Brevet FR2475971A1 — publié le 19810821

Procédé et dispositif pour le moulage isostatique d'objets en céramique. L'invention concerne un procédé pour le moulage isostatique par compression d'objets en céramique de toutes formes, à partir de porcelaine ou d'un autre matériau céramique, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. La porcelaine pour vaisselle ne peut être moulée par compression qu'en utilisant un procédé isostatique. Un procédé statique conduit à des différences de compacité ou de densité et ne peut par conséquent pas être utilisé. Un procédé quasi-isostatique, qui permet d'obtenir une densité uniforme de la pièce moulée ou ébauche, grâce à la propriété élastique du poinçon élastomère, ne peut être utilisé que dans certaines conditions en raison du déplacement de profil du poinçon élastomère. Les solutions proposées jusqu'ici pour le moulage de vaisselle plate se caractérisent en général par le fait que la face supérieure et la face inférieure de la vaisselle plate sont respectivement formées par un poinçon. Dans le moulage isostatique suivant le procédé de moulage par matrice à sec, un des deux poinçons - de préférence celui qui forme la face inférieure de la vaisselle plate comporte une membrane élastique derrière laquelle on peut amener un liquide sous pression, tandis que l'autre poin çon est constitué par un matériau rigide. On connait également des poinçons qui se soulèvent et qui plongent, comme décrit dans la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le nO 2.307.496 ou dans la demande de brevet allemand publiée sous le nO 2.627.160. Une condition pour le moulage isostatique est que le profil de la vaisselle plate soit déjà formé avant le moulage. Pour former le profil pour le moulage isostatique, on balaie en général les granulés se trouvant sur le demimoule inférieur, de préférence au moyen d'un râcloir pro- filé tournant. Ceci présente cependant l'inconvénient que les granulés conservent leur structure en vrac meuble et que le profil formé n'est pas stable, ce qui fait appa reître des difficultés lors du moulage d'angles plus aigus. En outre, on ne peut former de façon avantageuse que des moules ronds. Suivant la demande de brevet allemand publiée sous le nO 2.657.993, dans le but de former un pré-profil, on remplit complètement un espace creux, formé une fois qu'on a positionné les deux poinçons par des granulés qui tombent en chute libre, puis on effectue un pré-compactage de façon statique au moyen d'un poinçon qui descend et le moulage se fait isostatiquement par amenée d'un agent sous pression derrière une membrane élastique de l'autre poin çon. Ceci a lieu cependant dans un cadre en matériau rigide entourant les deux poinçons et le profil en granulés, ce qui fait naitre des tensions dans la vaisselle plate formée entre les deux poinçons, et peut conduire à des fissures lors de la relaxation élastique de la vaisselle plate dès la suppression de la pression. Dans Le dispositif proposé, on part d'un état de la technique, par exemple tel qu'il est décrit dans la demande de brevet allemand publiée sous le nO 2.637.231. Elle décrit une presse pour le moulage par compression de poudre céramique sous la forme de pots possédant un fond et une paroi latérale qui y est sensiblement perpendiculaire. La presse est constituée par un poinçon supérieur rigide destiné à former le fond, une membrane élastique formant le moule intérieur et pouvant etre chargée par un agent sous pression, et une enveloppe en matière élastique déformable qui peut etre misê sous pression vers l'intérieur par un dispositif. Cet agencement permet avant tout d'éliminer les difficultés apparaissant lors du moulage de corps en forme de pots.Cette presse présente cependant l'inconvénient qu'elle ne permet pas de fabriquer des corps en céramique qui présentent sur leur face inférieure des parties profilées spéciales, telles qu'elles existent par exemple dans des pièces de vaisselle. Par suite du moulage de la face inférieure de la pièce moulée au moyen de la matrice en acier du poinçon supérieur, il apparaît, en raison de la relaxation élastique de la pièce moulée après la suppression de la pression sur la membrane élastique, le danger de formation de fissures sur les parties profilées de la face inférieure de la pièce moulée. La demande de brevet allemand publiée sous le nO 2.515.286 décrit une presse pour le moulage à sec d'assiettes et de pièces semblables, dans laquelle le poinçon supérieur formant la face inférieure de la pièce moulée est subdivisé en un poinçon annulaire intérieur et un poinçon annulaire extérieur, à llextérieur de la zone du pied de la pièce moulée. Le poinçon supérieur est recouvert par un matériau élastomère et permet un compactage quasi-isostatique de la poudre de moulage. Cette demande de brevet a pour but de fournir une presse qui permet d'obtenir une répartition correspondant au profil de la quantité de matériau sur la section transversale de la pièce moulée (également dans la région du pied) en tenant compte de l'angle de déversement de la masse céramique en poudre introduite, et d'obtenir de ce fait pour la pièce moulée un compactage presque