Una calculadora de relación de forjado es una herramienta fundamental en metalurgia y fabricación para cuantificar la deformación que sufre una pieza metálica durante el proceso de forjado. El forjado es el proceso de dar forma al metal mediante fuerzas de compresión localizadas. La calculadora compara el área de la sección transversal inicial del metal con su área de la sección transversal final tras el forjado. Este valor resultante, conocido como relación de forjado o relación de reducción, es un indicador crucial del grado de trabajo y refinamiento de la estructura interna del material. Una relación más alta generalmente resulta en una estructura de grano más fina, menor porosidad y mejores propiedades mecánicas, como la resistencia y la tenacidad. Por consiguiente, ingenieros y metalúrgicos utilizan este cálculo para garantizar que una pieza cumpla con los estándares de calidad y rendimiento requeridos.
Fórmula de la calculadora de relación de forjado
La relación de forjado se calcula utilizando una comparación directa de las áreas de la sección transversal inicial y final.
Relación de forjado = Área de sección transversal original / Área de sección transversal final
A continuación se muestra un desglose de las partes de la fórmula:
- Área de sección transversal original = El área de la pieza de trabajo antes de que comience la operación de forjado.
- Área de la sección transversal final = El área de la pieza de trabajo después de que se completa la operación de forjado.
El resultado es una relación adimensional, lo que significa que no tiene unidades.
Para secciones transversales circulares:
Al forjar una barra redonda o un tocho en un diámetro más pequeño, la fórmula se vuelve más simple porque se pueden usar los diámetros directamente.
Área = π × (Diámetro²) / 4
Por lo tanto, la relación de forjado se puede calcular como:
Relación de forjado = (D₁²) / (D₂²)
Lugar:
- D₁ = Diámetro original de la pieza de trabajo
- D₂ = Diámetro final de la pieza de trabajo
Interpretación:
Una relación de forjado más alta indica que se ha aplicado una mayor cantidad de trabajo mecánico y deformación al material. Las relaciones de forjado típicas oscilan entre 2:1 y 10:1, según el material y los requisitos de la aplicación final.
Pautas de relación de forjado para aplicaciones de acero
Esta tabla proporciona directrices generales sobre las relaciones de forjado mínimas necesarias para alcanzar ciertos niveles de calidad en piezas forjadas de acero. Estos valores son cruciales para garantizar que el producto final tenga la solidez interna y las propiedades mecánicas deseadas.
| Nivel de calidad deseado | Relación mínima de forjado | Aplicación típica |
| calidad estandar | 3:1 | Componentes de uso general, piezas estructurales no críticas. |
| Alta Calidad | 5:1 | Engranajes, ejes y componentes bajo tensión moderada. |
| Alta integridad / Crítico | 7:1 | Componentes aeroespaciales, discos de turbinas, recipientes de alta presión. |
| Premium / Ultraalta pureza | 10:1 o superior | Rotores para generación de energía, aplicaciones de defensa críticas. |
Ejemplo de calculadora de relación de forjado
Veamos un ejemplo de cómo se forja un eje de acero.
Una especificación de ingeniería requiere un eje de acero forjado para una caja de engranajes. El proceso comienza con una pieza redonda de acero.
Primero, identificamos las dimensiones inicial y final.
Diámetro original (D₁) del tocho: 200 mm
Diámetro final (D₂) del eje forjado: 100 mm
A continuación, como las secciones transversales son circulares, podemos utilizar la fórmula simplificada.
Relación de forjado = (D₁²) / (D₂²)
Relación de forjado = (200²) / (100²) = 4
La relación de forjado resultante es de 4:1. Según la tabla de referencia, esta relación cumple con los requisitos de una forja de "Calidad Estándar" y se acerca a la categoría de "Alta Calidad", lo que la hace adecuada para numerosas aplicaciones industriales generales.
Preguntas frecuentes más comunes
Una mayor relación de forjado genera una mayor deformación plástica, lo que refina la estructura interna del grano del metal. Este proceso ayuda a cerrar los huecos o porosidades microscópicas de la fundición inicial, descomponer las inclusiones y crear un material resistente y de grano fino con una resistencia superior y resistencia a la fatiga.
Sí, existe un límite práctico. Intentar lograr una relación muy alta en un solo paso de forjado puede provocar grietas superficiales o defectos internos, especialmente en aleaciones más sensibles. Por lo tanto, los forjados de alta relación suelen realizarse en varias etapas, con recalentamiento entre ellas si es necesario, para alcanzar el tamaño final sin dañar el material.
Esta relación de forjado se aplica con mayor precisión al forjado en matriz abierta, donde el metal fluye libremente y cambia su sección transversal. En el forjado en matriz cerrada o de impresión, si bien la relación de reducción sigue siendo importante, otros factores, como el llenado completo de la cavidad de la matriz, se convierten en la principal preocupación para garantizar la forma e integridad de la pieza final.