Martelo a vapor - Steam hammer

Martelo a vapor
Dampfhammer2 brockhaus.jpg
Ilustração de 1894 de vários tamanhos de martelo a vapor de quadro simples e duplo
Indústria Trabalho de metal
Aplicativo Forjamento, cravação de estacas, rebitagem etc.
Fonte de combustível Madeira ou carvão
Inventor François Bourdon , James Nasmyth
Inventado 1839
Um martelo de queda a vapor de quadro único em uso nas lojas Atchison, Topeka e Santa Fe Railway em Topeka , Kansas , 1943

Um martelo a vapor , também chamado de martelo de queda , é um martelo industrial movido a vapor que é usado para tarefas como moldar peças forjadas e cravar estacas. Normalmente, o martelo é preso a um pistão que desliza dentro de um cilindro fixo , mas em alguns projetos o martelo é preso a um cilindro que desliza ao longo de um pistão fixo.

O conceito do martelo a vapor foi descrito por James Watt em 1784, mas foi somente em 1840 que o primeiro martelo a vapor operacional foi construído para atender às necessidades de forjar componentes cada vez maiores de ferro ou aço. Em 1843, houve uma disputa acirrada entre François Bourdon da França e James Nasmyth da Grã-Bretanha sobre quem havia inventado a máquina. Bourdon construiu a primeira máquina funcional, mas Nasmyth afirmou que ela foi construída a partir de uma cópia de seu projeto.

Os martelos a vapor provaram ser inestimáveis ​​em muitos processos industriais. As melhorias técnicas deram maior controle sobre a força entregue, maior longevidade, maior eficiência e maior potência. Um martelo a vapor construído em 1891 pela Bethlehem Iron Company desferiu um golpe de 125 toneladas. No século 20, os martelos a vapor foram gradualmente substituídos no forjamento por prensas mecânicas e hidráulicas, mas alguns ainda estão em uso. Os martelos a ar comprimido, descendentes dos primeiros martelos a vapor, ainda são fabricados.

Mecanismo

Um martelo a vapor de dupla ação de quadro único

Um martelo a vapor de ação simples é gerado pela pressão do vapor injetado na parte inferior de um cilindro e cai sob a gravidade quando a pressão é liberada. Com o martelo a vapor de dupla ação mais comum, o vapor também é usado para empurrar o aríete para baixo, dando um golpe mais poderoso na matriz. O peso do carneiro pode variar de 225 a 22.500 kg (500 a 50.000 lb). A peça a ser trabalhada é colocada entre uma matriz inferior apoiada sobre um bloco de bigorna e uma matriz superior fixada ao aríete (martelo).

Os martelos estão sujeitos a repetidas concussões, o que pode causar a fratura dos componentes de ferro fundido. Os primeiros martelos eram, portanto, feitos de várias peças aparafusadas. Isso tornou mais barato substituir as peças quebradas e também deu um grau de elasticidade que tornou as fraturas menos prováveis.

Um martelo a vapor pode ter uma ou duas armações de suporte. O design de quadro único permite que o operador se mova em torno das matrizes com mais facilidade, enquanto o quadro duplo pode suportar um martelo mais potente. A (s) moldura (s) e o bloco de bigorna são montados em vigas de madeira que protegem as fundações de concreto, absorvendo o choque. São necessárias fundações profundas, mas um grande martelo de queda de vapor ainda sacudirá o prédio que o contém. Isso pode ser resolvido com um martelo a vapor de contra-golpe, no qual dois aríetes convergentes unem as matrizes superior e inferior. O cilindro superior é empurrado para baixo e o cilindro inferior é puxado ou impulsionado para cima. Esses martelos produzem um grande impacto e podem fazer grandes peças forjadas. Eles podem ser instalados com bases menores do que martelos de bigorna de força semelhante. Os martelos de contra-ataque não são usados ​​com frequência nos Estados Unidos, mas são comuns na Europa.

