Un martillo de vapor , también llamado martillo de caída , es un martillo industrial impulsado por vapor que se utiliza para tareas como dar forma a las piezas forjadas y hincar pilotes. Normalmente, el martillo está unido a un pistón que se desliza dentro de un cilindro fijo , pero en algunos diseños el martillo está unido a un cilindro que se desliza a lo largo de un pistón fijo.
Martillo de vapor | |
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Industria | Trabajo de metales |
Solicitud | Forjado, hincado de pilotes, remachado, etc. |
Fuente de combustible | Madera o carbón |
Inventor | François Bourdon , James Nasmyth |
Inventado | 1839 |
El concepto de martillo de vapor fue descrito por James Watt en 1784, pero no fue hasta 1840 que se construyó el primer martillo de vapor en funcionamiento para satisfacer las necesidades de forjar componentes de hierro o acero cada vez más grandes. En 1843 hubo una enconada disputa entre François Bourdon de Francia y James Nasmyth de Gran Bretaña sobre quién había inventado la máquina. Bourdon había construido la primera máquina en funcionamiento, pero Nasmyth afirmó que se construyó a partir de una copia de su diseño.
Los martillos de vapor demostraron ser invaluables en muchos procesos industriales. Las mejoras técnicas dieron mayor control sobre la fuerza entregada, mayor longevidad, mayor eficiencia y mayor potencia. Un martillo de vapor construido en 1891 por Bethlehem Iron Company dio un golpe de 125 toneladas. En el siglo XX, los martillos de vapor fueron reemplazados gradualmente en la forja por prensas mecánicas e hidráulicas, pero algunos todavía se utilizan. Todavía se fabrican martillos de aire comprimido, descendientes de los primeros martillos de vapor.
Mecanismo
Un martillo de vapor de acción simple se eleva por la presión del vapor inyectado en la parte inferior de un cilindro y cae por gravedad cuando se libera la presión. Con el martillo de vapor de doble acción más común, el vapor también se usa para empujar el pistón hacia abajo, dando un golpe más poderoso en el dado. [1] El peso del ariete puede variar de 225 a 22.500 kg (500 a 50.000 libras). [2] La pieza que se trabaja se coloca entre un troquel inferior que descansa sobre un bloque de yunque y un troquel superior unido al ariete (martillo). [3]
Los martillos están sujetos a conmociones cerebrales repetidas, lo que podría provocar la fractura de los componentes de hierro fundido. Por lo tanto, los primeros martillos estaban hechos de varias piezas atornilladas entre sí. Esto hizo que fuera más barato reemplazar las piezas rotas y también le dio un grado de elasticidad que hizo que las fracturas fueran menos probables. [4]
Un martillo de vapor puede tener uno o dos bastidores de soporte. El diseño de bastidor único permite que el operador se mueva alrededor de los troqueles más fácilmente, mientras que el bastidor doble puede soportar un martillo más potente. La (s) estructura (s) y el bloque de yunque están montados sobre vigas de madera que protegen los cimientos de hormigón al absorber el impacto. [3] Se necesitan cimientos profundos, pero un gran martillo de vapor sacudirá el edificio que lo sostiene. Esto puede resolverse con un martillo de vapor de contragolpe, en el que dos arietes convergentes accionan los troqueles superior e inferior juntos. El pistón superior se impulsa hacia abajo y el pistón inferior se tira o se impulsa hacia arriba. Estos martillos producen un gran impacto y pueden hacer grandes piezas forjadas. [5] Pueden instalarse con cimientos más pequeños que los martillos de yunque de fuerza similar. [6] Los martillos de contragolpe no se utilizan con frecuencia en los Estados Unidos, pero son comunes en Europa. [7]
Con algunos de los primeros martillos de vapor, un operador movía las válvulas a mano, controlando cada golpe. En otros, la acción de la válvula era automática, lo que permitía un martilleo rápido y repetitivo. Los martillos automáticos podían dar un golpe elástico, donde el vapor amortiguaba el pistón hacia el final de la carrera descendente, o un golpe muerto sin amortiguación. El golpe elástico dio un ritmo más rápido de martilleo, pero con menos fuerza que el golpe muerto. [8] Se construyeron máquinas que podían funcionar en cualquier modo de acuerdo con los requisitos del trabajo. [9] La fuerza del golpe podría controlarse variando la cantidad de vapor introducido para amortiguar el golpe. [10] Un martillo de aire / vapor moderno puede dar hasta 300 golpes por minuto. [11]
