Brevet FR2173765A1 — publié le 19731012

L'invention se rapporte à la fabrication d'aimants anisotropes par métallurgie des poudres. Elle concerne plus particulièrement l'opération de compression orientée de la poudre magnétique, qui consiste, comme cela est bien connu, à comprimer la poudre sous un champ magnétique dont la direction est, en général, parallèle à la direction de compression. Plus précisément, l'invention s'applique à la compression dite "à sec", laquelle s'effectue avec de la poudre sèche à laquelle sont ajoutés des lubrifiants pour donner de la cohésion à la pièce comprimée. L'outillage classique utilisé pour effectuer cette opération comprend une matrice amagnétique entourée d'une bobine de champ et de deux poinçons magnetiques. Comme il a été constaté que la poudre avait tendance à s'agglomerer aux extrémités des poinçons, l'usage s'est établi de garnir celles-ci de rondelles de laiton ou autre matière amagnétique. Cet outillage ne donne toutefois pas entière satisfaction, en particulier lorsqu'il s'agit de réaliser des pièces de grande section et de faible épaisseur relative, ou d'utiliser des matrices à empreintes multiples pour comprimer plusieurs pièces à la fois. Le taux de rebut est alors relativement élevé, par suite d'une répartition inégale de la poudre dans la matrice. La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient. A cet effet, elle propose un outillage de compression orientée à sec principalement caractérisé en ce que les poinçons qu'il comporte sont entièrement amagnétiques, et en ce que la position et la dimension de la ou des bobines génératrices du champ d'orientation sont telles que lesdites bobines ne gênent, ni l'opération de remplissage de la matrice, ni l'opération d'évacuation des pièces obtenues par compression de la poudre. L'invention s'applique aux poudres magnétiques présentant une direction privilégiée d'aimantation, notamment aux poudres à structure hexagonale, possédant une énergie magnétocristalline élevée, et dont l'axe C est l'axe d'aimantation facile, telles que ferrites de baryum et de strontium et composéS intermétalliques cobalt-terres rares du type R Co5. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 représente avec coupe longitudinale partielle un outillage conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention. La figure 2 représente schématiquement une matrice à quatre empreintes utilisée dans la mise en oeuvre de l'invention pour la réalisation de plaquettes en ferrite de baryum et la figure 3 représente une matrice à trois empreintes, utilisée pour la réalisation de bagues en ferrite de baryum. A la figure 1, on a représenté, liés aux éléments magnétiques A et B du bâti de la presse, deux couples de poinçons de compression 1 - la et 2 - 2a en matière amagnétique, une matrice 3 en ma tière amagnétique et une bobine d'orientation 4. A la matrice 3 est fixée la table porte-sabot C sur laquelle repose un dispositif de remplissage connu en soi, sabot D avec sa goulotte E d'alimentation en poudre, et vérin F destiné à amener le sabot D sur la matrice, lorsque les poinçons supérieurs sont en position haute. La particularité essentielle du dispositif décrit réside dans la combinaison des points suivants - les poinçons sont entièrement amagnétiques - la position et la hauteur de la bobine sont telles qu'elle ne gêne, ni l'opération de remplissage de 1-a matrice, ni l'opéra- tion d'evacuation des pièces obtenues par compression de la poudre. Dans le mode d'exécution préféré décrit, la bobine est placée en-dessous de la table C. Plus précisément, sa face supérieure 4a est situee en-dessous du plan, limite inférieure de compression de la pièce, c'est-à-dire de la surface superieure de la piece comprimée. La chambre de compression se trouve malgré tout de préférence approximativement située au milieu de l'entrefer ; les poinçons inférieurs et supérieurs ayant sensiblement la même longueur. Il est évident que la bobine devra être dimensionnée de manière à fournir le nombre d'ampères-tours nécessaire pour que, compte tenu de la longueur importante de l'entrefer (qui peut atteindre plusieurs décimètres, par exemple 30 cm), le champ magnétique créé dans la matrice ait une valeur suffisante pour obtenir l'orientation de particules magnétiques constitutives de la poudre. Par exemple, quelques dizaines de milliers d'ampères-tours permettront d'obtenir un champ de l'ordre de 4.000 gauss. On utilisera donc une bobine plate, mais de diamètre relative ment grand. En cas de besoin, une deuxième bobine pourra être placée au-dessus de la table C, à une distance suffisante de celle-ci pour que l'on dispose d'un espace de travail permettant à la fois le passage du sabot D et les manipulations par l'opérateur. L'invention permet ainsi l'emploi, dans ce procédé de compression orientée "à sec", du système décrit et connu en soi de remplissage de la matrice, lequel présente l'avantage important suivant : le sabot est une sorte de boite sans fond qui vient se placer au-dessus de la matrice ; il se produit alors une aspiration magnétique de la poudre qui facilite le remplissage de la matrice (opération toujours délicate avec des poudres sèches et fines) et, en outre, facilite l'évacuation de l'air emprisonné entre les particules. Cet air emprisonné ralentirait la montee en pression et provoquerait des défauts dans la pièce. On soulignera que, dans le dispositif décrit, les poinçons ne servent pas à canaliser le flux magnétique, si bien que l'entrefer est constitué par tout l'intervalle entre les éléments A et B, ou règne finalement un champ magnétique sensiblement vertical et homogène : l'homogénéité du champ ne dépend plus de la position de la bobine et l'on peut même, sans