CHAPITRE III

;r tnlw^ pr^nAre A «n corps nue toraM on une apparf^ncè déiennlaiée»

837. Des outils proprement dits. — Le bat des outils etmachines-oi^tils est d*opéi'er, par nne action mécanique, un chacgement dans la dimension des çorp^ et de créer les différentes formçs çmplpyécs daps les arts. Produits de i'int^Uig^nce bo* maine, ils sont la base de toute civilisation. Les sauvages les connaissent à pçine, ou c-ev^x qu ils possèdent sont û imiparfaits qu*il leur faut un tjc^ps infini pour arriver à produire la fiNme la pln^ simple^ Aussi peut-on n^esurer le degré de civilisation d*un peuple à la glus ou moins grande perfection de ses outils, à la plus ou moins grande. r^pidHé avec laquelle il parvient à donner à la matière une forme déterminée. Celui qu^- découvrit la propriété de Vaciç^ de se durcir à la .treippe, ^ de devenir ainsi Uagent au moyen duquel on peut attaquer la plupart des autres corps, a rendu à la civilisation le service le. plus oaj^tal.

L'importance e^trf^e des outils fait aisémept comprendre l'intérêt quç présente .j^e^ude de leur mode d'actiom , du> mouvement le plus convenable qu'on doit leur donner, puisque c'est «cette connaissance seule qui peut permettre de remplacer le tra* vail de la main par l'emploi des forces naturelles; on voit aussi tout rintérét que Ton doit attacher, à Tin vention de nouveaux outils dus en général au travail patient et intelligent de Touvrier.

838. Il est évident a priori qu'un corps ne peut être amené à prendre une forme voulue que par deux méthodes gjéoérales:

l*" Par pbsssion : en .comprimant les corps uious et malléables soit contre des surfaces, soit dans des moules portant eo creux la forme à obtenir, soit à froid, soit à chaud pour les mé-

taux dont la chaleur augmente la malléabilité. Ce dernier cas, par extension, comprend le moulage des corps amenés à Tétat liquide, qui ne remplissent les moules qu'à Taide d'une pression, celle due au poids de la matière fondue étant souvent suffisante. On ne classe pa$ en géQéjr|il^<^aus (es jpj;Q|^édçs^éçiqpiques ce moyen de fabrication , dont la nature cependant ne saurait être douteuse, mais dont Tétade à'ee poinme-^vuen-^fiT^é^ue peb ^%térét. Enfin, appliquée aux lèorps peu lîiaWéaHes, lèf pf(%sion est le moyen de détruire Tadhérence de leurs molécules et de les réduire en poussière.

»• Pa» DÎVI9ION: en •éAlévant', par Faction d'tin tt^ttiicBant, les volumes de matière^ i^uî excèd^cft \ix iïgiiref àù ct)t'|^s Xlrtuellemcnt reùfdtmée dferts le W6c*dônt il s'agit dèl'é^tMire en quelque sorte.

Bans le pi^cmîer cas, la forme du coips ^jui donifae Id pressibli est assez souvent indiiféveilte , par exemple, quand' il'b'agif plutôt d'obtenir les pliénoitnèi^s' qui résultent de la compfeâËlion des corps que de leur faire prendre uàc fbrme'détermiûée, côinme dans Topératibn bien connue d'exprimer un liqtkîdé mélangé avec un corps soUde. Dstns le second cas, an cbnt)raire, Toutil est toujours un tranebant ou composé de tranchants, dont Tangle et la disposition varient en raison àe la substance à travailler et du mode d*opérer.

Mais il faut bien remarquer^ue, d)ans'ton^ lés câ^, un outil ne peut servir à cfTectuer le travail poui^ lequel II est combiné que par Finfluence d'une force, ou, ce qui est la même chose, par la communication d'un mouvement. Donc , l'opérateur ne peut encore être considéité comme' giïidé 'd'une autre manière dans le système mécanique dont il fait partie que dans Tun des trois systèmes : levier^ tour et plan , c'est-à-dire en rendant ûxes , dans les pièces en mouvement avec lesquelles il est assemblé, un point, une droite ou un plan. Classant Aonk les outils d'après les mouvements ainsi obtenus, c'est-à-dire rectilignes ou circulaires (en comprenant le mouvement du levier dans ce second cas), ou suivant une courbe, nous obtiendrons les divi-