Com alguns dos primeiros martelos a vapor, um operador movia as válvulas manualmente, controlando cada golpe. Com outros, a ação da válvula era automática, permitindo marteladas repetitivas rápidas. Os martelos automáticos podem dar um golpe elástico, onde o vapor amortece o pistão no final do curso para baixo, ou um golpe morto sem amortecimento. O golpe elástico deu uma batida mais rápida, mas menos força do que o golpe morto. Máquinas foram construídas para funcionar em qualquer um dos modos, de acordo com os requisitos do trabalho. A força do golpe pode ser controlada variando a quantidade de vapor introduzido para amortecer o golpe. Um moderno martelo de ar / vapor pode desferir até 300 golpes por minuto.

História

James Watt (1736-1819) descreveu o conceito de um martelo a vapor

Conceito

A possibilidade de um martelo a vapor foi observada por James Watt (1736–1819) em sua patente de 28 de abril de 1784 para uma máquina a vapor aprimorada. Watt descreveu "Martelos ou Estampadores Pesados, para forjar ou estampar ferro, cobre ou outros metais, ou outros assuntos sem a intervenção de movimentos rotativos ou rodas, fixando o Martelo ou Estampador a ser trabalhado, diretamente no pistão ou pistão haste do motor. " O desenho de Watt tinha o cilindro em uma extremidade de uma viga de madeira e o martelo na outra. O martelo não se moveu verticalmente, mas no arco de um círculo. Em 6 de junho de 1806, W. Deverell, engenheiro de Surrey, registrou a patente de um martelo ou batedor movido a vapor. O martelo seria soldado a uma haste de pistão contida em um cilindro. O vapor de uma caldeira poderia entrar sob o pistão, elevando-o e comprimindo o ar acima dele. O vapor seria então liberado e o ar comprimido forçaria o pistão para baixo.

Em agosto de 1827, John Hague obteve a patente de um método de trabalho de guindastes e martelos basculantes acionados por um pistão em um cilindro oscilante, onde o poder do ar fornecia a força motriz. Um vácuo parcial era feito em uma das extremidades de um longo cilindro por uma bomba de ar operada por uma máquina a vapor ou alguma outra fonte de energia, e a pressão atmosférica impulsionava o pistão naquela extremidade do cilindro. Quando uma válvula foi invertida, o vácuo foi formado na outra extremidade e o pistão forçado na direção oposta. Hague fez um martelo com este projeto para aplainar frigideiras. Muitos anos depois, ao discutir as vantagens do ar sobre o vapor para fornecer energia, foi lembrado que o martelo pneumático de Hague "funcionou com uma rapidez tão extraordinária que era impossível ver onde o martelo estava funcionando, e o efeito foi mais parecido com dando uma pressão contínua. " Porém, não foi possível regular a força dos golpes.

Invenção

O martelo a vapor Nasmyth

Parece provável que o engenheiro escocês James Nasmyth (1808-1890) e seu homólogo francês François Bourdon (1797-1865) reinventaram o martelo a vapor independentemente em 1839, ambos tentando resolver o mesmo problema de forjar eixos e manivelas para o vapor cada vez maior motores usados ​​em locomotivas e barcos a remo. Na "autobiografia" de Nasmyth de 1883, escrita por Samuel Smiles , ele descreveu como surgiu a necessidade de um poço de remo para o novo navio transatlântico SS Great Britain de Isambard Kingdom Brunel , com um poço de 30 polegadas (760 mm) de diâmetro, maior do que qualquer outro. tinha sido previamente forjado. Ele criou seu projeto de martelo a vapor, fazendo um esboço datado de 24 de novembro de 1839, mas a necessidade imediata desapareceu quando a praticidade das hélices de parafuso foi demonstrada e a Grã-Bretanha foi convertida para esse projeto. Nasmyth mostrou seu projeto a todos os visitantes.

Bourdon teve a ideia do que chamou de "Pilon" em 1839 e fez desenhos detalhados de seu projeto, que também mostrou a todos os engenheiros que visitaram as obras em Le Creusot, propriedade dos irmãos Adolphe e Eugène Schneider . No entanto, os Schneiders hesitaram em construir a nova máquina radical de Bourdon. Bourdon e Eugène Schneider visitaram as obras de Nasmyth na Inglaterra em meados de 1840, onde viram o esboço de Nasmyth. Isso confirmou a viabilidade do conceito para Schneider. Em 1840, Bourdon construiu o primeiro martelo a vapor do mundo na fábrica da Schneider & Cie em Le Creusot. Ele pesava 2.500 kg (5.500 lb) e se elevava a 2 metros (6 pés 7 pol.). Os Schneiders patentearam o design em 1841.

