Presse hydraulique

Une presse hydraulique est une machine avec un circuit hydraulique qui fournit une grande force de compression. Elle permet de transmettre un effort démultiplié et un déplacement, servant à écraser, déformer un objet ou soulever une pièce lourde.

Schéma de principe de la presse hydraulique : à pression égale, la force dépend de la surface du piston

Elle est hydrauliquement équivalente à un mécanisme à bras de levier.

Fonctionnement
La presse hydraulique à forger de 45 400 t exploitée par Wyman-Gordon, l’une des deux de cette puissance utilisées par l’industrie aux États-Unis.

La presse hydraulique repose sur le principe de Pascal.

À une extrémité du système se trouve un piston avec une petite surface A1, de l'autre côté un piston avec une grande surface A2, qui permet d'accroître la force.

Comme pour un bras de levier avec un rapport de 1/2, d'un côté une force est doublée, mais la course est divisée par deux ; il en est de même pour le vérin avec une section double du premier (ne pas confondre section et diamètre).

Autre exemple, si le rapport des sections est de 10, une force de 100 N sur le petit piston va produire une force de 1 000 N sur le grand piston, mais le petit piston doit se déplacer de 100 mm pour que le grand piston se déplace de seulement 10 mm.

C'est ainsi que l'énergie, sous forme de travail dans le cas présent, est conservée et que la loi de conservation de l'énergie est satisfaite.

Historique
Schéma et coupe de la presse hydraulique de Bramah.

L'ingénieur britannique Joseph Bramah mit au point la presse hydraulique à la fin du XVIIIe siècle. Son invention la plus importante est le joint qu’il mit au point pour la presse hydraulique ; car si le principe de cette machine (à savoir : la transmission intégrale de pression d’un réservoir de grand diamètre à un réservoir de petit diamètre par l’intermédiaire d'un piston agit comme un multiplicateur de force) apparaît pour la première fois dans le Traité de l'équilibre des liqueurs de Blaise Pascal, l’application concrète de ce principe aux machines se heurta pendant des décennies aux problèmes de fuite du liquide de transmission (en l'occurrence : de l’eau). Le premier, Bramah élabora un joint aux performances satisfaisantes, à base de cuir embouti monté sur un disque métallique, pour lequel il déposa un brevet en 1795[1].

La presse hydraulique de Bramah eut d’emblée de nombreuses applications industrielles, notamment pour le levage et le forgeage. Son apparition (avec celle de l’accumulateur hydraulique de William G. Armstrong) marque l’avènement de l’hydraulique industrielle.

Presse hydraulique à extrusion de 10 900 t exploitée par Harvey Machine Co. à Torrance, Californie des années 1950 jusqu’aux années 1990. Elle mesure 300 pieds (91 mètres) de long et pèse environ 8 millions de livres (3 636 tonnes) pour une variance maximale de seulement 0,1 mm[2].

Dans les années 1930, le recours au Procédé Guérin, initialement par la société Douglas, permit de combiner les opérations de formage et de découpage à la Presse hydraulique. L'Allemagne avait les plus grosses presses à forger pendant la Seconde Guerre mondiale et les utilisait pour la fabrication d'avions de combat plus performants que les avions alliés. À la fin de la guerre, l'Union soviétique s'empara de la plus grosse presse allemande encore en activité, d'une capacité de 30 000 tonnes, et des spécialistes croyaient qu'elle avait mis la main sur les plans d'une presse de 50 000 tonnes. Deux presses d'une capacité de 15 000 tonnes furent saisies par les forces armées des États-Unis et apportées aux États-Unis. La guerre froide alimentant les inquiétudes américaines, des stratèges croyaient que la presse soviétique donnerait un avantage insurmontable au complexe militaro-industriel de la Russie, ce qui les incita à lancer l’Heavy Press Program dans le but de gagner la course aux armements[3],[4],[5]. Ce programme permit de construire dix machines-outils dont les plus puissantes sont deux presses de 45 400 t de compression mises en service en 1955 à Cleveland et à Grafton, Massachusetts.

Une entreprise soviétique basée en Ukraine, Novokramatorsky Mashinostroitelny Zavod (NKMZ), mit en service, entre 1957 et 1960, deux presses de 75 000 t métriques. Une à l'usine VSMPO-AVISMA à Verkhniaïa Salda[6] et la seconde sur un site à Samara qui a été repris après la dislocation de l’URSS par Alcoa[7] en Russie[8].

La France est le troisième pays à disposer d’une presse dans cette gamme de puissance, il s’agit également d’une machine soviétique NKMZ de 65 000 t installée entre 1974 et 1976 à Issoire[9].

En 1983, l’United States Army étudia la possibilité de construire des presses de 70 à 181 400 t de puissance. Cela resta sans suite[10].

En [11], une presse de 80 000 t de compression entre en service en Chine à Deyang dans la province du Sichuan. Il s’agit en 2014 de la plus puissante du monde en service[12],[13].

Une presse de 50 000 tonnes entre en service au Japon en à Kurashiki dans la préfecture d’Okayama[14],[15].

Typologie
Presse hydraulique
Presse à compression de 200 t à plateaux chauffants pour écraser ou mouler des matériaux thermoplastiques

Références
  1. Cf. Daumas et Garanger, Hist. gén. des techn., vol. 3, p. 161
  2. (en) Tim Heffernan, « The machines that made the Jet Age », (consulté le )
  3. [PDF] (en) 50,000 Ton Closed Die Forging Press, American Society of Mechanical Engineers, (lire en ligne) (histoire de la presse fabriquée par Mesta Press et installée chez Alcoa)
  4. [PDF] (en) The Wyman-Gordon 50,000 Ton Forging Press, American Society of Mechanical Engineers, (lire en ligne) (histoire de la presse fabriquée par Loewy Press et installée chez Wyman-Gordon)
  5. (en) Peter Edson, « Revolutionary Metal Press Cuts Cost of Planes and Guns », Sarasota Journal,‎ (lire en ligne, consulté le )
  6. (en) Gerd Lütjering et James C. Williams, Titanium, Berlin/New York, Springer, , 431 p. (ISBN 978-3-540-73036-1, lire en ligne), p. 79.
  7. (en) « History of Samara Metallurgical Plant(ZAO Alcoa SMZ) », sur Alcoa, (consulté le ).
  8. (en) « Reference list: Hydraulic forging presses », sur Novokramatorsky Mashinostroitelny Zavod (consulté le ).
  9. Geneviève Colonna d'Istria, « Auvergne : Issoire se sent pousser des ailes », L'Usine nouvelle,‎ (lire en ligne, consulté le )
  10. (en) Feasibility of Using a Large Press (80,000-200,000 Ton) for Manufacturing Future Components on Army Systems, U.S. Army-Automotive Command Research and Development Center, , 49 p. (lire en ligne).
  11. (en) « China’s 80,000-ton press forge almost ready for use », sur Chinese Defense, 2012-2013 (consulté le ).
  12. (en) Tim Heffernan, « Iron Giant », The Atlantic,‎ (lire en ligne, consulté le )
  13. (en) « China Building World's Largest Press Forge », China Tech Gadget,‎ (lire en ligne, consulté le )
  14. (en) Kobelco, « Four Japanese firms establish joint venture, Advanced forging press to make aircraft parts », (consulté le )
  15. (en) « Japan’s 50,000-ton press forge to be ready by April 2013 (Japanese) », sur France-metallurgie, (consulté le ).

Voir aussi

Articles connexes

Lien externe
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