Historia
Concepto
James Watt (1736-1819) señaló la posibilidad de un martillo de vapor en su patente del 28 de abril de 1784 para una máquina de vapor mejorada. [12] Watt describió "Martillos pesados o estampadores, para forjar o estampar hierro, cobre u otros metales, u otras materias sin la intervención de movimientos rotativos o ruedas, fijando el martillo o estampador a tal efecto, ya sea directamente al pistón o vástago de pistón del motor. " [13] El diseño de Watt tenía el cilindro en un extremo de una viga de madera y el martillo en el otro. El martillo no se movió verticalmente, sino en el arco de un círculo. [14] El 6 de junio de 1806 W. Deverell, ingeniero de Surrey, presentó una patente para un martillo o estampador a vapor. El martillo estaría soldado a un vástago de pistón contenido en un cilindro. El vapor de una caldera se dejaría entrar debajo del pistón, elevándolo y comprimiendo el aire sobre él. Entonces se liberaría el vapor y el aire comprimido obligaría al pistón a bajar. [13]
En agosto de 1827, John Hague recibió una patente para un método de trabajo con grúas y martillos basculantes accionados por un pistón en un cilindro oscilante donde la energía del aire suministraba la fuerza motriz. Se hizo un vacío parcial en un extremo de un cilindro largo mediante una bomba de aire accionada por una máquina de vapor o alguna otra fuente de energía, y la presión atmosférica empujó el pistón hacia ese extremo del cilindro. Cuando se invirtió una válvula, se formó el vacío en el otro extremo y el pistón se forzó en la dirección opuesta. [15] Hague hizo un martillo con este diseño para planificar sartenes. Muchos años después, al discutir las ventajas del aire sobre el vapor para suministrar energía, se recordó que el martillo neumático de Hague "funcionaba con una rapidez tan extraordinaria que era imposible ver dónde estaba trabajando el martillo, y el efecto se parecía más a dando una presión continua ". Sin embargo, no fue posible regular la fuerza de los golpes. [dieciséis]
Invención
Parece probable que el ingeniero escocés James Nasmyth (1808-1890) y su homólogo francés François Bourdon (1797-1865) reinventaran el martillo de vapor de forma independiente en 1839, ambos tratando de resolver el mismo problema de forjar ejes y manivelas para el vapor cada vez más grande. motores utilizados en locomotoras y botes de remos. [17] En la "autobiografía" de Nasmyth de 1883, escrita por Samuel Smiles , describió cómo surgió la necesidad de un eje de paleta para el nuevo vapor transatlántico SS Great Britain de Isambard Kingdom Brunel , con un eje de 30 pulgadas (760 mm) de diámetro, más grande que cualquiera que hubiera sido previamente forjado. Se le ocurrió el diseño de su martillo de vapor, haciendo un boceto fechado el 24 de noviembre de 1839, pero la necesidad inmediata desapareció cuando se demostró la practicidad de las hélices de tornillo y Gran Bretaña se convirtió a ese diseño. Nasmyth mostró su diseño a todos los visitantes. [18]
A Bourdon se le ocurrió la idea de lo que llamó un "Pilon" en 1839 y realizó dibujos detallados de su diseño, que también mostró a todos los ingenieros que visitaban las obras de Le Creusot propiedad de los hermanos Adolphe y Eugène Schneider . [18] Sin embargo, los Schneider dudaron en construir la nueva máquina radical de Bourdon. Bourdon y Eugène Schneider visitaron las obras de Nasmyth en Inglaterra a mediados de 1840, donde se les mostró el boceto de Nasmyth. Esto confirmó la viabilidad del concepto a Schneider. [17] En 1840 Bourdon construyó el primer martillo de vapor del mundo en la fábrica de Schneider & Cie en Le Creusot. Pesaba 2.500 kilogramos (5.500 libras) y se elevaba a 2 metros (6 pies 7 pulgadas). Los Schneider patentaron el diseño en 1841. [19]