sions suivantes, comprenant natnrellement les moyens d'exécuter les surfaces dont on fait usage dans les arts qui ont en général pour génératrice la ligne droite ou le cercle, ou des lignes dont la génération se dédnit du mouvement suivant an cercle ou une ligne droite, les seules dont i'exécnti<m et le tracé puissent être obtenus avec fisicilité, d'après ce que nous venons de dire :

l« Outils agissant i»ar pression, l

20 Outils agissant par usure, en \ enlevant en parcelles très-menues | l'excédant de la matière 1

3« Outils agissant par division.

Mouvement rectiligne.

Mouvement circulaire.

Mouvement recUligne.

Mouvement circulaire.

Mouvement circulaire alternatif (levier).

Mouvement circulaire (tour).

Mouvement rectiligne et suivant nne courbe (plan).

Combinaison du mouvement cirailaire et du mouvement rectiligne, ou mouvement suivant une couite.

Nous avons ajouté la section 2* pour les outils dont les propriétés reposent sur les mêmes principes que celles des ootih renfermés dans la 3' section, avec cette différence qu'ils opèrent par la répétition d*actions peu considérables.

PREMIÈRE CLASSE

Oalll» aslMMani par preiMloii.

839« Les opérateurs par pression doivent se diviser en deux classes distinctes, suivant quMIs agissent avec choc on sans ekoc. Gomme nous l'avons dé}à dit, les premiers ne doivent Jamais être employés, eu égard à l'économie des forces motrices, qu'autant que la nature du travail à effectuer exige absolument ce mode d'opérer, et qu'il est impossible d'c^tenir par les opérateurs travaillant sans choc le même travail.

1» MOUVEMENT BECTILIGNE.

840. C'est presque toujours à l'aide d'un mouvement reetiligne intermittent que l'on produit le travail dans ce genre de machines. La résistance à la pression étant en général croissante vers la fin du travail , le produit Rr (R la résistance, r le chemin parcouru), qui représente le travail résistant, ne pourra le plus souvent être obtenu à l'aide d'un travail moteur déterminé qu'en donnant une très-petite valeur à r, celle de R résultant de la nature du travail à effectuer, étant par suite invariable, et une machine ne pouvant servir qu'à faire varier les facteurs du travail.

Ceci fait bien comprendre l'avantage que procure le choc pour obtenir facilement des pressions très -considérables. Ainsi un corps pesant P, tombant d'une hauteur ^, développe un travail PA; il pourra donc permettre d'effectuer le travail résistant Rr, bien que R soit plus grand que P, bien que cette force soit tout à fait insufHsante par sa seule action directe, si r est très-petit, bien moindre que h.

841. Opérateurs agissant avec choc. — Un corps dur, pesant ,^ soulevé et retombant d'une certaine hauteur, ayant par suite un mouvement rectiligne quand il est libre ou maintenu par des guides plans qui assurent la direction du mouvement, est le principal opérateur pour agir par choc ; tels sont le mouton, le pilon et les marteaux soulevés verticalement par l'action d'un moteur.

Ces organes servent à réduire en poussière les corps non malléables et à donner aux corps malléables à chaud ou à froid y suivant la nature des corps sur lesquels on opère, la forme de la face du marteau ou du support inférieur sur lequel ild sont comprimés, et qui est dit étampe ou matrice quand la forme est compliquée. Celle-ci doit être très-résistante pour ne pas être détruite par le choc ; elle est habituellement en acier trempé. Tous ces systèmes se réduisent à l'élévation d'un corps pesant et dur, en général d'une masse de fonte qui retombe verticalement,, par l'effet de la pesanteur, sur le corps qu'il s'agit d'écraser, de

mouler sur un corps dur ou d'enfoncer dans une masse peu rés»^ tante.

