MARTEAUX ANCIENS

233. Diverses espèces de ces marteaux. — Il y en a de trois espèces, savoir : les marteaux à soulèvement, les marteaux à queue ou à bascule et les marteaux frontaux. On peut assimiler le marteau à soulèvement à un levier dans lequel le point d'application de la force se trouve entre le point fixe et la résistance. La bague à cames peut saisir le manche par le côté ou par le dessous ; dans le premier cas le marteau est à soulèvement latéral, et dans le second à soulèvement inférieur. Les marteaux à

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bascule sont des leviers dont le point d'appui est placé entre les points d'application de la puissance et de la résistance. Enfin les marteaux frontaux, que les cames saisissent par le front ou par l'extrémité antérieure du manche, sont des leviers de la troisième espèce.

Les marteaux légers qui ne servent qu'au forgeage des barres de faibles dimensions, sont désignés particulièrement sous les noms de martinets et makas.

Lorsque les marteaux sont destinés à agir principalement par leur vitesse et non par leur masse, on leur donne un rabat pour limiter leur volée et augmenter la force des coups sur l'enclume. Le rabat employé pour les marteaux à soulèvement latéral, est une pièce de bois élastique, établie au-dessus de la tète du marteau, et contre laquelle ce dernier, lancé par les cames, vient butter. Les marteaux à bascule sont pourvus de rabats inférieurs, qu'on appelle tas et qui sont placé sous l'extrémité du manche : ce sont des pièces de bois couvertes de fonte. Rarement on donne aux marteaux à bascule des rabats supérieurs, comme aux marteaux à soulèvement latéral, bien que l'action de ces rabats soit beaucoup plus énergique que celle des tas.

Les marteaux à bascule offrent l'avantage de laisser le pourtour de l'enclume libre et de pouvoir fournir un grand nombre de coups dans un temps donné ; mais alors la charge de la machine devient très-forte si les marteaux sont pesants. Voilà pourquoi le système à bascule est principalement employé pour les martinets. Il y a des martinets à bascule très-légers qui fournissent jusqu'à 400 coups par minute.

Les marteaux frontaux ou à soulèvement antérieur occupent beaucoup de place, ne peuvent être abordés que d'un côté et ne sont pas susceptibles d'une grande accélération de vitesse. Par contre, ils économisent la force motrice. Ordinairement on leur donne un poids considérable dans lequel on comprend celui du manche, qui est presque toujours en fonte et constitue la partie la plus pesante de l'appareil. Le marteau frontal s'emploie dans les anciennes forges à l'anglaise, pour cingler les loupes et pour forger les gros paquets. Son poids varie de 2,b00 à 7,000 kil. Sa levée est d'au moins 0™,4. et il bat jusqu'à 60 coups par minute. Dans le marteau frontal, tel qu'on le confectionne le plus souvent, la partie appelée croisée (voir g 235) fait en quelque sorte fonction de rabat.

Les marteaux à soulèvement latéral tiennent le milieu, pour les avantages et les inconvénients, entre les marteaux à bascule et les marteaux frontaux.

Les marteaux à soulèvement inférieur permettent d'approcher de l'enclume dans toutes les directions. Ils sont entièrement en fonte et on leur

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donne un poids considérable qui varie depuis 2 tonnes jusqu'à 6 ; leur levée est de 0"^,M à O^jGO et ils battent ordinairement 80 à 100 coups par minute. Il y a des usines où ce système de marteaux s'emploie pour cingler les loupes, mais le marteau frontal lui est préférable pour cet usage, car il coûte moins, exige moins de réparations et consomme moins de force. Autrefois ces marteaux étaient très-répandus en Angleterre, principalement dans les ateliers de construction, mais comme ils présentaient plusieurs inconvénients, entre autres celui d'occuper beaucoup de place avec leur machine motrice, on les a remplacés par le marteau-pilon qui est exempt de ce défaut et de plusieurs autres dont il sera question plus loin. Ce ne serait qu'avec l'eau comme force motrice qu'il pourrait y avoir lieu de conserver ce marteau pour le forgeage des grosses pièces, et dans ce cas il faudrait lui donner la même fondation que celle qui est adoptée pour le marteau frontal. De tous les marteaux du vieux système, le marteau frontal est le seul qu'on ait conservé dans les anciennes forges à l'anglaise.