uniforme sur toute sa section transversale. La répartition du matériau se fait au moyen d'un gabarit. Cette solution ne permet cependant que la fabrication d'objets en céramique possédant une partie marginale relativement plate, étant donné que dans le cas de corps en forme de pots, le poinçon supérieur recouvert par un matériau élastomère ne permet pas d'obtenir un compactage uniforme des granulés céramiques sur la section transversale de la pièce moulée. En outre, par suite du déplacement de profil du matériau élastomère du poinçon supé- rieur lors du processus de moulage ainsi que lors de la relaxation élastique de la pièce moulée soumise sur sa périphérie à des contraintes exercées par l'enveloppe de la matrice en acier lors de la suppression de la pression, des fissures peuvent se former dans cette pièce moulée. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif qui ne présentent pas les incon vénients des solutions techniques connues. La présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif pour le moulage isostatique d'objets en céramique, qui permettent la fabrication d'objets en céramique de toutes les formes avec un compactage uniforme sur toute la section transversale de la pièce moulée et qui évitent l'apparition de contraintes dans la pièce moulée par suite des forces antagonistes libérées dans la pièce moulée lorsque la pression est supprimée de la membrane élastique. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait qu'une quantité dosée de granulés est mise sous la forme d'une pièce profilée en granulés, entre un poinçon inférieur et un poinçon supérieur, qui se présente de préférence sous la forme d'un poinçon élastomère ou-isostatique, en utilisant des-vibrations ou l'action de la chute libre, et est pré-comprimée au moins jusqu'à l'obtention d'une résistance suffisante pour le transport et au maximum jusqu'à l'apparition d'une relaxation élastique nominale, et est ensuite compactée isostatiquement, en étant fixée ou placée sur le poinçon inférieur, entre ce poin çon et un second poinçon isostatique, jusqu'à l'obtention de la résistance finale nécessaire. Lorsqu'on utilise des vibrations pour la formation de la pièce profilée, lors du compactage final, on peut utiliser des poinçons non subdivisés même sans chassis autour du moule, étant donné que la pièce profilée en granulés formée dans l'outil de précompression est déjà solide et que les granulés ne peuvent plus s'en échapper. On obtient de ce fait une pièce moulée plus propre- que dans le cas d'un poinçon subdivisé, étant donné que les bavures apparaissant avec un agencement subdivise n'existent plus. En outre, le dispositif pour former la pièce profilée peut être réalisé avec un poids nettement plus faible, étant donné qu'en raison de la pression préalable faible, il n'est soumis qu'à des forces faibles. Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif présentant la constitution suivante. Le poinçon supérieur, qui forme la face inférieure ou respectivement la face extérieure de la pièce moulée, se présente sous la forme d'un poinçon isostatique et est constitué par un poinçon annulaire extérieur et un poinçon annulaire intérieur. Aussi bien, le poinçon isostatique intérieur que l'extérieur comprennent respectivement une membrane élastique qui peut etre chargée par un agent sous pression et un corps de soutien de stabilisation du profil qui est disposé derrière et qui soit est muni de canaux, soit est constitué par un matériau solide poreux laissant passer l'agent sous pression, soit se présente sous la forme d'un corps creux.Le poinçon isostatique extérieur est placé, par l'intermédiaire d'un système agissant indépendamment du poinçon isostatique intérieur, à l'extérieur du contour de la pièce moulée, sur le bord du poinçon en acier inférieur formant la face intérieure de la pièce moulée. La subdivision du poinçon isostatique supérieur en un poinçon isostatique annulaire extérieur et un poinçon isostatique intérieur est effectuée de préférence au milieu du pied de la pièce moulée. Après le dosage du granulé céramique, par exemple pat l'intermédiaire d'un dispositif de remplissage pivotant connu, le poinçon isostatique intérieur est abaissé et, pour répartir uniformément le granulé céramique sur la section transversale de la pièce moulée, les poinçons supérieur et inférieur sont soumis simultanément à des vibrations. A cet effet, les poinçons supérieur et inférieur sont fixés sur des plaques vibrantes, qui peuvent entrer en vibration et qui sont couplées, par l'intermédiaire d'éléments élastiques, au montant inférieur ou respectivement à la traverse. La formation par vibration de la pièce profilée peut en outre s'effectuer au choix uniquement en faisant vibrer le poinçon rigide du dispositif de moulage, à l'aide d'un système oscillant qui y est fixé ou en communiquant des oscillations à la membrane élastique du poinçon isostatique par l'intermédiaire de l'agent sous pression.Après la formation par vibration de la pièce profilée, les membranes élastiques des poinçons isostati ques intérieur et extérieur sont chargées par un agent sous pression, simultanément ou l'une après l'autre, par