparación de configuraciones de equipos
La inversión en líneas de producción suele ser una decisión clave.
| Componentes del equipo | Línea de producción de forja en caliente | Línea de producción de forjado en frío |
| Tipo de unidad principal | en caliente Prensa de forja o martillo de forja | Prensa de forja en frío de alta rigidez, máquina de conformado en frío multiestación |
| Sistema de calefacción | Debe estar equipado con un horno de calentamiento por inducción o un horno de gas | No se requiere sistema de calefacción |
| Material del molde | El acero resistente al calor (como el H13) debe poseer una dureza en rojo extremadamente alta | Acero para herramientas/aleación dura de alta dureza, con énfasis en la resistencia al desgaste |
| Sistema de lubricación | Lubricante principalmente de grafito, gran aumento de la temperatura ambiente | Fosfatado, saponificación o lubricantes sintéticos especiales |
| Automatización | Requiere robots o manipuladores resistentes a altas temperaturas | Transmisión mecánica de alta velocidad o robots industriales |
4. Propiedades del material
No todos los metales son adecuados para ninguno de los dos procesos; los materiales se comportan de manera muy diferente a distintas temperaturas.
Materiales para forja en caliente:
Esto incluye casi todos los metales, incluidos los aceros de alta aleación, las superaleaciones y las aleaciones de titanio. Debido a que las altas temperaturas reducen el límite elástico, la fragilidad del material disminuye, lo que lo hace menos propenso a agrietarse.
Materiales para forja en frío:
Principalmente aceros con bajo o medio contenido de carbono, aleaciones de aluminio, cobre y algunos aceros inoxidables con buena plasticidad.
Nota: Los aceros con un contenido de carbono superior al 0,45 % suelen requerir un recocido de esferoidización antes del forjado en frío para evitar que la matriz de trabajo en frío se agriete o que las piezas se partan.
5. Segmentación de escenarios de aplicación
En función del uso final de la pieza, se definen claramente los escenarios de aplicación.
Aplicaciones de forja en caliente
- Transmisión de potencia de alta resistencia: cigüeñales, bielas y engranajes reforzados para vehículos comerciales de gran tamaño.
- Componentes estructurales portantes: soportes del tren de aterrizaje de aeronaves, bridas grandes y cuerpos de válvulas.
- Maquinaria minera: Bloques de engranajes para excavadoras y placas de conexión de alta resistencia.
Aplicaciones de forjado en frío
- Elementos de fijación de precisión: Pernos de alta resistencia de grado 10.9/12.9 para la industria automotriz y tuercas de forma irregular.
- Componentes pequeños para sistemas de transmisión: anillos sincronizadores de cajas de cambios, ejes de engranajes planetarios y carcasas de juntas homocinéticas (CVJ).
- Electrónica y comunicaciones: disipadores de calor para estaciones base 5G y carcasas para conectores de fibra óptica.
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