SS'i. 3ïarteau frontal. — Généralités. — Les parties qui forment, retiennent et font mouvoir cette machine, sont : 1° le marteau : il a la forme d'un T dont les courtes branches servent de tourillons ; 2° les montants, chaises, supports ou paliers des tourillons du marteau; 3° Venclume; 4° la bague à cames qui soulève le marteau, et b° les paliers de l'arbre qui porte la bague à cames.

Toutes ces pièces sont en bonne fonte forte pareille à celle qu'on emploie pour la fabrication des bouches à feu.

Le système se trouve monté et solidement boulonné sur trois ou quatre lits de charpente dont l'élasticité obvie aux ruptures. Il est nécessaire que l'effet des chocs soit réparti sur une grande surface au moyen d'une forte plaque de fonte, pour empêcher la réduction du bois en fibres isolées.

Les fig. 4, pl. l et 2, montrent le marteau frontal de Gouillet en plan et en élévation, ainsi que la manière dont il est assujetti à l'appareil de transmission. — M, marteau; 5, chaise des tourillons du marteau; h, enclume; A, arbre de couche armé de la bague à cames B; T, palier qui supporte l'arbre de couche du côté du marteau ; v, v, pl. 2, massif en charpente reposant sur une maçonnerie en pierre de taille et supposé déchaussé ou à nu jusqu'à la maçonnerie, qui n'est pas figurée.

Le marteau est élevé par ses supports à une hauteur telle que, lorsqu'il est en repos sur l'enclume, son dos ou sa surface supérieure se trouve à peu près dans un plan horizontal. On maintient ordinairement la tète du marteau à une plus grande hauteur que ces tourillons au moyen d'une barre de fer appelée valet, bonhomme ou servante, dont on

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se sert pour l'arrêter. A cet effet, on saisit le moment où il parvient à sa plus grande levée, qui excède toujours un peu celle que lui donneraient les cames marchant lentement, et on place le valet débout sous l'un des bords antérieurs du marteau. Pour remettre le marteau en activité, il suffit de présenter sous son front une tige de fer : au passage d'une came, il est un peu soulevé ; on enlève le valet et le marteau retombe.

235. Pièces principales. — Le marteau. — Il se compose de deux parties qui sont le manche et la queue ou le marteau proprement dit.

Dans le manche, on distingue la croisée avec ses tourillons en forme de couteaux ; le corps du manche et la tête. Celle-ci présente un trou conique appelé œil et destiné à recevoir la queue. On y remarque en outre le mentonnet ou le front qui est saisi par les cames, et les oreilles formant des saillies sur la tète. Ordinairement l'oreille placée du côté de l'ouvrier est plus grande que l'autre, parce qu'elle sert à fouler les brammes par bout et à appuyer le marteau sur le valet. Le dessous du front et l'oreille sous laquelle on dresse le valet, sont fortifiés par des plaques de frottement en acier que l'on fixe par des boulons à tète fraisée.

Le marteau proprement dit, offre deux parties, savoir : la queue et la panne. La première, qui est tronc-conique, se fixe par des cales en fer dans le logement de même forme que présente la tète du manche. A cet effet, après avoir soulevé le manche, placé le marteau sur l'enclume dans la position qu'il doit occuper et l'avoir entouré de cales, on laisse retomber le manche qui, alors, serre et retient le marteau avec une force telle qu'on a souvent de la peine à le séparer. Voilà pourquoi il est bon de ménager, sur la surface au milieu de laquelle s'élève la queue du marteau proprement dit, des évidements pour permettre l'introduction de coins entre le marteau et le manche, lorsqu'on veut démonter ces pièces.