l'intermédiaire d'un générateur de pression commun ou distinct pour chaque membrane, pour compacter uniformément le granulé céramique pour obtenir une pièce moulée. Une fois que la membrane élastique des poinçons isostatiques intérieur et extérieur a été déchargée de la pression, le poinçon supérieur subdivisé est relevé dans sa position initiale. Ensuite, le poinçon inférieur sur lequel se trouve la pièce profilée en granulés est amené à un second poinçon isostatique pour terminer le pressage. Grâce à l'obtention d'une pièce profilée en granulés de forme relativement stable, on peut supprimer dans le second poinçon isostatique les corps de soutien et les élé- ments de soutien entre autres, de sorte que celui-ci est constitué uniquement par un châssis avec une plaque de base et une membrane élastique tendue derrière laquelle on peut amener un agent sous pression. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif représenté aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une demi-vue en coupe du dispositif de moulage dans la position de dosage et respective- ment dans la position où il se trouve une fois que la mise en forme de la pièce profilée par vibration est terminée - la figure 2 est une demi-vue en coupe du dispositif de moulage de la figure 1 dans la position finale du moulage et respectivement dans la position où il se trouve à la fin du processus de moulage, le poinçon isostatique étant relevé ; et - la figure 3 est une vue en coupe du poinçon supérieur principal. Sur la figure 1, une plaque vibrante 21 est suspendue, au moyen de ressorts de traction 23, sur une traverse 24, et cette plaque est écartée de la traverse 24 dans une position où elle vibre, par des ressorts de pression 22. Le poinçon isostatique intérieur 19 est fixé sur la plaque vibrante 21. Il est constitué par un guidage cylindrique sur la face frontale inférieure duquel le bord périphérique, de constitution spéciale, de la membrane intérieure 9 est fixé au moyen du corps de soutien intérieur 11 servant à stabiliser le profil. Le poinçon isostatique intérieur 1 9 peut être soulevé dans une position de dosage, par l'intermédiaire de la traverse 24 et d'un vérin de travail non représenté, et être abaissé dans une position de mise en forme de la pièce profilée et de pressage. Le poinçon isostatique extérieur 20 muni d'un corps de guidage 13 est agencé de manière à pouvoir se déplacer axialement sur le poinçon isostatique intérieur 19. Le corps de guidage 13 peut être abaissé dans une position de dosage et de pressage et être relevé dans une position d'enlèvement de l'ébauche, au moyen des vérins de travail 14 qui sont fixés sur la plaque vibrante inférieure 2. Sur le corps de guidage 13 est montée une plaque de fixation 15 sur laquelle les deux bords périphériques, de constitution spéciale, de la membrane élastique extérieure 8 sont fixés, au moyen du corps de soutien extérieur 10 pour stabiliser le profil et du chassis 12 du poinçon supérieur. Un système à vibrations, non représenté, est disposé sur la plaque vibrante inférieure 2 pour la mise en forme par vibration de la pièce profilée. Une fois que le piston isostatique extérieur 20 a été abaissé, par les vérins de travail 14, de façon suffisante pour que le chassis 12 du poinçon supérieui et la partie inférieure de la membrane extérieure 8 s'appuient sur le poinçon inférieur 4, le dosage du granulé céramique 5 est effectué au moyen de dispositifs de dosage pivotants connus non représentés. Le granulé peut par exemple être constitué par de la porcelaine à vaisselle comportant 50 % d'argile, 25 % de quartz et 25 % de feldspath, possédant une grosseur de grains de 150 , et une humidité de 5 %. Ensuite, le piston isostatique intérieur 19 est abaissé, en faisant vibrer simultanément tout le dispositif, jusqu'à ce que son bord périphérique repose sur la plaque de fixation 15 du poinçon isostatique extérieur 20. La vibration met le granulé céramique 5 dans un état fluide. Par suite de la répartition uniforme du granulé céramique, la pièce profilée en granulé 6, dont la forme correspond à celle de l'ébauche, se forme entre les membranes élastiques 8 et 9 du poinçon inférieur 4. La vibration est arrêtée une fois que le poinçon isostatique intérieur 19 s'est posé sur la plaque de fixation 15 du poinçon isostatique extérieur 20. Ensuite, les poinçons isostatiques extérieur et intérieur 20 et 19 sont abaissés jusqu'à ce que la plaque vibrante inférieure 2 s'appuie sur le plateau 1 et que la plaque vibrante supérieure 21 s'appuie sur la traverse 24. Par l'intermédiaire de la conduite 18 d'agent sous pression et des canaux d'amenée 16 et 17 d'agent sous pression, les membranes intérieure et extérieure 9 et 8 reçoivent un agent sous pression, simultanément ou l'une après l'autre, par l'intermédiaire d'un générateur de pression soit commun, soit distinct pour chaque membrane, non représenté. De ce fait, la pièce profilée en granulé 6 est pré-compactée uniformément sur toute sa section transversale avec une pression de 1,3 à 1,5 MPa.Une fois que l'on a supprimé l'application de l'agent sous pression sur les membranes intérieure et extérieure 9 et 8, le poinçon isostatique