Brevet FR2376713A1 — publié le 19780804

La présente invention, concernant le pressage des poudre, est plus spécifiquement relative à un appareil au moyen duquel un matériau pulvérulent peut tre exposé à des pressions très élevées dans le but de le compacter. I'appareil comprend un réceptacle fermé hermétiquement pour emmagasiner le matériau au cours de son compactage0 Le réceptacle est entouré par une enveloppe comportant des parois perforées, qu'on appelle souvent "panier", au moyen de laquelle le réceptacle peut être introduit dans l'intérieur d'un récipient à pression ou en être enlevé0 Le récipient contient un premier liquide qui entoure le récepta- cle et le panier, qui est séparé d'un deuxième liquide par une cloison fonctionnant comme diaphragme. Lorsque le deuxième liguide est mis sous pression, la pression correspondant. est transférée au premier liquide par l'intermédiaire du diaphragme. On expliquera ci-après pourquoi on utilise deux liquides. Dans les premiers types d'appareil. de compactage de poudres sous forte pression, on n'utilisait qu'un seul liquide, qui agissait directement contre la paroi extérieure du rOcepta- cle de poudre. Ce dernier est fait normalement en caoutchouc naturel, car les prix de revient de la fabrication du réceptacle en sont fortement abaissés, par rapport à l'emploi d'un caout chouc synthétique0 Lorsque le liquide est lis sous pression il sera naturellement mis en contact avec des pièces mobiles de pompes et de soupapes0 Comme ces pièces, et en particulier les paliers de la pompe, doivent être lubrifiés, un liquide idéal serait une huile de lubrification. Plais comme le caoutchouc naturel ne résiste pas bien aux huiles lubrifiantes classiques à base minérale, on ne peut employer ces huiles0 Â la place on a utilisé des mélanges d'eau et de glycol, ce dernier fournissant les propriétés lubrifiantes. Nais vite on a constaté que le liquide en contact avec la paroi extérieure du réceptacle en caoutchouc ne devait pas constituer également l'agent de pompa- ge, pour la raison suivante.Lorsque le réceptacle a reçu la charge de poudre, le travail correspondant est normalement exé- cuté au voisinage du récipient sous pression0 C'est pourquoi, et à moins de nettoyer soigneusement les parois externes du ré- ceptacle en caoutchouc après terninaison de l'étape de chargenent, on ne peut éviter que de petites quantités de la poudre viennent contaminer le liquide. Mais la présence de faibles quantités de poudre, même très petites, dans le liquide réduit considérablement la vie utile des pompes et des soupapes, spé- cillement lorsque la poudre est métallique comme il arrive souvent.Les particules pulvérulentes en suspension dans le liqui- de agissent alors comme abrasif et soumettent les paliers de pompe, les sièges de soupape, etc. à une usure tellement forte que la vie utile de ces éléments est réduite environ à 10 X de la valeur normale. On comprend facilement que les travaux de réparation correspondants augmentent de manière très appréciable le coût de fonctionnement de la presse isostatique. Ces incon vénients ont retardé pendant longtemps le développement technique de ces appareils. Mais on a trouvé enfin une solution à ces' difficultés0 Cela a consisté à utiliser deux liquides séparés l'un de l'autre. L'un des liquides, qui est normalement de l'eau, entourait le réceptacle en caoutchouc, tandis que le deuxième liquide, constitué par une huile lubrifiante, circulait au travers des pompes et des soupapes. La pression de la pompe dans l'huile était alors transférée à l'eau par l'intermédiaire d'un diaphragme. Mais les avantages étaient obtenus au prix d'un autre désavan- tage notable0 Pour des raisons de résistance mécanique le réceptacle en caoutchouc ne peut supporter le ponds de la poudre quand il doit être immergé dans le liquide. Ceci s'applique également lorsque la pièce compactée finie doit être enlevée de la presse isostatique. C'est pourquoi il était nécessaire d'entourer le réceptacle en caoutchouc par le panier mentionné ci-dessus, qui four- nit la résistance mécanique. Dans certaines presses isostatiques de l'art antérieur, le panier est constitué simplement par un ta- be perforé pourvu d'un fond.Lorsque la poudre est compactée, son