La panne, ou la partie percutante du marteau, est formée de trois surfaces : la première s'emploie pour cingler les loupes et se nomme table; la seconde sert à rassembler et à parer le fer, et c'est elle qu'on emploie toujours pour la confection des brammes ; enfin la troisième est particulièrement destinée à l'étirage. On conçoit que cette dernière doit être plus étroite que les autres. La panne est oblique : elle remonte vers l'ouvrier. La surface de l'enclume est aussi plus élevée du côté de l'ouvrier que du côté opposé. Cette disposition, avantageuse pour le cinglage, a pour objet de faire couler du côté opposé à l'ouvrier les scories que le marteau exprime des loupes.

236. Chaises. — Les chaises dans lesquelles se meuvent les touril-

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Ions du marteau, portent des coussinets en fonte très-dure, soutenus, dans le sens de la largeur, par de fortes cales en fonte ou mieux en bois et dans le sens de la longueur, par des cales en fer.

Les chaises, pl. 1 et 2, reposent sur une forte plaque de fonte, portant quatre oreilles qui servent à la boulonner sur la charpente de fondation, et des ergots ou épaulements, entre lesquels les patins ou semelles des chaises sont fortement serrés par des cales en fer et en bois.

237. Enclume. — On y remarque, comme dans le marteau, la queue qui sert à la fixer, et la table sur laquelle se place le fer à battre ou à cingler. La table est formée de parties exactement semblables à celles de la panne du marteau, et coïncidant avec ces dernières.

L'enclume est fixée dans une pièce de fonte très-lourde, que l'on nomme bloc ou chabotte, et qui repose elle-même sur une forte plaque de fonte, boulonnée sur la charpente de fondation. Il serait bon de donner à cette taque beaucoup de longueur et de largeur, afin de répartir les chocs sur une plus grande surface ; une taque trop petite a l'inconvénient de s'enfoncer dans le bois par la percussion réitérée du marteau. — Une mortaise traversant le bloc de part en part, et dans laquelle on chasse un coin de fer, permet de soulever l'enclume pour la retirer de son logement.

238. Bague à cames. — ■ La bague à cames est pourvue au centre d'une lumière carrée, dans laquelle passe l'arbre de rotation, et sur le pourtour de quatre logements en queue d'aronde pour les cames. Des épaulements coulés avec la bague, servent d'appui aux cales des cames et augmentent ainsi la portée de ces dernières. Elles sont en fonte et maintenues par des cales en bois de chêne.

239. Détermination du rayon de la bague à cames.. — Ce rayon doit être calculé de manière que les cames puissent soulever le marteau à une hauteur donnée, et qu'elles soient assez espacées pour que le marteau, en retombant, ne rencontre pas la came suivante, et qu'il rende la vitesse à la circonférence aussi petite que possible, pour atténuer à la fois la torsion sur l'arbre qui les porte, et la perte de force vive due au choc.

Je considérerai le marteau à soulèvement latéral ; les calculs que je ferai pour ce marteau s'appliqueront facilement aux autres marteaux. — Soit en coupe A, pl. 5 fig. 13, l'arbre à cames, n, le manche du marteau, m, le point de la came qui saisit le manche, me, la développante de la came issue du cercle générateur dont il s'agit de déterminer le rayon km; n', la position du manche au moment où la came le quitte. On aura arc wî«î' = me'. — Soit g, pl. ^,fig. 14, le centre de gravité du système soulevé ; go, le rayon de la circonférence décrite par le point g ; i, le

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point primitif du manche saisi par la came; i" , la position extrême de ce point ; g', la position correspondante de g. Nous pouvons, sans erreur sensible, prendre les levées véritables n" (= me', fig. 13), cigg' respectivement égales aux tangentes ii' = h' et gl — h. Faisons io — a, go = b; désignons par m le nombre de cames, par n le nombre de tours que fait la bague en une minute, par r le rayon Am qu'il s'agit de trouver, par V la vitesse d'un point quelconque de la circonférence km, par t le temps de la retombée du marteau et par D la distance entre deux cames consécutives. Cela posé, la distance D sera =h' -\-vt = h {a: b)-\-v\/{°lh: g), et si nous observons que 27rr = mD et que v — 'iixr.n : 60, nous aurons, tous calculs faits,

r = 30m/ta : nb [60 — mn ^ (2/i : g)].