Parmi les marteaux à action verticale « le plus remarquable est le marteau à vapeur-^ ^q;ij^tenant à une ûunille de puissants outib de récente invention, mus par l'action directe de la vapeur. Ce marteau,. d*un poids de 3,000 à 5,ooo kitogrammes, est suspendu à la tige d'un piston qui parcourt un corps de pompe de machine à vapeur à simple action (ûg, 727). L'entrée de la vapeur sous le

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piston soulève le marteau , et sa sortie permet à celui-ci de descendre avcô toute la vitesse due à la hauteur de la chute. Ce qui rend cet outil particulièrement remarquable, c'est, après sa grande puissance et la rapidité de son action, la facilité avec laquelle on la modère. Il suffit pour cela d'arrêter en un point convenable la sortie de la vapeur; celle-ci se comprime sous le piston, forme un coussin parfaitement élastique et arrête au point voulu le puissant marteau avec lequel on façonne au-*

joord'hui d'énormes masses de fer rouge, comme sMI s'agissait de matières plastiques.

842. Le balancier^ dont la partie agissante se mec(t en ligne droite par communication d'un mouvement circulaire , est un autre genre d'outil agissant par percussion d'une grande puissance. £n effet, la quantité de travail cmmagai^inée par l'inertie des boules, adaptées à la barre motrice pouvant être considérable, et le corps déjà écroui se lais^sant pénétrei^ difficilement, il en résulte une pression énorme pour amortir la force vive par un faible enfoncement.

Le but à atteindre dans le balancier est de développer des forces d'inertie considérables, afin d'obtenir un choc brusque; pour rendre la vitesse des parties en mouvement plus grande, on allonge le pas de la vis, et pour augmenter la résistance, on emploie plusieurs filôts de vis égaux qui agissent simultanément. La figure 728 représente le balancier [employé pour frapper la monnaie.

Fig. 728.

La vitesse de Topéraleur qui prend un mouvement rectiligne se calculera comme nous l'avons vu en traitant des communications de mouvement, et se déduira de la vitesse du mouvement

Circulaire, après avoir déterminé par expérience la vitesse do mouvement rectiligne, convenable pour le travail à effectuer.

843. Quand le corps malléable sur lequel on opère a une épaisseur suffisante, et qu'il ne s'agit que d'un moulage grosrier, c^est par un refoulement général du corps qu'on agit pour fan donner la forme voulue; refoulement qui le moule dans l'étampe matrice par le choc d'un marteau dont la surface est plaie oa moulée grossièrement, etc. Si le corps est peu épais, et qu'il s'agisse d'un travail très-parfait, on ne saurait agir ainsi, pro* duire de grands déplacements moléculaires dans un cas , et dms l'autre on détruirait rapidement la matrice, sonv^it prëdeuse, lorsqu'il s'agit du travail de l'orfèvrerie, de la bijouterie, etc. Il faut alors, quand on veut obtenir des arêtes très-vives, donner la percussion avec an corps dur (un cam) dont la saillie rentre exactement dans la matrice gravée qui' lui correspond. Quelquefois d'ailleurs on a besoin de donner des formes déterminées aux deux faces de la matière à travailler ; le type de œ travail est celui de la monnaie et des médailles.

On peut se dispenser de l'emploi du coin gravé quand on ne veut obtenir, sur des plaques très-minces, que des surfoces en ronde-bosse d'une moindre perfection que celles obtenues ainsi à l'aide d'une gravure coûteuse. Il faut alors employer un corps mou, le plomb, par exemple, qui se moule lui-même sur la matrice, de telle sorte que l'inertie du choc se porte en entier sur les parties saillantes qui doivent être refoulées. C'est ainsi que se fabriquent les cuivres estampés, avec cette circonstance remarquable que c'est en Jetant un peu d'eau dans le qjreux qu'on obtient les dernières finesses, en accroissant ainsi la pression sur les parties saillantes de la matrice.

844 . Si , au lieu de mouler les corps , on veut découper dans une plaqueune rondelle d'un contour déterminé , il faut chasser le poinçon , l'emporte-pièce à travers la pièce à travailler, avec une grande puissance. Les organes pouvant donner avec l'énergie su£Ssante le mouvement rectiligne convenable seraient ceux dont nous venons de nous occuper, c'est-à-dire le marteau, le mouton, le balancier à

vis, et ceux dontnous parlons ci-après, qui agissent sans choc, etc.

