Brevet FR2012390A1 — publié le 19700320

la présente invention se rapporte à un procédé de lubrification de l'outillage de compression d'une presse de compaction à l'aide d'un lubrifiant so- lide. La compaction de poudres nécessite la lubrification de la paroi intérieure de la matrice. Cette lubrification est généralement assurée en incorporant un lubrifiant au sein de la matière première. Ainsi, par exemple, pour le pastillage de poudres céramiques il est courant soit d'ajouter un lubrifiant lors de la préparation du granule soit d'enrober le granulé d'une pellicule de lubrifiant solide finement divisé. Ces méthodes permettent généralement de fabriquer industriellement des pastilles de bonne qualité mais allongent le cycle de fabrication. Par ailleurs, si un traitement thermique ultérieur de densification est nécessaire, ces méthodes posent des problèmes d'élimination des produits de décom- position du lubrifiant qui peuvent encrasser le four et les pastilles. La lubrification directe des parois internes de la chambre de compression est un moyen plus rationnel mais également plus difficile à appliquer que la lubrification de la matière première. Les méthodes connues se basent sur l'utilisation de lubrifiants liquides ou de lubrifiants en solution dans un solvant volatil. Ces lubrifiants sont appliqués contre la paroi de la matrice soit par projection soit par entralnement causé par le déplacement du poinçon inférieur à travers un matériau imbibé de lubrifiants. La méthode par projection exige un pistolet rigoureusement synchronisé à la cadence de fonctionnement de la machine et présente le risque d'une lubrification non uniforme qui s'avère d' autant plus difficile que la hauteur de la chambre de remplissage est plus grande et sa forme plus compliquée. La méthode par entralnement du lubrifiant par le poinçon inférieur limite la hauteur utile de la chambre de remplissage et tend à déposer plus de lubri-fiant à la base de la matrice que dans les parties hautes. La partie supérieure de la matrice ntest d'ailleurs pas bien lubrifiée et le procédé ne donne pas entière satisfaction si le granulé à comprimer contient une certaine quantité de poudres fines et abrasives qui peuvent soit obstruer l'arrivée du lubrifiant soit provoquer le blocage du poinçon inférieur. La présente invention propose un procédé de lubrification permettant d'é- viter les désavantages cités ci-dessus. L'invention propose un procédé de lubrification dans lequel le lubrifiant solide et la matière première sont alternativement comprimés dans la même matrice d'une presse de compaction. Plus précisément, l'invention se rapporte a la lubrification des presses de compaction manuelles ou automatiques, simples ou multiples, rotatives ou non utilisées pour compacter des matériaux solides organiques ou inorganiques.. La méthode de lubrification deune presse de compaction selon l'invention est caractérisée par les étapes suivantes : introduction de lubrifiant solide dans la chambre de compaction, compression du lubrifiant, éjection du lubrifiant de cette chambre à l'exception du film de lubrifiant tapissant les parois de la chambre, introduction de la matière première dans cette chambre et compaction de la matière première. Dans le présent texte, le terme "solide" appliqué aux lubrifiants se rapporte à des lubrifiants qui se trouvent substantiellement à ltétat de solide aux conditions de température et de pression régnant dans la presse pendant leur introduction et leur éjection. S'il y a une liquéfaction temporaire du lubrifiant pendant la compression, suivie d'une solidification à ltéjection, le procédé n'en sera pas moins effectif. Cependant, de nombreux lubrifiants solides gardent leur état pendant tout le cycle opératoire. Le terme "lubrifiant" est utilisé dans un sens large. I1 ne se rapporte pas seulement aux matériaux dont le seul rôle est la lubrification, mais également à ceux qui ont un rôle additionnel. I1 se rapporte aux lubrifiants formés d'un matériau unique å propriétés lubrifiantes ainsi qutà des mélanges de matériaux dont certains seulement ont des propriétés lubrifiantes. Par conséquent, un support inerte recouvert ou imprégné de lubrifiant est également couvert par ce terme. Le poids de lubrifiant, par rapport à celui du support, sera de préférence compris entre 0,1% et 20%. Lorsque le lubrifiant est un liquide, la quantité devrait toutefois etre limitée de manière à préserver le caractère principalement solide de l'ensemble. Le lubrifiant solide peut etre organique ou non. Ainsi par exemple, des sels d'acides gras tels que les stéarates, palmitates, laurates et arachinates de tout métal approprie comme l'aluminium, le zinc, le magnésium et le calcium ou des esters d'acides gras comme le mono stéarate de glycérol, peuvent etre utilisés. D'autres exemples de lubrifiant solide sont la paraffine, le disulphure de molybdène, le graphite, etc. Comme lubrifiants liquides dispersés dans un support, il y a lieu. de citer par exemple des huiles synthétiques ou naturelles de provenance animale, marine, végétale