Dans la recherche de la formule précédente, nous avons fait plusieurs suppositions inexactes ; mais les erreurs qui en résultent paraissent se balancer en partie. D'abord nous avons admis que le marteau ne tendait pas à s élever au delà de la hauteur déterminée par la longueur des cames ; ensuite nous avons fait abstraction de l'influence du rabat, et nous n'avons pas tenu compte du temps pendant lequel le marteau doit reposer après chaque coup sur la matière à comprimer, alin de transmettre toute sa force vive d'une manière utile. L'impossibilité où nous sommes d'apprécier ces éléments de variation dans la valeur du temps t, exige que, dans la formule, on affecte la valeur de t d'un coefficient à déterminer par l'expérience. Cette détermination n'a pas encore été faite.

La formule précédente sert à résoudre diverses questions qu'on peut se proposer sur les marteaux. Comme r doit être un minimum, elle fait voir, par exemple, qu'il convient d'employer le moindre nombre possible de cames, puisque ce nombre entre comme facteur dans le numérateur de r. (Confrontez le Cours de construction des machines, par M. Walter de S'.- Ange.)

240. Tracé des cames. — Pour construire les cames qui sont employées à soulever les marteaux frontaux, on déterminera d'abord, par l'amplitude du mouvement qu'on doit imprimer à ces outils, la longueur de l'arc qui correspond à la durée du contact.

On cherchera pour le cercle à cames le rayon convenable.

Tracez le cercle primitif ca, pl. S, fig. IS, de la came, le cercle du rayon c'a et le cercle dont le diamètre est c'a.

Partagez ce dernier cercle et le cercle ca en parties égales, à partir de a, aux points 1, 2, 3, 4, 5.

Des points 1, 2, 3, 4, 5 de division du cercle ca avec des rayons égaux aux cordes la, 2a, 3a, etc., du cercle de diamètre c'a, décrivez

lî

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des arcs de cercle qui, par leurs intersections successives, formeront la courbe de l'cpicycloïde de la came.

De a en b, sur le cercle de diamètre c'a, portez un arc égal à celui pendant le parcours duquel la came doit conduire le manche. Du point c comme centre, avec un rayon égal à cb, décrivez une circonférence qui limitera la longueur utile des cames.

Pour la facilité du dégagement du manche, on donne à ces cames un flanc en ligne droite dirigé suivant le rayon, et on en détermine la longueur d'après les dimensions du manche et le jeu nécessaire.

Ces cames n'étant pas exposées à être contre-menées comme les engrenages ordinaires, il n'est pas nécessaire de leur donner des deux côtés une courbure symétrique. (Morin, 4° éd., p. 287).

241. Force motrice utilisée par le marteau frontal de Couillet. — La théorie du marteau exposée dans le Cours de mécanique appliquée aux machines, par Poncelet, chef de bataillon du génie, S^sec. , décembre 1 836, offre le moyen de calculer exactement la quantité d'action consommée par cet outil. Mais l'habitude que l'on a dans les usines d'employer beaucoup plus de force qu'il n'en faut pour le service des machines ouvrières, dispense de ces calculs rigoureux, et permet de se contenter d'une approximation. C'est pourquoi je me bornerai à une estimation générale de la quantité d'action dont il s'agit. Dans le marteau frontal de Couillet, la croisée surpasse de beaucoup, en poids, les autres parties, et l'on peut admettre que le centre de gravité de ce marteau se trouve au tiers environ de sa longueur, à partir de l'axe de rotation, ce qui porte le poids soulevé par les cames au tiers de celui du marteau ou la levée de la partie percutante au triple de celle du centre de gravité. Or, le manche et la queue du marteau de Couillet pèsent ensemble 5,500 kil., la volée du marteau est de 0"',425, et le nombre de coups fournis par minute s'élève à 64. Par conséquent, la quantité de travail utilisée = 5500.0,425.64 : 3 = 49866 km. = 49866 : 4500 == H chevaux-vapeur environ.