volume est réduit de 30 à 50 %. Ceci signifie en conséquen- ce que le diaphragme séparant l'eau de l'huile doit être déplacé sur une distance considérable. Nais au cours de ce déplacement le diaphragme, qui est constitué généralement en caoutchouc, ne doit pas venir en contact avec aucune partie mécanique de l'appareil, car un tel contact détruirait immédiatement le diaphragme. Ceci signifierait naturellement à son tour que les deux liquides formeraient un mélange ou, en d'autres termes, que les disavan- tages de ces mélanges de liquides, déjà exposés ci-dessus, réap- paraitraient. Â cet égard il faut se rendre compte que souvent les pressions de travail agissantes sont de l'ordre de grandeur de 200 MPa. On comprend que si un diaphragme en caoutchouc, soumis à une telle pression, est forcé à venir en contact avec la paroi des tubes perforés mentionnés ci-dessus, la matière du caoutchouc éclatera naturellement immédiatement en regard des perforations. Il existe deux procédés fondamontalement différents de protection du diaphragme placé entre les liquides, pour empêcher qu'il ne vienne en contact avec des pièces métalliques. Suivant un premier principe, le diaphragme est orienté horizontalement, de sorte qu'il forme une séparation entre une chambre inférieure qui contient l'huile de la pompe et une chambre supérieure qui contient de l'eau entourant le panier et le réceptacle en caout- chouc.Dans une telle presse isostatique, la distance verticale entre le diaphragme et le fond du panier doit être par conséquent tellement grande que loraque la déflexion du diaphragme prend sa valeur maximale, le diaphragme est encore maintenu hors de contact d'avec le panier. Ainsi l'application de ce principe en- traîne une augmentation considérable do la dimension axiale du récipient à pression de la presse, ce qui signifie qu'au moins la hauteur de l'appareil complet est également augmentée de manière correspondante. Suivant un autre principe le diaphragme entoure en fait le panier avec une forme tubulaire, de sorte que l'eau est confinée radialement à l'intérieur de la séparation correspondante, tandis que l'huile se trouve radialement b son extérieur. Si cette solution évite d'augmenter la dimension verticale du réci- pient sous pression, sa section transversale doit être bien plus grande, afin d'assurer que le diaphragme ne viendra pas en contact avec le panier lorsqu'il est déformé au maximum. Pour résumer, on peut admettre par conséquent que quel que soit celui des deux principes exposés ci-dessus qui est utilisé, les dimensions du récipient sous pression augmentent en compa- raison avec un appareil fonctionnait avec un seul liquide Le récipient sous pression, qui a normalement une forme cylindri que, comporte des parois épaisses en acier de première qualité et ses deux extrémités soit fermées par de forts bouchons d'a- cier. De plus le récipient est habituellement entouré d'un châs- sis gui comprend des fils d'acier sous tension. On comprend ainsi que même des augmentations relativement minimes des dimensions du récipient sous pression entraînent un accroissement apprécia- ble du coût de l'appareil dans son ensemble. L'intention a pour but de fournir un appareil à forte pression du tgpe défini ci-dessus, qui fonctionne avec deux liquides dont chacun est situé dans une chambre séparée de l'autre par un diaphragme déformable. plus spécifiquement l'obJet de l'invention consiste à fournir un appareil tel qu'on vient de le définir, dans lequel l'emploi de deux chambres à liquide séparées ne produit aucun accroissement du volume du récipient sous pression, en comparaison des récipients sous pression qui travaillent avec un seul liquide ou seulement avec un seul mé- lange de liquides. Autrement dit, l'invention vise à remplir simultanément deux conditions qui sont apparemment incompatibles. L'une d'el- les est ainsi que l'appareil doit inclure deux chambres, de fa çon que d'une part la pompe et les soupapes soient en contact seulement avec de l'huile de lubrification et que d'autre part la contamination du liquide entourant le réceptacle à poudre n'ait pas pour conséquence des résultats désastreux. La seconde condition est que la présence d'un diaphragme séparant les deux chambres