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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Marteau à vapeur. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Le marteau à vapeur a dominé l'ingénierie mécanique pendant 90 ans et était l'une des machines les plus importantes de son temps. Sa création et son introduction dans la production en termes d'importance pour la révolution industrielle ne peuvent être comparées qu'à l'introduction d'un support de tour mécanisé, réalisée par Henry Maudsley au tournant du XIXe siècle.
La place importante occupée par le marteau dans la chaîne de production s'explique par la grande importance du forgeage dans le processus technologique global de fabrication des produits en fer. Comme déjà mentionné, l'origine du forgeage est associée à la méthode de réduction du fer par la matière première. La fissure de fer doux, extraite du haut fourneau, avait une structure poreuse lâche. Ses pores étaient remplis de laitier. Afin d'obtenir du fer et de l'acier de haute qualité pour la fabrication d'outils, il fallait enlever le laitier et souder les pores. C'est exactement ce qui a été réalisé en forgeant. Il n'était possible de forger du métal qu'en le chauffant à la chaleur de soudage: les coups appliqués par le marteau devaient être aussi puissants que possible pour que le soudage aux endroits de délaminage se produise réellement et que des vides ne se forment pas. De plus, des coups violents ont expulsé les scories restantes du métal chaud, ce qui a également augmenté la qualité du fer. Seul le métal bien forgé convenait alors à la production d'outils et d'armes, et pendant de nombreux siècles, ils ont également été fabriqués exclusivement par forgeage. Plus tard, aux XVIIIe et XIXe siècles, des pièces de machines ont également été forgées. Dans les temps anciens, tous les travaux de forge étaient effectués par le forgeron lui-même. À l'avenir, il y avait une division du travail - le forgeron continuait à effectuer la partie la plus qualifiée du travail, et la partie lourde et peu qualifiée était effectuée par les marteleurs qui travaillaient sous sa direction. Le forgeron travaillait avec un marteau de 1 à 2 kg et les marteleurs travaillaient avec des masses dont le poids atteignait 12 kg. Les masses étaient montées sur de longs manches en bois dur, élastique et non cassant. Le long manche permettait de tenir la masse à deux mains et de battre dans un mouvement circulaire "en balançoire". La division du travail entre le forgeron et le marteleur ouvrait la possibilité de mécaniser les coups lourds et monotones produits par ce dernier et de reporter son travail sur le mécanisme. Au Moyen Âge, un marteau à came alimenté par une roue hydraulique a été inventé. Les premiers marteaux de ce type sont apparus déjà au XIIIe siècle et leur utilisation généralisée remonte au XVIe siècle. À la fin du XVIIIe siècle, les marteaux entraînés par une machine à vapeur sont entrés en usage. Un brevet pour l'invention d'un tel marteau a été reçu en 1784 par James Watt.
La connexion du marteau à la machine n'a d'abord rien changé à sa propre conception. C'était la même queue, marteau à came qui, quatre cents ans avant la découverte de Watt, était propulsée par une roue hydraulique. De plus, on pouvait facilement y voir son ancien prototype manuel. L'âge de la vapeur n'a changé ni sa forme ni son principe de fonctionnement, il n'a fait qu'augmenter sa taille et son poids. Mais cette situation ne pouvait pas durer longtemps. Au cours des décennies suivantes, le développement de l'ingénierie mécanique, la construction ferroviaire et, surtout, la construction de colossaux navires à vapeur océaniques ont nécessité l'usinage de pièces aux dimensions sans précédent. Les arbres des roues à aubes, manivelles et autres pièces des machines à vapeur atteignaient souvent des tailles énormes. Pour leur fabrication, des machines géantes ont commencé à être créées, notamment de puissants marteaux à vapeur. Cependant, la conception du marteau à came, qui présentait de nombreuses lacunes, ne permettait pas de forger des pièces particulièrement volumineuses de haute qualité. La force du coup de marteau dépendait directement de la hauteur de sa chute. Pendant ce temps, avec une augmentation de la taille de la pièce, l'espace libre entre le percuteur et l'enclume a diminué et, par conséquent, la force d'impact s'est affaiblie. C'était un grand inconvénient, car lors du traitement de pièces volumineuses et massives, les impacts se sont avérés les plus faibles, et vice versa - lors du traitement de pièces d'épaisseur insignifiante, le marteau a agi avec une force maximale, ce qui était complètement à l'opposé des besoins de production . En conséquence, la pièce massive a eu le temps de refroidir avant que le forgeage ne soit terminé. Il a dû être chauffé encore et encore transféré sous le marteau. Cela a demandé beaucoup de temps et d'efforts, mais la qualité du forgeage laissait encore beaucoup à