242. Fondations. — S'il est utile de relier la charpente maîtresse aux fondations des trains, par contre, on doit toujours isoler les fondations du marteau. Il y a deux systèmes de construction adoptés pour ces fondations : dans l'un on asseoit tout l'appareil sur une même charpente, dans l'autre on donne à l'enclume des fondations particulières. Le premier système est employé dans les forges à l'anglaise, et l'autre est adopté dans la plupart des forges à l'allemande.

Les Anglais, qui mettent un soin particulier dans la construction des fondations du marteau, subordonnent le choix du terrain sur lequel il s'agit d'établir une forge, à la condition que ce terrain convienne pour

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ces fondations. Ils n'aiment pas les fondations sur pierres, parce qu'elles ne présentent pas assez d'élasticité, et ils cherchent à établir les fondations du marteau immédiatement sur l'argile vierge. A cet effet, ils élèvent ou abaissent le niveau de toute l'usine par des remblais ou des déblais, suivant que la couche d'argile est plus ou moins voisine de la surface du sol. S'ils ne trouvent point d'argile à la profondeur convenable, ils mettent entre la terre vierge et les fondations du marteau une couche bien uniforme de rameaux de bouleau propres à faire des balais et ils donnent à cette couche une épaisseur d'un demi-pied. Si le terrain est mauvais, ils emploient des pilotis, indépendamment du lit de rameaux. La profondeur qu'ils donnent aux fondations du marteau, est toujours égale à celle des fondations de l'appareil à transmission. Enfin ils serrent fortement les uns contre les autres les sommiers qui forment la base de la fondation, pour que la terre ne puisse s'élever entre les joints. Toutes ces précautions ont pour objet d'empêcher le bloc de l'enclume, ainsi que les fondations, de descendre après quelque temps de service.

A Couillet, les fondations du marteau sont établies d'après les principes que je viens d'exposer. Sur l'argile plastique se trouve une couche de brins de bois de quelques pouces d'épaisseur, puis un lit de madriers et enfin, un massif de charpente composé de longrines et de traversines juxtaposées et chevillées entre-elles.

La fondation, entièrement indépendante de la charpente maîtresse, se compose de deux parties, dont l'une sert pour l'enclume et l'autre pour la croisée. La fondation de l'enclume est entièrement en bois, celle de la croisée est, à la partie inférieure, en maçonnerie et, à la partie supérieure, en charpente formée de sommiers en long et de sommiers en travers et servant de prolongement à la partie supérieure de la fondation de l'enclume; de sorte qu'en haut tout l'appareil se trouve assis sur un même massif. Celui-ci présente deux exhaussements en charpente pour recevoir les supports de la croisée et de l'arbre de couche. Enfin, le pied de la fondation de l'enclume se trouve entouré de maçonnerie.

On a trouvé à Couillet que le système de fondation décrit par Flachat pour un marteau à soulèvement inférieur était mauvais et que le béton au bas de cette fondation s'égrénait : il a fallu démonter l'appareil et construire les fondations de la manière indiquée plus haut.

Il est facile de s'apercevoir au son produit par le marteau si les fondations sont bonnes ou mauvaises. Lorsque l'effet de la percussion n'est pas concentré sur le fer que l'on bat, mais s'étend au loin, le son produit est creux, voilé ou sourd, tandis que les sons d'un marteau bien établi sont pleins et entiers.

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