Nasmyth visitou Le Creusot em abril de 1842. Segundo seu relato, Bourdon o levou ao departamento de ferraria para que ele pudesse, como disse, "ver seu próprio filho". Nasmyth disse "ali estava, na verdade - uma criança latejante do meu cérebro!" Após retornar da França em 1842, Nasmyth construiu seu primeiro martelo a vapor em sua fundição Patricroft em Manchester , Inglaterra , adjacente à (então nova) Liverpool and Manchester Railway e ao Canal Bridgewater . Em 1843, uma disputa eclodiu entre Nasmyth e Bourdon sobre a prioridade da invenção do martelo a vapor. Nasmyth, excelente publicitário, conseguiu convencer muita gente de que foi o primeiro.

Melhorias iniciais

Martelo a vapor Nasmyth & Wilson na Universidade de Bolton

O primeiro martelo a vapor de Nasmyth, descrito em sua patente de 9 de dezembro de 1842, foi construído para a Low Moor Works em Bradford. Eles rejeitaram a máquina, mas em 18 de agosto de 1843 aceitaram uma versão melhorada com uma engrenagem automática. Robert Wilson (1803-1882), que também inventou a hélice de parafuso e foi gerente das obras de Bridgewater de Nasmyth, inventou o movimento automático que tornou possível ajustar a força do golpe desferido pelo martelo - uma melhoria criticamente importante. Um dos primeiros escritores disse sobre o equipamento de Wilson: "... Eu ficaria mais orgulhoso de dizer que fui o inventor desse movimento, do que dizer que comandei um regimento em Waterloo ..." Os martelos a vapor de Nasmyth agora podiam variar a força de o golpe em uma ampla gama. Nasmyth gostava de quebrar um ovo colocado em uma taça de vinho sem quebrar o vidro, seguido de um golpe que sacudiu o prédio.

Em 1868, os engenheiros introduziram novas melhorias no projeto original. O martelo a vapor de John Condie, construído para a Fulton em Glasgow, tinha um pistão estacionário e um cilindro móvel ao qual o martelo estava preso. O pistão era oco e era usado para fornecer vapor ao cilindro e removê-lo. O martelo pesava 6,5 ​​toneladas com um curso de 7,5 pés (2,3 m). Martelos a vapor Condie foram usados ​​para forjar as hastes do SS Great Eastern de Isambard Kingdom Brunel . Um martelo de ar comprimido de alta velocidade foi descrito na revista The Mechanics ' em 1865, uma variante do martelo a vapor para uso onde a força do vapor não estava disponível ou um ambiente muito seco era necessário.

Os martelos a vapor Bowling Ironworks tinham o cilindro de vapor aparafusado na parte de trás do martelo, reduzindo assim a altura da máquina. Estes foram desenhados por John Charles Pearce, que patenteou o desenho do seu martelo a vapor vários anos antes de a patente de Nasmyth expirar. Marie-Joseph Farcot, de Paris, propôs uma série de melhorias, incluindo um arranjo para que o vapor atuasse de cima, aumentando a força de impacto, arranjos de válvula melhorados e o uso de molas e material para absorver o choque e evitar quebras. John Ramsbottom inventou um martelo duplex, com dois aríetes movendo-se horizontalmente em direção a uma forja colocada entre eles.

Usando os mesmos princípios de operação, Nasmyth desenvolveu uma máquina de cravar estacas a vapor . Em seu primeiro uso em Devonport , um concurso dramático foi realizado. Seu motor fez uma pilha em quatro minutos e meio, em comparação com as doze horas que o método convencional exigia. Logo se descobriu que um martelo com uma altura de queda relativamente curta era mais eficaz do que uma máquina mais alta. A máquina mais curta poderia desferir muito mais golpes em um determinado momento, cravando a pilha mais rápido, embora cada golpe fosse menor. Também causou menos danos à pilha.