désirer. De plus, le mouvement du marteau ne s'effectuant pas en ligne droite, mais en arc de cercle, il n'a jamais été possible d'obtenir un parallélisme strict entre la surface du marteau et l'enclume (sauf lorsque le marteau était destiné à forger des pièces de même épaisseur). Tel était l'état des choses au début des années 40, lorsque le marteau à vapeur de Nesmith est apparu, construit sur des principes complètement différents. Elle s'est immédiatement généralisée, car elle répondait aux besoins les plus pressants de la production. La raison de cette invention remarquable a été donnée par la circonstance suivante. La Great Western Company, pour laquelle l'usine de Nesmith fournissait constamment des machines à couper les métaux, reçut la commande de construire un navire à vapeur géant "Great Britain". Le bateau à vapeur devait avoir un vilebrequin géant d'un diamètre d'environ 750 mm. Il s'est avéré qu'il était totalement impossible de forger un tel arbre à l'aide des marteaux qui existaient alors. Ayant pris connaissance des difficultés de l'entreprise, Nesmith a réfléchi à la manière de réaliser un forgeage aussi gigantesque. Au début, il avait l'intention d'améliorer l'ancien marteau, mais il s'est ensuite rendu compte qu'il était nécessaire d'abandonner complètement le schéma précédent et de créer un nouvel appareil dans lequel la machine à vapeur et le batteur seraient connectés en un seul mécanisme. L'un des principaux défauts de tous les marteaux précédents était que le mouvement de la machine à vapeur à la partie d'impact du marteau était transmis de manière extrêmement irrationnelle. Le mouvement alternatif du piston dans le cylindre de la machine a d'abord été converti en mouvement de rotation de l'arbre à cames. Ensuite, il était nécessaire de convertir le mouvement de rotation de l'arbre en mouvement alternatif du marteau lui-même. "Et y a-t-il eu un quelconque avantage dans cette transformation complexe du mouvement ? Absolument aucun", écrira Nesmith plus tard. "Au contraire, seuls de nombreux inconvénients importants en ont résulté - tout d'abord, le pouvoir a été perdu." Bien conscient des lacunes de l'ancienne conception, Nesmith a créé une nouvelle machine avec une pièce de travail en chute libre, qui en était privée. Les pièces principales de son marteau étaient un cylindre, un piston et un cadre les supportant. Le cylindre à vapeur C était positionné de manière à ce que la tige du piston fasse saillie vers l'enclume K. Le cylindre C était soutenu par deux piliers O formant un cadre. "Baba" B se déplaçait entre ces crémaillères dans les rainures et portait le percuteur, qui était interchangeable et dépendait de la nature du travail effectué. La vapeur de la chaudière par le tuyau P est entrée dans la chambre dans laquelle la bobine se déplaçait. Lorsque la bobine occupait la position inférieure, la vapeur pénétrait sous le piston et le soulevait, ainsi que la tige, la "femme" et le percuteur. Si la poignée était tournée dans l'autre sens, la bobine arrêtait le flux de vapeur sous le piston et l'ouvrait à l'atmosphère par le tuyau principal. Ensuite, les pièces qui tombent, sous l'influence de leur propre poids, frappent la pièce avec une force totalement inaccessible au marteau à came arrière. La pression de la vapeur était régulée en réduisant l'ouverture par laquelle elle était libérée. De cette manière, il était possible de faire tomber le marteau plus lentement ou plus rapidement et, en conséquence, de donner des coups plus ou moins forts. En fermant complètement la sortie de vapeur, il était possible d'arrêter instantanément le marteau à tout moment.
À quel point le nouveau marteau était obéissant dans la gestion, dit un tel épisode. En 1843, les Lords de l'Amirauté arrivèrent à l'usine de Nesmith pour inspecter son invention. Nesmith lui-même a conduit la machine, qui pesait 2 tonnes de pièces tombantes.Pour surprendre les seigneurs, il a préparé quelque chose comme un tour. Un verre en cristal avec un œuf cru était placé sur l'enclume. Démarrant la voiture, Nesmith a cassé la coquille de l'œuf sans endommager les verres. Le succès commercial de la nouvelle machine a dépassé toutes les attentes. Le marteau est devenu une sensation parmi les constructeurs de machines. Afin de se familiariser avec son appareil, des ingénieurs et des mécaniciens sont venus de tout le pays. De nombreuses commandes ont été reçues et le marteau à vapeur a commencé sa marche victorieuse, d'abord en Angleterre, puis dans le monde entier. (L'une des premières commandes est venue de Russie.) Cette invention a valu à Nesmith une renommée mondiale et une renommée en tant que l'un des principaux constructeurs de machines. Même de son vivant, dans la seconde moitié du XIXe siècle, les marteaux à vapeur atteignirent des proportions colossales. Ainsi, en 1861, le marteau Fritz a été construit à l'usine Krupp. Sa "femme" pesait 50 tonnes. Auteur : Ryzhov K.V.
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