La bonne exécution des pièces peu épaisses par le déconpoir, moyen de fabrication mécanique en métal résistant de pièces semblables et par suite à bon marché, est un des éléments de prospérité de plusieurs industries, de la fabrication de l*horlogeric de* commerce notamment. C'est par une exécution trèsparfaite de la lunette et du poinçon de forme identique qui la traverse, qu'on l'obtient.

845. Opérateurs agissant sans choc. — Dans les opérateurs opérant sans choc se rangent tous les systèmes pouvant produire un mouvement rectiligne, qui constituent les diverses espèces de presses , consistant en deux plateaux guidés en ligne droite qui se rapprochent l'un de l'autre par l'action d'une force agissant d^nne manière continue. Le co/n(fig. 729), mû presque toujours par ehoc ; la t^û (fig. 730), dont le pas est alors petit pour que

FJg. 729. Fig. 730.

le travail consommé par la pression soit considérable pour un mouvement angulaire donné de la tête de la vis; V excentrique (Hg. 731) sont les organes principaux qui servent à déterminer le mouvement rectiligne d'un plateau, de peu d'étendue relativement à celui de la force motrice. Les frottements sont très-grands dans ces appareils, et notamment dans ceux qui emploient la vis avec laquelle la peite de travail résultant des frottements est dans certaines machines 2/3 à 3/4 du travail moteur.

Fig. 731.

C'est généralement à l'aide de la vis que l'on «xerce la pression nécessaire dansil'împmmerie typographiqat y pour obtenir une reproduction d'une sur£ace plate. en relief enduite d'eneie grasse sur une feuille tde^impierw • < . i

846. iNous devons citer ici rintrodttâtkmd« choc dansles presses avis maniées à. bras 9 dites à toc^ qulen^aocroitoonsidéridiiemait l'effet. On garnit la tête de la vis d<un volant en fonte d^un poids considérable ^ qui , indépendant en partie, de Javi»^ peuttoomer librement d'une fractioi^ de tour autour de son axe. En lui imprimant une certaine vitesse, ce volant produit un choc sur la tète de la vis au moyen de faces planes verticales pratiquées sor le cylindre de la vis, que viennent choquer des plans diamétraux correspondants pratiqués près de l'axe du volant. €e dioc augmente beaucoup les effets de la presse, qnand on remploie à la fin du travail, par suite du chemin peu considérable de la résistance qui consomme la force vive du volant.

847. Tous les systèmes énoncés ci-dessus donnent lieu à des résistances passives très-considérables. Le plus avantageux sous ce rapport , et celui sur lequel nous nous arrêterons un instant, est la combinaison de leviers , le système de losange , dont nous avons déjà parlé art. 647, et qui, ne comportant que des articulations, ne consomme par suite qu'un faible travail de frottement.

On sait que (flg. 732), à l'état d'équilibre dynamique, les rapports de deux forces égales agissant en h h' avec deux autres agissant en aa\ seront inverses des diagonales bb\ aa\ et par suite pour une forme convenable du losange on peut pro- ^^- ''^*

duire avec une puissance motrice limitée une compression trèsénergique. C'est sur ce principe que sont fondées les presses à genou , dont la presse monétaire est une des applications les plus importantes.

Il est facile d'analyser comment les longueurs des diagonales varient (ou leurs moitiés, quand on considère le triangle moitié de losange), comment les mouvements de a pour un même mou-

MACHINES-OUTILS. 8î7

vement de b vont en décroissant , et par suite les efforts croissent rapidement quand bf diminue, quand les deux côtés du losange se rapprochent d*étf e en ligne droite.

En effet, soit A la moitié de la grande diagonale, B la moitié de la petite, G le c6té du losange, ces trois iigneis forment un triangle rectangle, et on a : A'-|-B'=^C^ Si on appelle* la progression du sommet de la grande diagonale, b celle de la petite, le racoourcissement do la moitié de oetle^^ on aura :

(A + ay + (B — *)* = (? ou A 4- a = V'C — (B— 6)% et dV près la formule ci-dessus a = V/Ç2^(B— 6}* — V/c* — B». Il est facile de voir que, pour une même valeur de 6, G étant

Invariable, la valeur de a est d*nutant plus petite que B est plus petit, (B — b)^ étant toujours positif et tendant vers zéro, à mesure que B se rapproche de b. Il suffirait de calculer un cas

particulier pour reconnaître combien la diminution s*(^ère rapidement.