à liquide n'entraîne aucun accroissement du volume du récipient sous pression.L'invention est basée sur l'idée qu'il est possible en fait de satisfaire simultanément ces deux conditions, à condition que le panier entourant le réceptacle en caoutchouc qui peut emmagasiner la poudre soit fait d'un maté- riau susceptible d'être déformé plastiquement et/ou élastiquement. linsi qu'on le constatera d'après la description ci-après, ceci signifie que le diaphragme en caoutchouc puisse entrer en contact avec le panier et le déformer sans que le diaphragme soit lui-même endommagé.Le fait que le matériau du panier soit déformable signifie que le panier doit être constitué en un ma- tériau facilement déformable ou composé de petites pièces d'un matériau qui peut être, par lui-même, assez résistant à l'encontre des déformations, nais qui sont reliées ensemble de telle façon qu'au cours du traitement sous pression la paroi intérieu- re du panier puisse sé rapprocher de la paroi extérieure du ré- ceptacle. On décrira maintenant plus on détail, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'intention, avec référence aux dessins, sur lesquels - la figure laest la coupe transversale verticale d'une presse isostatique de l'art antérieur, elle montre l'appareil dans la position initiale, c'est-à-dire avant la mise sous pres iioi, tandis que la figure 1b, analogue, montre 1 'appareil une fois que le traitement par la pression est achevé. Les figures 2a et 2b sont semblables, quant au fonctionnement, aux figures la et 1b@mais exposent un appareil selon la présente invention. Le repère 1 désigne le récipient à pression, constitué par un cylindre à parois d'acier épaisses, qui est fermé à ses deux extrémités par de forts bouchons 2 et 3. Ainsi qu'il a été dit ci-dessus, un tel récipient soue pression est normalement entouré par un châssis qui absorbe les forces de réaction engendrées au cours de la mise sous pression et gui est constitué par des fils d'acier sous tension. En conséquence, comme un tel châssis ne forme pas partie de la présente invention, on ne l'a pas représenté.Au voisinage du bouchon d'extrémité 2 du bas, la paroi de cylindre 1 présente un perçage 4 par leguel l'intérieur du récipient à pression peut communiquer avec une pompe (non représentée) dans le but de mettre le récipient sous pression. Le circuit de pompe communique en fait par l'intermédiaire du perçage 4 avec une chambre de pression extérieure à section transversale annulaire, qui contient le liquide 5. La chambre correspondante est définie par la paroi intérieure du récipient à pression 1 et par la paroi extérieure d'un diaphragme tubulaire 6 en caoutchouc, disposé verticalement entre les deux extrémités du récipient sous pression. Le liquide 5 peut être considéré comme étant l'agent de mise sous pression primaire. L'espace compris radialement à l'intérieur de la cloison 6 forme use deuxième chambre de pression, ou chambre intOrieu- re, renfermant un agent 7 secondaire de mise sous pression gui est également un liquide. Les deux liquides 5 et 7 sont ainsi mutuellement isolés, c'est-à-dire sans contact, mais en ce qui concerne le transfert des pressions, ils apparaissent comme un seul liquide, car l'égalisation de la pression s'effectue au travers du diaphragme 6. Dans le liquide 7 est immergé le panier 8 enfermant un réceptacle en caoutchouc 9, fermé de tous côtés, qui emmagasine à son tour la poudre 10 qui doit être compactée au coure du traitement de pressage. La description ci-dessus des caractéristiques de structu- re du récipient sous pression s'applique à la fois au disposi tif de l'art antérieur représenté sur la figure 1 et à l'objet de la présente invention, représenté sur la figure 2. Les différences entre l'art antérieur et le nouveau dispositif sont les suivantes Dans l'appareil connu le panier 8 est constitué d'un tube métallique relativement lourd, dont la paroi présente une multi- plicité de trous 11.Ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus, ceci signifie que le diaphragme de caoutchouc 6 doit être maintenu hors de contact avec la paroi extérieure du panier. C'est pourquoi, dans sa position initiale représentée sur la figure la, le diaphragme est situé à une grande distance radiale du panier 8, de façon qu'il soit également maintenu sans contact avec le panier après terminaison du pressage de la charge 10 dans le panier, qui fait que la charge est convertie en un seul corps solide 10a en forse de tige.Ceci signifie gu'on doit choisir un diamètre intérieur du récipient à pression suffisamment grand pour qu'il y ait assez d'espace pour que le diaphragme puisse etre défléchi radialement vers l'intérieur sans toucher le tube 8. Ainsi que cela a été mentionné ci-dessus et comme il apparat directement sur le dessin, cette condition signifie que la section transversale totale du récipient sous pression est augmentée, que la paroi du oylindre 1 doit être plus épaisse et également que les bouclons d'extrémité 2 et 3 doivent être plus grands et plus épais, que s'il n'y avait pas cette condition. Au contraire, dans l'appareil fabriqué selon l'invention et représenté sur les figures 2a et 2b,le diaphragme en caoutchouc 6 est situé près de la paroi extérieure du panier 8, déjà dans la position initiale. Lorsque le matériau en poudre 10 est com- pacté pour former un corps solide 10a en forme de tige, le panier 8 sera facilement déformé et participera au mouvement vers l'intérieur du matériau en poudre, de sorte que son intérieur restera constamment en contact avec le c8té extérieur du récep- tacle en caoutchouc 9. Dans le mode de réalisation ici représente pour l'invention, la paroi du panier a une structure tressée, Grâce à cette conception, le diaphragme 6 peut toucher le panier 8, parce que ce dernier est déformé au cours de la phase de mise sous pression, de sorte qu'il n'y a pas de force de réaction engendrée qui pourrait causer l'éclatement du dia phragme. Dans la mise en oeuvre de l'invention on peut en principe choisir entre deux modes différents pour rendre le panier d*- formable. La première possibilité consiste à fabriquer le pa nier an un matériau qui est an soi déformable. La deuxième pos- sibilité consiste & utiliser un panier constitué par une multi- plicité de parties individuelles, pouvant être en matériau rigide, qui sont reliées les unes aux autres de telle façon que néammoins la déformation du panier puisse s'effectuer dans l'ensemble.Les paniers rentrant dans la deuxième catégorie peuvent atre faits par exemple en tissus, en matériaux plasti quels synthétiques mous, en fils métalliques, en chaines, etc. Le premier avantage qui accompagne l'emploi d'un panier déformable est l'élimination du risque de destruction de la paroi de caoutchouc 6 par contact avec le panier. Ceci signifie à son tour s'il n'est plus nécessaire d'avoir, entre la paroi 6 et le panier, une distance radiale tellement grande que la cloison puisse se gonfler vers l'intérieur sans toucher le panier. La signification pratique de cette différence apparait par la comparai soi des figures la, 1b et 2a, 2b. Oa voit immédia- tement que l'invention a permis de diminuer radialement les ditensions du récipient sous pression en abaissant le coat de fabrication de manière correspondante. R E V E N D I C A T I O N S 1.- appareil pour soumettre un matériau pulvérulent à des pressions très élevées dans le but de compacter le matériau, comprenant un réceptacle emmagasinant ledit matériau au cours du compactage, entouré par des moyens pour introduire le récep- tacle dans un récipient à pression et pour l'en sortir, ce ré- cipient contenant un premier liquide qui entoure le réceptacle et lesdits moyens, et par une séparation formant diaphragme qui sépare le premier liquide d'un deuxième liquide entourant cette séparation, de sorte que lorsqu'il est mis sous pression, cette pression est transférée par l'intermédiaire de ladite paroi audit premier liquide, caractérisé en ce que lesdits moyens sont déformables plastiquement et/ou élastiquement et consistent, soit en un matériau facilement déformable, soit de pièces reliées entre elles en matériau plus rigide, lesdites pièces étant disposées de façon que leur position relative soit modifiée par la mise sous pression. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier liquide en contact avec le réceptacle et avec lesdits moyens est constitué par de l'eau, ledit second liquide, situé du côté opposé de la paroi, étant une huile