Formación explosiva

El conformado explosivo es una técnica de metalurgia que utiliza una carga explosiva en lugar de un punzón o una prensa. Se puede aplicar a materiales para los que una prensa sería excesivamente grande o requeriría una presión excesivamente alta, y generalmente es mucho más económico que construir una prensa lo suficientemente grande y con la presión adecuada. Sin embargo, es inevitablemente un proceso de producción individual , que produce un solo producto a la vez y requiere un tiempo de preparación prolongado. Existen varios métodos; uno de ellos consiste en colocar una placa metálica sobre una matriz , evacuar el espacio intermedio mediante una bomba de vacío, sumergir todo el conjunto y detonar una carga a una distancia apropiada de la placa. Para formas complejas, se puede utilizar una matriz segmentada para producir en una sola operación una forma que requeriría muchos pasos de fabricación, o bien fabricarse en piezas y soldarse entre sí, con la consiguiente pérdida de resistencia en las soldaduras. A menudo se produce cierto grado de endurecimiento por deformación debido al proceso de conformado explosivo, especialmente en acero dulce .

Las herramientas pueden fabricarse con fibra de vidrio para aplicaciones de tiradas cortas, con hormigón para piezas grandes a presiones medias o con hierro dúctil para trabajos a alta presión; idealmente, las herramientas deberían tener una resistencia a la fluencia mayor que el material que se está formando, lo cual es un problema ya que la técnica generalmente solo se considera para materiales que son muy difíciles de trabajar.

La primera aplicación industrial comercial del conformado explosivo en Estados Unidos comenzó en 1950 y fue utilizada hasta la década de 1970 por The Moore Company en Marceline, Missouri. El objetivo era formar cilindros metálicos con formas específicas para su uso como estructura central de ventiladores axiales industriales. Esto se detalla en una publicación de la NASA de 1967, "High-Velocity Metalworking - a survey", en las páginas 73, 82 y 83. Este artículo menciona erróneamente el nombre del fundador de la compañía, Robert David Moore Sr., como "ER Moore". Moore sí obtuvo algunas patentes para los procesos involucrados. ^{[ 1 ]}

El conformado explosivo se utilizó en la década de 1960 para aplicaciones aeroespaciales, como las planchas de la quilla del avión de reconocimiento SR-71 y diversas piezas de cohetes soviéticos; su desarrollo continuó en Rusia, y los comités organizadores de eventos como el EPNM suelen contar con muchos miembros de la antigua Unión Soviética. Resultó particularmente útil para fabricar piezas corrugadas de alta resistencia que, de otro modo, habrían tenido que ser mecanizadas a partir de lingotes mucho más grandes que el producto final. Un ejemplo sería el de un constructor de yates que fabricaba cascos de barcos mediante la creación de una "piscina" de hormigón en la que se colocaba chapa metálica, y que, al llenarse de agua y detonar explosivamente, producía la forma completa del casco. ^{[ 2 ]}

Otros usos de los explosivos en la fabricación aprovechan el efecto de carga hueca , poniendo el explosivo en contacto directo con el metal a trabajar; esto se utilizaba para el grabado de gruesas planchas de hierro ya en la década de 1890. Véase también proyectiles formados por explosión para diversas aplicaciones militares de este tipo de tecnología.

A finales de la década de 1950, General Electric desarrolló una aplicación para compuestos de chapa metálica de cinco capas, creados mediante el proceso de conformado explosivo. Los ingenieros de GE utilizaron este innovador material compuesto para producir ánodos de tubos de vacío multicapa (también conocidos como "placas") con características de transferencia de calor superiores. Esta característica permitió a GE fabricar tubos de vacío de potencia significativamente mayor a partir de diseños existentes, sin necesidad de costosos cambios de ingeniería, diseño ni utillaje, lo que le proporcionó una importante ventaja competitiva en el floreciente mercado de amplificadores de alta fidelidad.

En enero de 1960, se informó en la literatura técnica contemporánea de GE ^{[ 3 ]} que este material de cinco capas fue el avance de diseño que hizo posible la nueva 6L6 GC. La 6L6GC era una variante de la 6L6 capaz de disipar un 26 % más de potencia en comparación con la 6L6GB, que por lo demás tenía una construcción idéntica. Según el ingeniero de General Electric, RE Moe, entonces gerente de ingeniería en la planta de GE en Owensboro, Kentucky, ^{[ 4 ]} estos aumentos fueron posibles gracias a la aplicación del material de placa multicapa mejorado.

GE obtuvo este material de una empresa con sede en Texas (Texas Instruments ^{[ 5 ]} ), que, según se informa, fue la fuente de la materia prima de cinco capas forjada por explosión especificada por los ingenieros de General Electric. Este fabricante utilizó procesos de forjado de chapa metálica por explosión desarrollados previamente para otro cliente (¿posiblemente la Marina de los EE. UU.?). Los materiales disímiles formados por explosión presentaban una uniformidad de transferencia de calor sustancialmente mejorada gracias a la capa central de cobre.

Los ingenieros de GE vieron rápidamente el potencial de mejorar las características de transferencia de calor en varios diseños populares de tubos de vacío de pentodo y tetrodo de haz, incluidos el 6L6GB, el 7189 y, finalmente, el 6550. La aplicación del material de cinco capas (Al-Fe-Cu-Fe-Al) a la fabricación del ánodo resolvió el problema de la acumulación irregular de calor a altos niveles de potencia en las placas del ánodo de pentodos, tetrodos y triodos de potencia. Esta acumulación irregular de calor provoca una deformación física de la placa del tubo. Si se permite que continúe, este sobrecalentamiento puntual acaba provocando una deformación que permite el contacto físico y los consiguientes cortocircuitos entre la placa, las rejillas y los conformadores de haz del tubo. Dichos cortocircuitos por contacto destruyen el tubo.

La novedosa aplicación de este innovador material compuesto por parte de General Electric dio lugar a la creación de la variante 7189A, lanzada a finales de 1959, junto con la 6L6GC y otras variantes. En 1969, también se desarrolló la variante 6550A para aprovechar los compuestos forjados por explosión. La aplicación de GE permitió mejorar los niveles de potencia en varios diseños de válvulas ya populares, una innovación que allanó el camino para amplificadores estéreo y de instrumentos musicales de válvulas de vacío con una potencia sustancialmente mayor en las décadas de 1960 y principios de 1970.

GE Ham News, Vol. 15, No. 1, enero-febrero de 1960, págs. 1, págs. 7, PE Hatfield, RE Moe

• FORMACIÓN EXPLOSIVA - Una visión general