Brevet FR2005727A1 — publié le 19691219

La présente invention concerne un appareil de pressage à chaud, dans lequel un matériau en poudre est transformé par compressions en un corps de très forte densité, sans contamination par des ira-puretés et exempt de porosités qui pourraient résulter d'un eiapri-5 sonnement de gaz à l'intérieur de la pièce formée® Des nervures prévues sur le corps d'un poinçon mobile, cylindrique, en permettent l'insertion et l'extraction faciles de la chambre de formage. Des canaux, formés dans cette cavité définissant la surface interne de l'appareil, s'étendent depuis l'entrée de la cavité sur une cer-tD taine profondeur et facilitent l'extraction rapide hors de l'appareil des gaz primitivement contenus dans le matériau pulvérulent. Il existe déjà de nombreuses formes d'appareils de compression à chaud et de frittage qui permettent d'obtenir des matériaux à l'état extrêmement dense, sous des formes et des dimensions très 15 variées. Ces appareils classiques comportent un poinçon mobile agissant à la façon d'un piston, de section transversale généralement circulaire, un contre-poinçon jouant le rOle de pièce fixe habituellement sous la forme d'un disque et un alésage ménagé dans un boîtier au fond duquel la pièce fixe se trouve étroitement 20 ajustée. L'alésage du boîtier guide le mouvement du poinçon, de sorte que sa surface de base peut Stre rapprochée très près de la surface de base de la pièce fixe, avec une force suffisante pour comprimer la matière placée entre les deux pièces, et reposant sur la plaque de base de la pièce fixe. 2 5 Dans l'opération de frittage, la matière pulvérulente devant Stre comprimée dans l'appareil, est placée sur la plaque de base de la pièce fixe, avant introduction du poinçon dans l'alésage. Le poinçon est ensuite introduit dans l'alésage et l'ensemble de l'appareil est placé dans une chambre à vide, le poinçon étant 30 placé sous la tête d'un piston-plongeur mû verticalement par un moteur. Dans un premier temps, l'espace à l'intérieur de la chambre est mis sous vide et l'appareil est chauffé jusqu'à ce que la température du matériau contenu dans l'alésage soit suffisamment élevée.pour permettre sa compression avec la force désirée. Pendant 3 5 cette phase la chambre à vide facilite l'extraction des gaz qui étaient emprisonnés dans le matériau. Les gaz qui sont ainsi libérés sortent de l'appareil par l'espace existant entre la surface de l'alésage et celle du poinçon, puis dans le volume de la chambre BAD ORK31NAU 69 09327 2 2005727 à vide, d'où ils sont éliminés par pompage. Dans la seconde phase, qui suit -l'extraction des gaz du msi:-." riau, le poinçon est déplacé par la tête de piston et amené au v ,; -sinage de ls pièce de base (ou contre-poinçon), en compriment 1 5 matière placée entre ces deux pièces. Dans la plupart des applications, il est souhaitable de comprimer le matériau sous une forte pression, pendant un temps très long, afin d'être sûr d'obtenir un corps dense ayant les propriétés désirées. Après que la matière ait été ainsi comprimées la chambre à 10 vide est ouverte et l'appareil en est extrait. La plaque de base et le matériau comprimé sont ensuite extraits, en obligeant ces deux éléments à sortir par le fond de l'alésage, en poussant le poinçon dans l'alésage soit à la main, soit à l'aide d'une machine appropriée. 15 On a buté sur de nombreuses difficultés en cours d'utilisation des appareils existant jusqu'à présent, d'une part en ce qui concerne le dégazage de l'appareil pendant la phase initiale de cheuf= fage du matériau à l'état pulvérulent dans la chambre à vide,d'autre part en ce qui concerne l'existence d'une extrusion gênante 20 de la matière entra le8 parois de l'alésage et la surface latérale du poinçon au cours de la phase de compression. Jusqu'à présent il n'a pas été possible de diminuer ou d'éliminer suffisamment l'une des difficultés ci-dessus, sans augmenter exagérément l'autre. Par exemple il est de pratique courante d'utiliser un poinçon 2) qui ast ajusté très étroitement