Nasmyth visitó Le Creusot en abril de 1842. Según su relato, Bourdon lo llevó al departamento de forja para que pudiera, como dijo, "ver a su propio hijo". Nasmyth dijo "allí estaba, en verdad, ¡un niño que me golpeaba la cabeza!" [18] Después de regresar de Francia en 1842, Nasmyth construyó su primer martillo de vapor en su fundición Patricroft en Manchester , Inglaterra , junto al (entonces nuevo) Liverpool y Manchester Railway y el Bridgewater Canal . [20] En 1843 estalló una disputa entre Nasmyth y Bourdon sobre la prioridad de invención del martillo de vapor. Nasmyth, excelente publicista, logró convencer a mucha gente de que él era el primero. [21]
Mejoras tempranas
El primer martillo de vapor de Nasmyth, descrito en su patente del 9 de diciembre de 1842, fue construido para Low Moor Works en Bradford. Rechazaron la máquina, pero el 18 de agosto de 1843 aceptaron una versión mejorada con un engranaje de acción automática. [22] Robert Wilson (1803-1882), que también había inventado la hélice de tornillo y era director de las obras de Bridgewater de Nasmyth, inventó el movimiento de acción automática que hizo posible ajustar la fuerza del golpe entregado por el martillo, un mejora importante. [23] Uno de los primeros escritores dijo sobre el equipo de Wilson, "... Me enorgullecería decir que fui el inventor de ese movimiento, y luego decir que había comandado un regimiento en Waterloo ..." [22] Martillos de vapor de Nasmyth ahora podría variar la fuerza del golpe en un amplio rango. A Nasmyth le gustaba romper un huevo colocado en una copa de vino sin romper la copa, seguido de un golpe que sacudió el edificio. [20]
En 1868, los ingenieros habían introducido más mejoras en el diseño original. El martillo de vapor de John Condie, construido para Fulton en Glasgow, tenía un pistón estacionario y un cilindro móvil al que estaba unido el martillo. El pistón era hueco y se usaba para suministrar vapor al cilindro y luego extraerlo. El martillo pesaba 6,5 toneladas con una carrera de 7,5 pies (2,3 m). [24] Los martillos de vapor de Condie se utilizaron para forjar los ejes del SS Great Eastern de Isambard Kingdom Brunel . [25] Un martillo de aire comprimido de alta velocidad se describió en The Mechanics 'Magazine en 1865, una variante del martillo de vapor para usar donde no se disponía de energía de vapor o se requería un ambiente muy seco. [26]
Los martillos de vapor Bowling Ironworks tenían el cilindro de vapor atornillado a la parte posterior del martillo, reduciendo así la altura de la máquina. [24] Estos fueron diseñados por John Charles Pearce, quien obtuvo una patente para su diseño de martillo de vapor varios años antes de que expirara la patente de Nasmyth. [27] Marie-Joseph Farcot de París propuso una serie de mejoras, incluida una disposición para que el vapor actuara desde arriba, aumentando la fuerza de impacto, arreglos mejorados de válvulas y el uso de resortes y material para absorber el impacto y evitar roturas. [24] [28] John Ramsbottom inventó un martillo dúplex, con dos arietes moviéndose horizontalmente hacia una forja colocada entre ellos. [29]
Usando los mismos principios de operación, Nasmyth desarrolló una máquina hincadora de pilotes accionada por vapor . En su primer uso en Devonport , se llevó a cabo un concurso dramático. Su motor hizo un montón en cuatro minutos y medio en comparación con las doce horas que requería el método convencional. [30] Pronto se descubrió que un martillo con una altura de caída relativamente corta era más efectivo que una máquina más alta. La máquina más corta podía dar muchos más golpes en un tiempo dado, impulsando la pila más rápido aunque cada golpe fuera más pequeño. También causó menos daño a la pila. [31]
Las remachadoras diseñadas por Garforth y Cook se basaron en el martillo de vapor. [32] El catálogo de la Gran Exposición celebrada en Londres en 1851 decía sobre el diseño de Garforth: "Con esta máquina, un hombre y tres niños pueden remachar con perfecta facilidad y de la manera más firme, a razón de seis remaches por minuto, o trescientos sesenta por hora ". [33] Otras variantes incluían trituradoras para ayudar a extraer el mineral de hierro del cuarzo y un martillo para hacer agujeros en la roca de una cantera para contener cargas de pólvora. [32] Un libro de 1883 sobre la práctica moderna del vapor decía