et minérale, raffinées si nécessaire pour en éliminer les matériaux nuisibles. Il est bien entendu que le support et tous les autres matErisux constituant le lubrifiant ne seront pas abrasifs et n'auront pas de propriétes indésirables. Les dimensions des particules de lubrifiant solide peuvent varier considérablement et peuvent etre choisies facilement par l'homme de métier. Les parti cules seront de préférence petites, en vue d'avoir une bonne coulabilité et un contact intime entre les particules de lubrifiant et les parois de la chambre de compaction. La forme des particules de lubrifiant solide peut être très variée. Ainsi les particules peuvent avoir la forme de sphères, de grains de poudre, de granulés ou autres. Des sphères seront utilisées de préférence parce qu'elles ont une bonne coulabilité et peuvent etre facilement introduites dans la chambre de compaction de la presse. Les particules lubrifiantes seront "déformables" ctest-à-dire que lorsqu' elles sont comprimées, elles changent de forme, ce qui les amène en contact plus intime avec les parois de la chambre de compaction tout en les épousant. Si le lubrifiant est par exemple un sel d'acide gras, il sera déformé après la compression,si le lubrifiant est dispersé sur un support élastique il reprendra sa forme initiale après compression. Le support peut être constitué de polymères, tels que le polystyrène (très peu couteux), les polyéthers, les polyuréthanes, les polysiloxanes, les polybutènes, les polypropylènes, les polybutadiènes et le caoutchouc naturel. Tout produit synthétique ou polymère naturel plastique ou élastique peut convenir comme support selon l'invention. Si on désire un support plus rugueux, on peut utiliser une résine ou du caoutchouc prémoussé. I1 est evident que l'invention s'applique à presque tous les matériaux susceptibles d'etre compactés dans une presse. Divers exemples de tels matériaux ont été donnés dans la description ci-dessus, d'autres seront décrits ci-après. L'homme de métier appliquera facilement l'invention à la compaction de tout matériau solide. Le terme "alternativement" appliqué à la séquence de compression de la matière première et du lubrifiant solide implique un mode opératoire dans lequel le lubrifiant et la matière première sont comprimés chacun à leur tour, c'està-dire lubrification, compression de la matière première, lubrification et ainsi de suite. Cependant ce terme implique également un mode opératoire selon lequel plusieurs compressions de la matière première sont effectuées entre chaque compression de lubrifiant et vice versa. L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode d'exécution de l'invention, décrit ci-après à titre d'exemple en se référant au dessin annexe. Le dessin représente une coupe d'une presse rotative double. De telles presses sont bien connues des hommes de métier et sont décrites par exemple dans l'article de S. SNYDER "High Volume Production of P/M Parts" paru dans la revue "International Journal of Powder Metallurgy" Vol 3 - NO h (1967). Ces presses comportent deux stations d'alimentation, deux stations de com pression et deux stations d'eåection situées à des endroits diamétralement opposés de la table. Suivant un mode d'exécution préférentiel de l'invention, une station d' alimentation de la presse rotative double est alimentée en particules de lubrifiant solide, tandis que l'autre est alimentée en particules de matière première. De cette façon, chaque matrice et ses poinçons correspondants sont alternativement lubrifias et utilisés pour compacter la matière première. Le dessin représente une table circulaire d'une presse rotative double qui tourne dans la direction de la flèche et qui est divisée en deux sections I et II. Les matrices de la section I de la table passent sous une trémie 1 qui alimente les matrices en lubrifiant. Les matrices tournent ensuite dans la position 2 où des cames (non illustrees) rapprochent partiellement les poinçons pour précomprimer le lubrifiant. La table et les matrices continuent à tourner et le lubrifiant est comprimé dans la station de compression 3, ensuite djecté en dehors de la matrice à la station dwéåeetion 11 et conduit par un déflecteur 12 dans la gouttière d' evacuation 4. Au besoin, le lubrifiant peut etre recyclé par tout dispositif connu 10, depuis la gouttière d'évacuation 4 vers la trémie 1. Pendant que les matrices de la section I sont alimentées en lubrifiant, celles de la section II reçoivent la matière première à compacter. Le produit passe de la trémie 5 dans un sabot d'alimentation 6 puis dans les matrices. Celles-ci sont amenées à la station de précmpression 7, à la station de compression 8, et à la station d'éjection 13. Les produits compactés sont ensuite amenés dans la gouttière d'évacuation 9 par le déflecteur 14. Les matrices passent ensuite sous la trémie 1, y reçoivent une charge de lubrifiant, qui est alors comprimée et éjectée, et est ainsi ramenée à la trémie 5 où ces matrices reçoivent une nouvelle charge de matière première. D'habitude, la table tourne de façon continue