au contour de l'alésage, afin d'éviter une extrusion excessive de la matière pendant la phase de compression. Cependant du fait de la tolérance étroite entre ces pièces, il est devenu difficile d'assurer le dégazage de l'appareil pendant la phase da chauffage. Dans certains cas il a fallu plu-30 sieurs heures pour dégazer la matière tandis que dans d'autres ces il s'est révélé impossible de dégazer suffisamment l'appareil pour empêcher la formation de vides et la porosité de la matière compressée. En outre il a souvent été'difficile d'extraire le poinçon de l'alésage après l'opération de pressage, par suite de la pré-35 sence de petites quantités de matière extrudée entre le poinçon et la paroi de l'alésage. Afin de réaliser un dégazage satisfaisant des appareils de type classique, on a employé un poinçon qui glisse à frottement doux à l'intérieur de l'alésage. Cependant, il en est souvent ré- BAD ORIGINAL 69 09327 3 2095727 sulté une extrusion excessive de la matière entre le poinçon et l'alésage, en particulier lorsque l'on ca«prime des matériaux facilement extrudables. Pour réduire l'importance de ce phénomène, on a disposé un matériau inerte, tel que par exemple de la poudre 5 d'alumine, en couches tampons au-dessus et au-dessous de la matière à comprimer. Bien qu'un tel procédé se soit révélé efficace pour diminuer l'importance de 1*extrusion dans un certain nombre de cas, un nouveau problème est apparu du fait que le matériau inerte tend à contaminer la matière que l'on déaire comprimer. t} Pour éviter les difficultés mentionnées ci-dessus, il a été mis au point un appareil permettant de former par compraasian un matériau, ledit appareil pouvant ttre rapidement et facilement dé-gazi sans entraîner pour autant de difficultés résultant d'une extrusion 4e la matière au cours de la phase de compression. 15 En outre l'appareil de la présente invention permet de compri mer un matériau avec une très petite quantité de matière inerte, tout en résolvent les difficultés rencontrées jusqu'à présent par l'introduction d'un poinçon étroitement ajusté à l'alésage. Enfin il est devenu inutile d'utiliser un matériau inerte comme tampon 2Q pour remédier à une extrusion excessive, ce qui permet d'obtenir des matériaux de haute densité sans contamination inadmissible. Par conséquent la présente invention concerne un appareil pour former par compression un matériau tout en permettant un dégazage de celui-ci avant la phase de compression, sans que se produise 25 une extrusion notable en cours de compression. On a pu ainsi obtenir un corps ds très haute densité, pratiquement exempt de porosités résultant de particules gazeuses emprisonnées dans la poudre, et sans que se produise une contamination excessive de la matière comprimée. 33 L'invention concerne donc un eppareil permettant de former par compression un matériau pulvérulent, en utilisant un poinçon mobile étroitement ajusté aux dimensions intérieures de l'alésage dans lequel celui-ci peut Ôtre introduit ou extrait avec plus de facilité que dans les appareils utilisés jusqu'à présent. 35 Selon l'invention il est prévu une première pièce de forme cylindrique, jouant le rôle de poinçon, dont l'une des extrémités présente une section droite élargie, formant une surface portante. Cette première pièce comporte sur ses parais latérales des nervures qui partent de cette extrémité inférieure de la pièce et s'étendent 69 09327 4 2005727 sur au moins une partie de sa longueur. Un boîtier, présente un alésage cylindrique, destiné à recevoir la pièce précédente en contact étroit avec la surface intérieure de ce boîtier qui définit l'alésage, ainsi qu'avec le contour de la surface portante de l'ex-5 trémité de la pièce et des nervures. Au moins un canal est pratiqué dans l'alésage intérieur au boîtier, ledit canal partant depuis l'entrée de l'alésage et s'étendant sur une certaine portion de sa hauteur. Une seconde pièce est placée dans l'alésage en contact étroit avec la surface inerte de œLui-ci, de façon que la surface 10 portante (ou surface de base) de cette seconde pièce se trouve disposée en regard de l'entrée de l'alésage tout en n'étant pas enfoncée jusqu'à l'extrémité du canal précité. Des moyens sont prévus pour maintenir la première pièce partiellement introduite dans l'alésage de façon que l'espace existant entre les deux pièces cora-15. munique avec le canal. Enfin un moyen est prévu pour amener les pièces très près l'une de l'autre, au-delà de l'extrémité du canal. Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres caractéristiques secondaires et les avantages qui en résultent, apparaîtront de façon plus détaillée dans la description ci-après de for-2Q mes particulières de réalisations, données à titre indicatif et non limitatif, en se référant aux dessins en annexe, sur lesquels : - La figure 1 représente,en coupe partielle et en élévation, un mode de réalisation de l'appareil objet de l'invention ; - La figure 2 représente, une coupe transversale suivant 2-2 25 de la figure 1 ; - La figure 3 représente,en coupe partielle et en élévation, une autre forme de réalisation dudit appareil ; - La figure 4 représente,une coupe transversale suivant 4-4 de la figure 3. 30 Si l'on se reporte aux figures 1 et 2, on voit un boîtier 10 comportant en son centre un orifice cylindrique qui contient un fourreau cylindrique amovible 12, dont l'intérieur définit un conduit de pressage 14. Un contre-poinçon 16, en forme de disque, est étroitement ajusté au fond du conduit 14. La quantité de matière 1B 3 5 qui doit être comprimée dans l'appareil est disposée sur la plaque de base de ce disque 16. Pour faciliter le dégazage, des canaux 20 sont usinés dans une partie de la surface interne du fourreau 12, qui s'étendent depuis l'orifice supérieur du conduit 14 sur une certaine longueur de BAD ORIGINAL 0W27 t% (% ftFI ~7 itlb/ 2/ cc.i.tii-r-. e-*, s * c::::-'3tsnt au-dessus eu niveau de is raatlèrs 18, Un pci^.rt..'- c":£; moL-ils verticalement, de ferras cylindrique, dont la section circiio au niveau de -l'extrémité 24, située du cûti tcû:*..-né vv. a !■-. r.ai isre à ccn-primer, est plus large et maintenus en pesi-£ il or. fi * oduction partielle s l'intérieur du conduit 14» Autour du coin' «Je la pièce 22, en a usiné une nervure hélicoïdale 28, qui part de 1rextrémité 24 et s'étend de préférence sur la totalité de la longueur de cette pièce. Le contour de 11extrémité 24 est déterminé de façon à obturer étroitement le conduit, dont la surface 10 latérale* est définie par le fourreau 12 avec une précision d'environ 0, "s 27 rara entre les sections respectives des- deux pièces, de fanon iL éviter une extrusion excessive d'une certaine quantité de matière 16 autour de la pièce 24 pendant l'opération de pressage» La section transversale de la nervure 28 est sensiblement identique 15 à celle ce l'extrémité 24, afin de permettre à la pièce 22 de se déplacer à frottement doux dans le conduit 14 sans qu'elle ait à subir de flambement, ni de coincement à l'intérieur du conduit. Afin de permettre l'évacuation des gaz de la matière 18 le long der canaux 20, pendant le chauffage qui précède la phase de 20 pressage,, le poinçon 22 est maintenu suspendu dans le conduit 14 de façon, qua ss surface portante 26 se trouve au-dessus de 13extrémité du canal 20. Ceci peut Être réalisé par exemple au moyen d'un cha-pesu 30, traversé par un conduit fileté, dont le pas correspond au pas de la nervure 2B, de façon à permettre le vissage du chapeau 25 30 sur l'extrémité de la pièce 22« Ce chapeau présente une embase 32 qui repose sur une extrémité d'un ressort spiral 34 dont l'autre extrémité repose sur la face supérieure du boîter 10» Le ressort 34 présente une rigidité suffisante pour supporter le poids du chapeau 30 et de la pièce 22 de telle façon que la surface portante 26 se 30 trouve placée au-dessus de l'extrémité inférieure des canaux 20. La nervure 20 chevauche le filetage du chapeau 30 de sorte que la force de réaction dirigée vers le haut, exercée par le ressort 34 sur'l'em» base 32, du fait du poids du chapeau 30 et de la pièce 22 qu8il supporte,fasse reposer la pièce 22 sur le filetage du chapeau 30. 