La aplicación directa de vapor a los martillos de forja es sin lugar a dudas la mayor mejora que se haya hecho jamás en la maquinaria de forja; no sólo ha simplificado las operaciones que se llevaban a cabo antes de su invención, sino que ha agregado muchas ramas y ampliado el arte de la forja, a fines que nunca se hubieran logrado sin el martillo de vapor. ... El martillo de vapor ... parece estar tan perfectamente adaptado para llenar las diferentes condiciones de martilleo de potencia que parece que no queda nada que desear ... [34]
Desarrollo posterior
Schneider & Co. construyó 110 martillos de vapor entre 1843 y 1867 con diferentes tamaños y velocidades de golpe, pero con una tendencia hacia máquinas cada vez más grandes para manejar las demandas de grandes cañones, ejes de motores y placas de blindaje, y el acero se usa cada vez más en lugar del hierro forjado. En 1861 entró en funcionamiento el martillo de vapor "Fritz" en la fábrica de Krupp en Essen , Alemania. Con un golpe de 50 toneladas, durante muchos años fue el más poderoso del mundo. [35]
Hay una historia que dice que el martillo de vapor Fritz tomó su nombre de un maquinista llamado Fritz que Alfred Krupp presentó al emperador William cuando visitó las obras en 1877. Krupp le dijo al emperador que Fritz tenía un control tan perfecto de la máquina que podía permitir la caída del martillo sin dañar un objeto colocado en el centro del bloque. El Emperador puso inmediatamente su reloj, que estaba tachonado de diamantes, en el bloque e indicó a Fritz que pusiera en marcha el martillo. Cuando el maquinista vaciló, Krupp le dijo "¡Fritz deja volar!" Hizo lo que le dijeron, el reloj estaba ileso y el emperador le dio a Fritz el reloj como regalo. Krupp tenía las palabras "¡Fritz dejó volar!" grabado en el martillo. [36]
Los Schneider finalmente vieron la necesidad de un martillo de proporciones colosales. [35] El martillo de vapor Creusot era un martillo de vapor gigante construido en 1877 por Schneider and Co. en la ciudad industrial francesa de Le Creusot . Con la capacidad de dar un golpe de hasta 100 toneladas, el martillo Creusot era el más grande y poderoso del mundo. [37] Se construyó una réplica de madera para la Exposición Universal (1878) en París. En 1891, la Bethlehem Iron Company de los Estados Unidos compró los derechos de patente de Schneider y construyó un martillo de vapor de diseño casi idéntico pero capaz de dar un golpe de 125 toneladas. [37]
Finalmente, los grandes martillos de vapor quedaron obsoletos, desplazados por prensas hidráulicas y mecánicas. Las prensas aplicaron fuerza lenta y uniformemente, asegurando que la estructura interna de la forja fuera uniforme, sin defectos internos ocultos. [38] El martillo de vapor de Creusot de 1877 ahora se erige como un monumento en la plaza de la ciudad de Creusot. [38] Un martillo Nasmyth original se encuentra frente a los edificios de su fundición (ahora un "parque empresarial"). Un martillo de vapor Nasmyth & Wilson más grande se encuentra en el campus de la Universidad de Bolton .
Los martillos de vapor continúan utilizándose para clavar pilas en el suelo. [1] El vapor suministrado por un generador de vapor circulante es más eficiente que el aire. [39] Sin embargo, hoy en día se utiliza a menudo aire comprimido en lugar de vapor. [31] A partir de 2013, los fabricantes continuaron vendiendo martillos hincadores de pilotes de aire / vapor. [40] Los proveedores de servicios de forja también siguen utilizando martillos de vapor de diferentes tamaños basados en diseños clásicos. [41]
Ver también
- Martillo pilón
- Martillo pilón
- Molino de martillos Frohnauer
Referencias
Citas
- ↑ a b Das , 2010 , p. 548.
- ^ Kaushish 2010 , p. 720.
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- ↑ a b Vogel y Shayt , 1981 , p. 2.
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Fuentes
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enlaces externos
- Video del martillo de vapor en uso moderno en Scot Forge