qu'il en résulte des hétéro généités dans la répartition de la poudre, situer les zones de compression en dehors de l'axe de la bobine, ce qui est le cas lorsqu'on utilise des matrices à empreintes multiples. Si les poinçons étaient, même en partie, magnétiques, il y aurait par contre déformation du champ qui règne dans la matrice. Cette déformation du champ, notamment sur la périphérie des poinçons, est, dans le procédé de l'art antérieur, d'autant plus important que leur forme s'écarte notablement d'une forme à symetrie de révolution. C'est le cas notamment des pièces à section rectangulaire, des pièces de faible épaisseur et des pièces obtenues avec des outillages multi-empreintes. L'invention permet donc finalement d'étendre considérablement le domaine d'application du procedé de compression orientée " sec". On donnera plus loin quelques exemples d'application. Chaque poinçon est avantageusement constitué en un acier amagnétique spécial. Ses extrémités actives devant être très dures, on les constitue avantageusement au moyen de pastilles amagnétiques en un carbure spécial, qui fait l'objet de la demande de brevet français n" 70 22483 déposée le 18 Juin 1970 au nom de UGINE-KUHLMANN. Ces pastilles peuvent être brasées sur le métal constitutif du poinçon. A la figure 2, on a représenté très schématiquement un outillage à quatre empreintes 5, 6, 7, 8 destiné à la fabrication de plaquettes en ferrite de baryum orientées suivant leur épaisseur, et ayant comme dimensions, après frittage, 40 x 25 x 6mm. Dans l'art antérieur, on obtient des résultats satisfaisants en utilisant une matrice à deux empreintes. Le procéde décrit permet d'utiliser une matrice à quatre empreintes, donc de doubler le rendement, tout en conservant un taux de rebut acceptable et des propriétés magnétiques aussi bonnes qu'avec une matrice à deux empreintes. A la figure 3, on a représenté un outillage à trois empreintes 9 - 10 - 11 destiné à la fabrication de bagues pour hautparleurs en ferrite de baryum. Le procédé classique permet d'obtenir avec un tel outillage, de manière satisfaisante, des bagues ayant, comme dimensions après frittage - diamètre extérieur : 55 mm - diamètre intérieur : 24 mm - hauteur : 12 mm Si l'on veut réduire la hauteur à 8mm, le taux de rebut devient inacceptable. L'outillage décrit permet de réduire considérablement ce taux de rebut. On citera encore, comme exemple d'application de l'invention, la réalisation de "tuiles" en ferrite de strontium pour moteurs, ayant par exemple une épaisseur de 6mm, une longueur de 60mm et une largeur de 32mm, que l'invention permet de fabriquer avec un outillage a double empreinte. Un dernier exemple, particulièrement intéressant, concerne la fabrication de plaquettes, de dimensions, après frittage, 40 x 20 x 2mm, et comprimées dans une matrice à deux empreintes. Ces pièces sont fabriquées d'une poudre magnetique obtenue à partir du composé intermétallique SmCo5. Or, dans le cas des composes intermétalliques du type cobaltterres rares, le champ et les pressions nécessaires sont beaucoup plus élevés que pour les ferrites, si bien que l'outillage classique de compression conduirait à une hétérogénéité tout à fait inacceptable des plaquettes obtenues. L'outillage décrit permet au contraire d'obtenir d'excellents résultats, surtout si l'on a procédé, avant l'introduction de la poudre dans la matrice, à une opération de prémagnétisation dans un champ fort, comme cela a été décrit dans la demande de brevet français déposée le 29 Décembre 1970, sous le n" 70 47021 par la Demanderesse pour : "Procédé de fabrication d'aimants permanents frittés à base de cobalt et de terres rares". Il va de soi que les exemples décrits ne sont nullement liimitatifs. REVENDICATIONS 1 - Outillage de compression orientée d'une poudre magnétique dans une presse dont le bâti comporte des éléments ferromagnétiques, ledit outillage comprenant au moins une bobine génératrice d'un champ magnétique d'orientation et une matrice coopérant avec au moins un poinçon, liés au bâti de telle façon que le flux magnétique traverse la chambre de compression formée par la matrice et les poinçons et se ferme à travers lesdits éléments ferromagnétiques, caractérisé, en combinaison, par le fait que lesdits poin çons sont entierement constitués d'un matériau amagnétique et constituent ainsi, entre les éléments ferromagnétiques du bâti auxquels ils sont liés, un entrefer de dimension relativement grande où règne un champ sensiblement homogene, et par le fait que la position et la dimension de la ou des bobines génératrices du champ d'orientation sont telles que lesdites bobines ne gênent, ni l'opération de remplissage de la matrice, ni l'opération d'évacuation des pièces obtenues par compression de la poudre. 2 - Outillage conforme à la revendication 1, destine à coo pérer avec une presse comportant une table de support d'un organe de remplissage de la chambre de compression, caractérisé en ce que la ou les bobines sont placées à une distance suffisante de ladite table pour que l'on dispose d'un espace de travail permettant à la fois le passage de l'organe de remplissage et la manipulation des pièces par l'opérateur. 3 - Outillage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par une bobine dont la face supérieure est situee au-dessous du plan limite inférieure de compression de la pièce. 4 - Outillage suivant la revendication 1 ou 2, caractérise par au moins un couple composé d'un poinçon inférieur et d'un poin çon supérieur ayant sensiblement la même longueur. 5 - Outillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque poinçon est constitué d'un corps principal en acier amagnétique, à 1 'extrémité duquel est brassée une pastille de carbure.