Nous donnerons pour exemple de l'emploi de cette disposition la presse monétaire de Thonnelier (flg. 733), qoi se prête parfaitement à remploi d'un moteur à action circulaire continue, dont l'application au balancier est difûcile, malgré la grandeur des compressions qu'exige le monnayage. Uécrouissage est alon produit plutôt par compression que par cboc, nuds rien ne s'oppose à la production de pressions suffisantes Jes leviers recevant des dimensions en rapport avec celles-ci.

848. Moulage et fonte. — Bien que le point de vue mécanique, celui de l'étude des forces en jeu dans le moulage des corps versés à rétat liquide dans des moules où ils viennent se solidifier par le refroidissement, soit, comme nous l'avons dit, de médiocre importance relativement aux conditions d'ordre géométrique de l'établissement des moules, et presque entièrement d'ordre physique et chimique eu égard à la fusion et à la composition des alliages, cependant il ne sera pas sans intérêt de nous y arrêter un instant.

Les moules qui reçoivent les corps à l'itat fluide sont formés de sable, de matières terreuses ou de métaux. La netteté du creux, et, par suite, celle qu'il est possible d'obtenir pour le relief, n'est entière que dans ce dernier cas; mais on ne peut employer les moules métalliques que pour les alliages fusibles à une température assez basse pour ne pas attaquer le métal. Aussi , dans la pratique, si l'on dresse un tableau comprenant les divers procédés de moulage, on voit qu'à mesure que la résistance des matières fondues augmente des alliages de plomb à la fonte de fer, rimpcrfcction de la fonte , qui va du moule en acier au moule en sable, suit le même ordre.

Dans les moulages en général , la netteté des empreintes est obtenue par le seul effet de la pression hydrostatique due au poids de la matière fondue, qui est reçue dans un Jet qui dépasse le moule. C'est le poids de la colonne liquide qui foule le métal dans les parties les plus délicates.

Loi*sque le moule est métallique, sa conductibilité pour la chaleur causant le refroidissement et la solidification du métal , il faut, pour le moulage, une pression plus grande que celle résultant d'une colonne de métal liquide. On Tobtient par action mécanique, en produisant un choc, soit en projetant vivement le métal sur la surface du nioule, soit, mieux, en refoulant le métal fondu par l'action d'un. piston poussé brusquement dans une cavité fermée qui n'a d'issue que vers le moule à reproduire. C'est, en un mot, une espèce de monnayage à l'état liquide, dernier progrès de la fonderie en caractères.

On trouvera plus de détails à ce sujet dans le Dictionnaire des arts et manufactures (art. Foisdebie en cabactères).

849. Filière. — 11 est un outil qui reste fixe pendant que l'on donne au corps qu'il sert à comprimer

DGGDCODn n Dn n Ccno

un mouvement rectiligne, c'est la^lière du banc à tirer (lig. 734) qui sert à obtenir des fils, des bandes d'un profil Fig. 734. déterminé. Elle consiste généralement

en une plaque composée d'une étoffe d'acier , soudée entre deux plaques de fer pour qu'elle ne s'égrène pas, et dans laquelle sont percés des trous ayant la section du fil que l'on veut obtenir. Quelquefois, au lieu d'une plaque, on emploie des coussinets en acier maintenus dans un châssis: telle est la filière mécanique. Le corps, contraint à la traverser par un effort de traction , se trouve prendre une forme prismatique dont la section extérieure est celle delà filière. En disposant un mandrin plus petit, et de forme semblable, à l'intérieur du corps étiré , on obtient des tuyaux creux.

Il faut avoir soin de faire mouvoir le corps à étirer lentement et d'une manière continue pour qu'il ne se rompe pas , et ne se désagrège pas en petits cônes emboîtés. Il faut pour cela le foire passer par des trous successivement décroissants et le faire recuire firéqaemment pour restituer aux molécules leur adhérence.