As máquinas de rebitar projetadas por Garforth e Cook foram baseadas no martelo a vapor. O catálogo da Grande Exposição realizada em Londres em 1851 dizia do projeto de Garforth: "Com esta máquina, um homem e três meninos podem rebitar com perfeita facilidade e da maneira mais firme, a uma taxa de seis rebites por minuto, ou trezentos e sessenta por hora. " Outras variantes incluíam trituradores para ajudar a extrair o minério de ferro do quartzo e um martelo para abrir buracos na rocha de uma pedreira para conter cargas de pólvora. Um livro de 1883 sobre a prática moderna do vapor dizia

A aplicação direta de vapor em martelos de forjamento é, sem dúvida, o maior aprimoramento que já foi feito em máquinas de forjamento; não apenas simplificou as operações realizadas antes de sua invenção, mas acrescentou muitos ramos e estendeu a arte da forja a propósitos que nunca poderiam ter sido alcançados exceto com o martelo a vapor. ... O martelo a vapor ... parece estar tão perfeitamente adaptado para preencher as diferentes condições do martelamento elétrico que não há mais nada a desejar ...

Desenvolvimento posterior

Martelo a vapor fabricado pela F. Banning AG em 1929, utilizado pela Tampella , localizado desde 1977 no Murikka Instutute em Tampere , Finlândia , como memorial da indústria do ferro da cidade.
O martelo a vapor Creusot gigante construído em 1877 por Schneider et Cie em Le Creusot

A Schneider & Co. construiu 110 martelos a vapor entre 1843 e 1867 com diferentes tamanhos e taxas de golpe, mas tendendo a máquinas cada vez maiores para lidar com as demandas de grandes canhões, eixos de motor e placas de blindagem, com o aço cada vez mais usado no lugar do ferro forjado. Em 1861, o martelo a vapor "Fritz" entrou em operação na fábrica Krupp em Essen , Alemanha. Com um golpe de 50 toneladas, por muitos anos foi o mais potente do mundo.

Há uma história de que o martelo a vapor Fritz recebeu o nome de um maquinista chamado Fritz, que Alfred Krupp apresentou ao imperador William quando ele visitou a fábrica em 1877. Krupp disse ao imperador que Fritz tinha um controle tão perfeito da máquina que ele poderia deixar a queda do martelo sem prejudicar um objeto colocado no centro do bloco. O imperador imediatamente colocou seu relógio, cravejado de diamantes, no bloco e fez um sinal para que Fritz ligasse o martelo. Quando o maquinista hesitou, Krupp disse-lhe "Fritz deixou voar!" Ele obedeceu, o relógio saiu ileso e o imperador deu a Fritz o relógio como um presente. Krupp tinha as palavras "Fritz deixou voar!" gravado no martelo.

Os Schneiders finalmente viram a necessidade de um martelo de proporções colossais. O martelo a vapor Creusot era um martelo a vapor gigante construído em 1877 pela Schneider and Co. na cidade industrial francesa de Le Creusot . Com capacidade para desferir um golpe de até 100 toneladas, o martelo Creusot era o maior e mais poderoso do mundo. Uma réplica de madeira foi construída para a Exposition Universelle (1878) em Paris. Em 1891, a Bethlehem Iron Company dos Estados Unidos comprou os direitos de patente da Schneider e construiu um martelo a vapor de design quase idêntico, mas capaz de desferir um golpe de 125 toneladas.

Eventualmente, os grandes martelos a vapor tornaram-se obsoletos, substituídos por prensas hidráulicas e mecânicas. As prensas aplicaram a força de forma lenta e uniforme, garantindo que a estrutura interna do forjamento fosse uniforme, sem falhas internas ocultas. O martelo a vapor Creusot de 1877 agora é um monumento na praça da cidade de Creusot. Um martelo Nasmyth original fica de frente para seus edifícios de fundição (agora um 'parque empresarial'). Um martelo a vapor Nasmyth & Wilson maior está localizado no campus da Universidade de Bolton .

Martelos a vapor continuam a ser usados ​​para cravar estacas no solo. O vapor fornecido por um gerador de vapor circulante é mais eficiente do que o ar. No entanto, hoje em dia o ar comprimido é frequentemente usado em vez do vapor. A partir de 2013, os fabricantes continuaram a vender martelos cravadores de estacas a ar / vapor. Os fornecedores de serviços de forja também continuam a usar martelos a vapor de vários tamanhos com base em designs clássicos.

Veja também

Referências

Citações

Origens

links externos