intérieur 19 et le poinçon isostatique extérieur 20 sont relevés. L'ébauche 7 se trouvant sur le poinçon inférieur 4 est transporté avec celui-ci dans la presse principale et le moulage isostat'que y est terminé avec une pression de 40 à 50 MPa. Le poinçon supérieur de la presse principale est constitué par un châssis 25 de matrice comportant une plaque de base 26 et une membrane élastique 27 tendue sur celle-ci et à l'arrière de laquelle peut être amené un agent sous pression. Ensuite, l'ébauche est entrainée dans les postes technologiques suivants. La solution suivant l'invention décrite à l'aide d'un mode de réalisation préféré permet, à l'opposé des autres propositions connues caractérisant l'état de la technique, de fabriquer des objets en céramique, notamment des objets présentant un contour extérieur raide, qui présentent un compactage uniforme sur toute la section transversale. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVEBICATIONS 1. Procédé pour le moulage isostatique d'objets en céramique, notamment d'articles en céramique de toutes les formes en porcelaine et en autres matériaux céramiques, suivant lequel on forme une pièce profilée en granulé,puis on la presse isostatiquement, caractérisé en ce qu'une quantité dosée de granulés est pré-comprimée, entre un poinçon inférieur et un poinçon supérieur, pour former une pièce profilée, jusqu'à obtenir une résistance suffisante pour le transport et jusqu'à l'apparition de la relaxation élastique de l'ébauche, et est, ensuite, compactée isostatiquement en étant posée ou fixée sur le poinçon inférieur, entre celui-ci et un second poinçon isostatique supérieur, jusqu'à obtenir la résistance finale nécessaire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le granulé servant à former la pièce profilée entre le poinçon inférieur et le poinçon supérieur de précompression est rendu fluide pendant que ces deux poinçons sont rapprochés, par communication d'oscillations. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le granulé servant à former la pièce profilée entre le poinçon inférieur et le poinçon supérieur de pré-compression arrive dans l'espace creux déterminé par la position des deux poinçons sous l'effet de la chute libre. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le poinçon supérieur de précompression est en matériau élastomère 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracLérisé en ce que le poinçon supérieur de précompression est constitué par un matériau rigide. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une-quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le poinçon isostatique supérieur est formé par un poinçon isostatique annulaire extérieur (20) constitué par une membrane élastique (8) pouvant être chargée par un agent .sous pression comprenant une partie formant-membrane reposant sur le bord du poinçon inférieur (4), disposée à l'extérieur de l'ébauche (7) et compactant celle-ci à partir de l'extérieur, et un corps de soutien (10) servant à stabiliser le profilé et se trouvant derrière, et par un poinçon isostatique intérieur (19) constitué par une membrane élastique (9) pouvant être chargée par un agent sous pression et un corps de soutien (11) servant à stabiliser le profil et se trouvant derrière, la subdivision des deux poinçons isostatiques (19, 20) se trouvant de préférence au milieu du pied de l'ébauche. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les corps de soutien (10, 11) servant à stabiliser le profil sont munis de canaux (16, 17), qui communiquent avec un générateur de pression, pour envoyer un agent sous pression aux membranes élastiques (8, 9). 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les corps de soutien (10, 11) servant à stabiliser le profil sont constitués par un matériau poreux laissant passer l'agent sous pression 9. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les corps de soutien (10, 11) se présentent sous la forme de corps perforés. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le poinçon inférieur (4) ainsi que les poinçons isostatiques intérieur et extérieur (19, 20) peuvent être mis en oscillation au moyen d'un système oscillant. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les membranes (8, 9) des poinçons isostatiques intérieur et extérieur (19, 20) reçoivent l'agent sous pression de façon indépendante. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les membranes (8, 9) des poinçons isostatiques intérieur et extérieur (19, 20) reçoivent simultanément l'agent sous pression. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9 ou 11 et 12, caractérisé en ce que les membranes élastiques (8, 9).des poinçons isostatiques (19, 20) sont mis en oscillation par i'agent sous pression. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9 ou 11 et 12, caractérisé en ce que seul le poinçon inférieur (4) du dispositif de pressage est mis en oscillation par un système oscillant. 15. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un second poinçon isostatique qui est constitué uniquement par un châssis (25) de matrice avec une plaque de base (26) sur laquelle est tendue une membrane élastique (27).