35 Une. fois le dégazage de la matière 1B achevé au cours de l'é tape de chauffage, la matière 18 est pressée pour former une masse dense, on exerçant une force verticale descendante sur la pièce 22 à l'Ésifif. d'un piston plongeur 36 commandé par un moteur ou un système manuel classique. Le léger jeu qui existe entre le filetage du 1 BAD ORIGINAL 69 0-9327 6 2095727 chapeau 3D et la nervure 26 permet a;- chepeeu 30 de :>••=• r-s vers le bas en liaison avsc le cci.pt. >■; cî:s la p.niie sup&r-ic-.er© de l'e.ribsse 31 be îï^vg 1 tf èr-esnsni plus ' hcv?t que- 1 \e;rfr£r.'i.të de Is pièce 22 lorsque le piston plongeur ?S 5 e::erce ur. effort vers le bas sur cette pièce® Ce déplac.a>i:etit du chapeau 30 assure que la fores appliquée au pistrn plongeur 36 vient porter directement sur l'extrémité de le piêco 22 et élimina la possibilité d'un cisaillement de la nervure 28 en appuyant s sir celle-ci par 1 'intermédiaire du filetage du chepeau 30* 10 La température de la matière 18 peut être mesurée pas des moyens classiques tels qu'un therraocaupl.es non représentés plseé-à la partie inférieure de l'axe 30. Les fils du therraocouple„ non représenté, sortent de la pièce 22 par un sillon 40 usiné È l'extrémité de celle-ci et dont la profondeur est suffisante peux- laie-15 ser un jeu entre les fils et le piston plongeur 36= Ds faeen sne2o~ gue un sillon 42 est usiné dans l'embase 32, en concordance sues le sillon 40, pour permettre le passage des fils sous le piston plongeur 36 et hors de l'appareil® Pendant la compression de le eïs=» tière 1B l'extrémité 24 est abaissée, ainsi la communication entre 2D l'espace qui sépare les pièces 16 et 22 et les canaux '209 pour -empêcher 1'extrusion excessive d'une certaine quantité de la matière 16 vers le haut à travers les canaux 20, Cependant certaines matières présentent la faculté de s'extrader facilement raSir Une fais réalisée la compression de la matière 18, 1!appareil est retiré de l'enceinte sous vide dans lequel il avait été prirai» 30 tivement placé. La matière 18 comprimée est extraite du conduit 14, en forçant à la fois la pièce 16 et la matière 18 depuis le fond du conduit 14s en poussant la pièce 22 contre la matière 16, Ensuite la pièce 22 est retirée du conduit 14 en retirant le chapeau 30 et en poussant la pièce 22 dans le conduit 14 et en l'extreyant par le 3 5 fond. Il peut être préférable de pousser la pièce 22 vers le fond du conduit 14 plutôt que de retirer la pièce 22 par la partie supérieur* du conduit 14 après l'opération de pressage, puisque le présence d'une petite quantité de matière extrudée le long de la paroi interra BAD ORIGINAL 69 09327 7 2005727 du fourreau 12 peut provoquer un coincement de la pièce 22 â l'intérieur du conduit 14. Si l'on se reporte aux figures 3 et 4, on voit un poinçon 44 mobile, de forme cylindrique, présentant 3 nervures 46 dont le bord 5 externe est en contact étroit avec la paroi intérieure du fourreau cylindrique 48. Les nervures 46 sont également réparties sur le pourtour de la pièce 44,pour permettre à celle-ci de se déplacer à frottement doux à l'intérieur du fourreau 14 sans flambement ni coincement. L'extrémité supérieure de la pièce 44 comporte une col-10 lerette suffisamment large pour servir à bloquer un ressort spiral 50 qui agit de façon comparable à celui représenté dans le dispositif des figures 1 et 2* Le contre-poinçon 54, en forme de disque, est étroitement ajusté à l'intérieur du conduit défini par la paroi interne du fourreau 48 et sert de support à la matière 52 qui doit 15 être compressée sur sa plaque de base. Une fois réalisée l'opération de pressage, la matière compactée 52 et la pièce 54 sont extraites du fourreau 48 par l'intermédiaire de la pièce 44 qui les expulse par la partie inférieure du conduit. Ensuite la pièce 44 est extraite de celui-ci par le haut. Des canaux 56 sont usinés 20 dans le fourreau 48 et s'étendent depuis l'orifice d'entrée du conduit sur une