Cómo construir una prensa de forja de 50 mil toneladas

Cómo construir una prensa de forja de 50,000 toneladas

La revolución en el diseño de aeronaves de las décadas de 1940 y 1950

• La invención del motor a reacción permitió que las aeronaves volaran más alto y más rápido
• Las nuevas tecnologías aeronáuticas requerían materiales como Inconel y titanio, además de métodos de fabricación potentes
• El uso de grandes piezas forjadas y extruidas fue considerado un avance tecnológico prometedor

Ventajas de la forja y la extrusión

• Forja: método de fabricación que da forma al metal mediante presión
• Extrusión: formación del metal al comprimirlo a través de una abertura con una forma específica
• El uso de grandes piezas forjadas y extruidas hace que los componentes sean más delgados, ligeros y resistentes
• Ofrecen propiedades mecánicas más consistentes que el mecanizado

La necesidad de prensas de gran tamaño

• Para fabricar grandes piezas forjadas y extruidas se necesitaban prensas de un tamaño sin precedentes
• En la década de 1950, el Departamento de Defensa inició el programa de grandes prensas y construyó 4 grandes prensas de forja y 6 prensas de extrusión

Origen del programa de grandes prensas

• Alemania desarrolló grandes prensas desde la década de 1920
• Estados Unidos reconoció la capacidad alemana en grandes prensas en 1942 y comenzó a desarrollar las suyas
• Tras la rendición de Alemania, Estados Unidos y la Unión Soviética se repartieron las grandes prensas alemanas y sus planos de diseño

Inicio del programa de grandes prensas

• En 1950, el Departamento de Defensa inició un programa para construir 17 grandes prensas
• Finalmente se construyeron 10 prensas: 4 de extrusión y 6 de forja
• Las prensas se arrendaban a la industria privada para su operación

Construcción de las grandes prensas

• La construcción de las prensas comenzó en 1952
• La prensa de forja de 50,000 toneladas tenía el tamaño de un edificio de 10 pisos
• Los componentes de la prensa se fabricaron en Estados Unidos y en todo el mundo

Resultados de las grandes prensas

• Se redujeron considerablemente la cantidad de piezas de aeronaves y los costos de fabricación
• Las grandes prensas permitieron procesar diversos metales
• Se usaron para múltiples fines, incluyendo aeronaves militares y comerciales, naves espaciales y submarinos

Conclusión

• El programa de grandes prensas es un buen ejemplo de la transferencia de tecnología militar al sector civil
• El avance de la tecnología de manufactura desempeña un papel importante en el progreso tecnológico
• Siguen siendo posibles métodos de fabricación innovadores similares a las grandes máquinas de fundición de Tesla

Resumen de GN⁺

• La prensa de forja de 50,000 toneladas redujo drásticamente los costos de fabricación de aeronaves y mejoró su rendimiento
• El programa de grandes prensas muestra cómo la tecnología militar puede contribuir a la industria civil
• Aún existen ejemplos modernos comparables, como las grandes máquinas de fundición de Tesla
• El avance de la tecnología de manufactura desempeña un papel importante en el progreso tecnológico
• Las grandes prensas contribuyeron enormemente al éxito de la fabricación aeronáutica en Estados Unidos

[GN⁺]

Opiniones en Hacker News

• Ventajas del forjado: se puede orientar la dirección del grano para ajustarla a los patrones de esfuerzo de un diseño específico

  • No se vuelve más resistente simplemente por comprimir el acero
  • Los cables de acero se estiran hasta cientos de veces su longitud original para aumentar su resistencia
  • Se requiere un proceso de optimización más complejo que simplemente dar la forma final
  • Por ejemplo, una biela de pistón debe ser resistente en la dirección longitudinal, por lo que se fabrica estirando un lingote corto y grueso
  • Al hacer una viga en I, es más resistente estirar los bordes que golpear el centro para adelgazarlo
  • En el caso de piezas complejas, este proceso es tan complicado como un problema moderno de ingeniería

• Conformado por explosión: método que usa explosivos químicos de alta potencia para forzar el material de la plantilla a ajustarse a la plantilla

  • Puede generar presiones comparables a las del forjado de presión media
  • Permite fabricar con precisión formas cilíndricas o esféricas complejas con facilidad
  • Se usa para fabricar imanes superconductores
  • Lo usan fabricantes de escáneres MRI

• Programa Heavy Press: a inicios de los 2000, se usaba en todos los aviones militares de EE. UU. y en los aviones de Airbus y Boeing

  • El ahorro de costos en el bombardero B-52 fue mayor que el costo total del programa
  • Me pareció interesante enterarme por primera vez de este programa
  • Me pregunto si otros procesos podrían redefinir una industria o la forma de diseñar

• Importancia estratégica de las prensas grandes: a menudo los políticos no la entienden

  • Decepciona que el gobierno británico no haya financiado prensas grandes
  • Menos mal que el gas natural es barato y no hay problemas en la cadena de suministro

• Tamaño de las prensas grandes: una prensa de 50,000 toneladas tiene el tamaño de un edificio de 10 pisos y la fuerza para levantar un acorazado

  • Tras la rendición de Alemania, EE. UU. y la Unión Soviética se repartieron las grandes prensas alemanas y a los científicos de cohetes
  • EE. UU. desmontó cuatro prensas alemanas y las transportó a territorio estadounidense
  • Es similar a cuando la Unión Soviética desmontó fábricas durante la guerra y las trasladó a la retaguardia

• Lección para quienes defienden el libre mercado: a veces el libre mercado deja pasar oportunidades

  • Una intervención gubernamental inteligente puede generar grandes beneficios para el público

• La prensa más grande del mundo: una prensa de 60,000 toneladas construida en 2018 está en el condado de Los Ángeles, California

• Trabajo con sentido: importa no solo el salario, sino también que se sienta especial

  • Las discusiones sobre desarrollar capacidad industrial suelen centrarse en el alto costo laboral o en la falta de interés de inversión por parte del capital
  • Me gustaría entender el período de negocio garantizado que ofreció el gobierno para lograr que las empresas participaran, y también otros procesos industriales que fracasaron
  • Me pregunto por qué no tuvo éxito en la industria solar

• Fabricación de recipientes para reactores en Norteamérica: no se pueden fabricar sin cortar el recipiente en secciones y soldarlo

  • Una empresa canadiense se está preparando para fabricar recipientes para reactores pequeños
  • Aún no hay señales de que no sea otro NuScale 2.0

• Programa iniciado en los años 1950: 6 de las 10 prensas siguen operando