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Unepressehydraulique est une machine avec un circuit hydraulique qui fournit une grande force decompression. Elle permet de transmettre un effort démultiplié et un déplacement, servant à écraser, déformer un objet ou soulever une pièce lourde.
Elle est hydrauliquement équivalente à un mécanisme à bras delevier.L'avantage d'une presse hydraulique réside dans le fait qu'elle permet un asservissement précis de la force exercée. Elle se dérègle également beaucoup moins dans le temps puisqu'elle ne dispose pas de pièces d'usure, ce qui est le cas avec lesvis sans fin et les biellettes qui constituent le bras excentrique.
La presse hydraulique repose sur leprincipe 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 deconservation de l'énergie est satisfaite.
L'ingénieur britanniqueJoseph Bramah mit au point la presse hydraulique à la fin duXVIIIe siècle. Son invention la plus importante est lejoint qu’il mit au point pour la presse hydraulique ; car si le principe de cette machine (à savoir : latransmission intégrale de pression d’un réservoir de grand diamètre à un réservoir de petit diamètre par l’intermédiaire d'unpiston agit comme un multiplicateur de force) apparaît pour la première fois dans leTraité de l'équilibre des liqueurs deBlaise 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 decuir 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 lelevage et leforgeage. Son apparition (avec celle de l’accumulateur hydraulique deWilliam G. Armstrong) marque l’avènement de l’hydraulique industrielle.
Dans la deuxième moitié duXIXe siècle, lemarteau-pilon devient l'emblème de la forge. Mû à la vapeur, il peut atteidre des tailles record tout en conservant une précision millimétrique. Forgeant canons et les blindages, il devient un emblème de la puissance d'une nation.
Cependant, à la fin duXIXe siècle, les blindages doivent évoluer métallurgiquement pour ne pas devenir excessivement lourds. Cette évolution concerne aussi des éléments mécaniques, comme lesarbres d'hélices des gros navires, qui deviennent également de plus en plus complexes.
Dans ce contexte, lemarteau-pilon s'avère inapproprié, surtout lorsque des alliages complexes, intégrant notamment dunickel, deviennent incontournables. C'est ainsi que« le marteau de 125 tonnes[note 1], le plus grand hamais construit au monde, qui a été installé à laBethlehem Iron Company sur la suggestion duNavy Department, a été, après moins de trois ans d'utilisation, réformé et remplacé par une presse de 14 000 tonnes » (12 700 tonnes métriques)[2].
Les allemands qui disposent demagnésium en abondance, issu de leurs mines de sel, sont les premiers à évaluer l'intéret de ce métal dans la construction aéronautique, comme élément d'alliage (avec l'invention duduralium) mais aussi comme métal de base[4]. Mais, alors que l'acier se forge facilement aupilon, lemagnésium a tendance à se fissurer lorsqu'il est travaillé au marteau. Les ingénieurs duTroisième Reich, qui ont accès à ce métal abondant, développent alors leforgeage à chaud à vitesse contrôlée, notamment pour les grandes pièces de structure des avions[5].
Dans les années 1930, le recours auprocédé Guérin, initialement par la sociétéDouglas, permet de combiner les opérations de formage et de découpage à la presse hydraulique. L'Allemagne dispose des plus grosses presses à forger pendant laSeconde Guerre mondiale et les utilise pour la fabrication d'avions de combat plus performants que les avions alliés. À la fin de la guerre, l'Union soviétique s'empare de la plus grosse presse allemande encore en activité, d'une capacité de 30 000 tonnes, tandis que les américains découvrent des plans d'une presse de 15 000 tonnes. Laguerre froide alimentant les inquiétudes américaines, des stratèges imaginent que la presse soviétique donnerait un avantage insurmontable aucomplexe militaro-industriel de la Russie, ce qui les incite à lancer leHeavy Press Program dans le but de gagner lacourse aux armements[6],[7],[8]. Ce programme permit de construire dixmachines-outils dont les plus puissantes sont deux presses de 45 400 t de compression mises en service en 1955 àCleveland et àGrafton, Massachusetts.
Une entreprise soviétique basée enUkraine,Novokramatorsky Mashinostroitelny Zavod (NKMZ), met en service, entre 1957 et 1960, deux presses de 75 000 t métriques. Une à l'usineVSMPO-AVISMA àVerkhniaïa Salda[9] et la seconde sur un site àSamara qui a été repris, après ladislocation de l'URSS, parAlcoa[10], enRussie[11].
LaFrance 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 àIssoire[12].
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[13].
Bien que la France dispose, àIssoire d'une des plus puissantes presses hydrauliques du monde, de 65 000 tonnes, commandée à l'Union soviétique dans les années 1970, lematriçage dutrain d'atterrissage de l'A380 doit encore être achevé sur sa grande sœur russe de 75 000 tonnes[14]. En effet, les deux trains d'atterrissage principaux de l'A380 sont des pièces exceptionnellement grandes : elles mesurent 4,255 m de long et pèsent 3 210 kg. De plus, fortement sollicitées (la charge supporté dépasse 590 tonnes, avec une durée de vie minimum de 60 000 atterrissages) elles doivent être forgées dans unalliage de titane Ti-1023, qui ne peut être travaillé qu'avec des presses très puissantes[15].
Les presses soviétiques restent pendant un demi-sécle les tenantes des records. Le bloc occidental, de son côté, délaisse les alliages légers au profit des composites, ce qui met au chômage les grandes presses américaines. La course au records s'arrête momentanément.
Cette époque voit par contre quelques améliorations se généraliser :
Ces amélorations expliquent aussi la staganation des puissances atteintes après le milieu des années 1960. Deux catégories de presses apparaissent alors assez nettement :
L'essor économique de la Chine relance la course à la puissance. La possession de grandes presses hydrauliques est perçu comme un élément clé de puissance et desouveraineté industrielle, dans des domaines stratégiques comme laconstruction aéronautique et l'industrie nucléaire. Le pays lance un plan de construction de presse, généralement de conception nationale, pour se doter des outils les plus puissants et performants, tant pour le forgeage libre que pour le matriçage[17]. C'est aussi un élément de fierté nationale, la puissance et le gigantisme des installations de l'industrie lourde flattant lenationalisme.
En[18], une presse de 80 000 t de compression entre en service enChine àDeyang dans la province duSichuan. Il s’agit alors de la plus puissante du monde en service[19].
Une presse de 50 000 tonnes entre en service auJapon en àKurashiki dans la préfecture d’Okayama[20],[21].
Enfin, dans les années 2020, la fabrication devoitures électriques, mécaniquement moins complexe que les thermiques, relance l'intéret des grosses presses capables de fabriquer de gros éléments monobloc dechâssis. Le programmeGiga Press (en) lancé parTesla est à l'origine d'une série de presses horizontales allant jusqu'à 9 000 t. Cependant, il s'agit plutôt demoulage métallique sous pression, un procédé très différent du forgeage[22].
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