et chaque matrice est alimentée alternativement en lubrifiant et en matière première. Dans certaines applications, le recyclage du lubrifiant peut être particulièrement intéressant comme par exemple lorsque la matière première est coû- teuse ou radio-active. Dans ce cas il est avantageux d'utiliser un lubrifiant disposé sur un support élastique qui reprend sa forme initiale après compression. Le lubrifiant peut également être recyclé même quand il èst appliqué sans support. Si par exemple, des granulés solides de behenate de zinc pur servent de lubrifiant, le comprimé éjecté de la presse- peut ètre regranulé par tout moyen connu et recyclé. Alors qutun mode d'exécution de l'invention a été décrit à l'aide d'une presse rotative double, il est évident que l'invention peut également etre appliquée à tout autre presse plus conventionnelle, à poinçon simple ou multiple. Dans ces presses on peut intercaler plusieurs cycles de fabrication des pastilles entre chaque cycle de fabrication. Outre sa simplicité, le procédé selon l'invention présente les avantages suivants - il assure la lubrification de toutes les surfaces des parties travaillantes (matrice et poinçons) quelles que soient leurs formes et leurs dimensions ; - il permet de fabriquer des pastilles régulières et de dimensions précises, la couche de lubrifiant déposée étant extrèmement fine ; - il peut s'appliquer quelles que soient la nature et la granulométrie de la matière première à comprimer. A titre d'exemples nullement limitatifs, quelques modes de fabrication de pastilles seront décrits ci-après. EXEMPLE 1 Des billes de polystyrène de 0,3 mm de diamètre sont mélangées dans un tambour cylindrique avec du behenate de zinc finement divisé, jusqu'à ce que les billes soient recouvertes d'environ 1 à 3% (en poids) de lubrifiant. EXEMPLE 2 On répète l'exemple 1 mais en utilisant 5 à 10 (en poids) de lubrifiant. EXEMPLE 3 Une presse rotative double est alimentée d'un côté avec des billes de polystyrène de l'exemple 1 et de l'autre côté avec de l'oxyde d'uranium en poudre. La poudre, les caractéristiques de la presse et ses conditions d'utilisation sont en tous points comparables à celles utilisées conventionnellement pour le pastillage de l'oxyde d'uranium, à l'exception de l'alimentation en lubrifiant. Celui-ci est introduit en quantité suffisante pour remplir chacune des matrices. Les déplacements des poinçons sont les memes pour les cyeles de production et de lubrification, qui ont lieu alternativement. Les billes de polystyrène ont une bonne coulabilité et sont élastiques. Elles sont recyclées et périodiquement rechargées en lubrifiant frais.Après usage, ces billes peuvent ètre traitées en vue de récupérer l'oxyde d'uranium résiduel. Les pastilles d'oxyde d'uranium produites ont des caractéristiques dimensionnelles d'une reproductibilité remarquable. Elles ne contiennent pas de lubrifiant dans la masse, mais sont recouvertes d'un film très mince de lubrifiant. La presse fonctionne sans difficulté ou accroc. EXEMPLE 4 On répète l'exemple 3 mais avec les billes de polystyrène de l'exemple 2 comme lubrifiant et du carbure d'uranium en poudre comme matière première. EXEMPLE 5 Des particules ovoides en caoutchouc naturel sont recouvertes de 10% de stéarate de calcium et présentent ainsi des propriétés lubrifiantes très satisfaisantes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples ci-dessus, elle est susceptible de nombreuses autres variantes, accessibles à l'homme de métier, suivant les applications envisagées, sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS L'invention a pour objet 1) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction, caractérisée par les étapes suivantes : introduction de lubrifiant solide dans la chambre de compaction, compression du lubrifiant, éjection du lubrifiant de cette chambre à l'exception du film de lubrifiant tapissant les parois de la chambre, introduction de la matière première dans cette chambre et compaction de la matière première. 2) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction selon la reven-. dication 1, caractérisée en ce que le lubrifiant solide recouvre des petites billes de matière élastique. 3) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction selon la revendication 2, caractérisée en ce que la matière élastique est du polystyrène. 4) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction selon la revendication 2, caractérisée en ce que le lubrifiant est un sel d'acide gras. 5) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction selon la revendication 1, caractérisée en ce que le lubrifiant solide et la matière première sont alternativement introduits dans la presse. 6) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on utilise une presse rotative double. 7) Une méthode de lubrification d'une presse à compaction selon la revendication 6, caractérisée en ce que la presse comporte deux jeux de stations d' alimentation, de compression et d'éåection, dont un de ces jeux est alimenté en lubrifiant solide et l'autre en matière première.