certaine longueur de celui-ci pour faciliter l'extraction des gaz contenus dans la matière 52 et le conduit, comme il a été indiqué précédemment. Bien que la présente description ait été faite à partir de 25 formes particulières de réalisations, il est clair que l'on peut y apporter de nombreuses modifications de détail sans sortir pour autant du cadre de l'invention. « ■ 2005727 69 09327 REVENDICATIONS 1°) Appareil pour le moulage par compression de produits en poudre, caractérisé par le fait qu'il est constitué par : a ) Un poinçon de forme cylindrique, présentant une extrémité inférieure de section plus grande, formant plaque de base, qui comporte une zone nervurée qui part de cette extrémité et s'étend au moins partiellement sur sa hauteur ; b ) Un boîtier dans lequel est usiné un alésage, prévu pour loger le poinçon avec des tolérances dimensionnelles étroites entre la plaque de base, la nervure et la paroi de l'alésage, dont une partie de la hauteur est creusée d'au moins un canal qui s'étend depuis l'orifice supérieur de l'alésage sur une certaine langueur de celui-ci ; c ) Un contre-poinçon, étroitement ajusté à la section de l'alésage, dont la face supérieure qui sert de plaque de base, est dans un plan situé en dessous de l'extrémité inférieure du canal ; d ) Des moyens pour maintenir le poinçon en position partiellement engagée dans l'alésage, de façon que l'espace entre les faces en regard du poinçon et du contre-poinçon communique avec le canal précité ; e ) Des moyens pour amener les deux piàces ci-dessus très près l'une de l'autre, au-delà de l'extrémité du canal, à l'intérieur de l'alésage. 2°) Un appareil selon la revendication 1, dans lequel la région nervurée comporte une hélice qui s'enroule autour du corps du poinçon. 3°) Un appareil selon la revendication 1, dans lequel les nervures, au nombre d'au mains trais, sont disposées parallèlement à l'axe longitudinal du poinçon et égàement espacées les unes des autres. bad original 9 2005727 69 09327 4°) L'appareil selon la revendication 2, dans lequel les moyens pour maintenir le poinçon sont constitués par î a ) un chapeau traversé par un conduit fileté au pas de la nervure du poinçon, et dans lequel son extrémité supérieure est 5 vissée pour solidariser ces deux pièces à frottement doux, ledit chapeau étant pourvu d'une embase à sa partie supérieure ; b ) un ressort spiral, reposant sur la face supérieure du boîtier, dont l'axe est confondu avec celui du chapeau et du poinçon, supporte ces deux pièces sous l'embase du chapeau et permet 10 la pénétration du poinçon dans l'alésage. 5°) L'appareil selon la revendication 3, dans lequel les moyens pour maintenir le poinçon consistent en un ressort spiral qui repose sur le boîtier, et permettent la pénétration du poinçon è l'intérieur de l'alésage ; ledit poinçon comportant à sa partie 15 supérieure une collerette qui repose sur le ressort. 6*) Un appareil pour le moulage par compression de produits poudre* caractérisé par le fait qu'il comporte : en a ) un poinçon cylindre présentant une extrémité inférieure de section plus large, formant plaque ds base, ledit poinçon pré-2 0 sentant une zone nervurée qui part de cette base et s'étend au moins sur une partie de sa hauteur ; b ) un boîtier dans lequel est usiné un alésage cylindrique, prévu pour loger un poinçon dont la plaque de base est très étroitement ajustée à la section de l'alésage j 25 c ) un contre-poinçon étroitement ajusté à la section de l'alé sage, dont la face supérieure sert de plaque de base ; d ) des moyens permettant d'amener les deux pièces précitées très près l'une de l'autre. 7°) L'appareil selon la revendication 6, dans lequel la région 30 nervurée comporte une hélice qui s'enroule autour du corps du pcj^Ln- BAD ORîGtNA*- 10 2005727 69 09327 çon, 8°) L'appareil selon la revendicationô, dans lequel les nervures, au nombre d'au moins trois, sont disposées parallèlement à l'axe du poinçon et régulièrement espacées les unes des autres. 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