Brevet FR2509658A2 — publié le 19830121

FR 2509658 A2 19830121 FR 8212689 A 19820715 PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES MOULEES A PARTIR DE COM- POSES APTES A S'ECOULER ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces moulées à partir de composés aptes à s'écouler (matériaux céramiques oxydés, tels qu'une porcelaine) Selon ce procédé on crée une dépression dans une chambre d'injection formée entre un outil de moulage à compression isostatique et une tête d'injection Le composé apte à s'écouler se fluidifie et est attiré par un orifice d'admission dans la tête d'injection se trou- vant dans la chambre d'injection Une fois la chambre remplie, le composé est soumis à une compression isos- tatique tandis que la dépression est maintenue au moins pendant la phase initiale de l'opération de compression. L 9 invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Un procédé similaire est décrit dans la demande de brevet français 81 Ol 653 Il est prévu, dans cette demande, après formation de pièce précompressée, préfor- mée dans la chambre d'injection, d'élever la tête d'in- jection depuis le moule à compression isostatique et la pièce préformée est maintenue dans le moule Ensuite, afin d'effectuer la compression finale, un demi-moule su- parieur est déplacé en direction opposée de l'outil de compression isostatique et le futur objet à mouler est enfin comprimé entre l'outil de compression isostatique et le demi-moule supérieur. Le procédé décrit dans la demande de brevet ci-avant mentionnée s'est révélé très satisfaisant dans l'essentiel On a pourtant constaté que, quand on effe- tue la compression en deux étapes, la première étape étant effectuée dans la chambre de compression définie par l'outil de compression isostatique et la tête d'injection, et la deuxième étape étant effectuée entre l'outil de com- pression isostatique et le demi-moule supérieur, on aug- mente la durée totale du cycle d'obtention de 1 ' article moulé ce qui pose un problème quant à l'aspect économique de l'opération De plus, et spécialement quand il s'agit de fabrication de pièces moulées en forme de récipients avec un bord important, on peut craindre un affaissement de ce bord quand on enlève la tête d'injection de la pièce incomplatement formée Dans ce procédé, il est également possible que, selon le taux de compression entre l'outil de compression isostatique et la tête d'injection, il se produise, dans la pièce préformée,des inclusions d'air quand on relève la tête d'injection et que l'on place ensuite l'outil supérieur sur la préforme restant dans l'outil de compression isostatique, ce qui serait préjudiciable à la qualité du produit fini et conduirait à des rebuts. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant d'effectuer la compression défi- nitive de la pièce moulée sans risque d'inclusion d'air, la durée totale du cycle de travail étant réduit, tout risque d'affaissement des bords importants quand on re- lève la tête d'injection étant éliminé Selon l'invention, il est prévu dans la tête d'injection se trouvant dans la chambre d'injection, un orifice d'entrée du produit puis, quand cet orifice est fermé, une fois la chambre remplie de produit, la sur- face au travers de laquelle est formée l'ouverture de- vient une surface ininterrompue, la pièce moulée étant finalement soumise à compression à l'intérieur de la cham- bre d'injection. On a pu déterminer, de façon surprenante, qu'il était possible, malgré les pressions très élevées (par ex. 300 x 105 Pa), appliquées pendant l'étape finale de compression, de fermer l'orifice d'entrée dans la chambre d'injection de façon assez précise pour qu'il ne se forme, sur la pièce moulée, que des marques insignifiantes, et que ces marques peuvent être éliminées sans action ulté- rieure de compression par un simple nettoyage. Ceci est d'autant plus étonnant que l'orifice d'entr 6 e du produit doit, en raison même de la conception de l'outil, être placé dans la tête d'injection, c'est-à- dire sur le côté dela pièce moulée à l'opposé de l'outil de moulage par compression isostatique En particulier quand il s'agit de fabriquer de la vaisselle, c'est la partie inférieure de l'article, avec son profil très caractéristique, qui doit être placé contre l'outil de compression isostatique Ceci signifie donc que l'orifice d'entrée viendra reposer sur la face lisse et visible de la pièce moulée,là o les marques sont tout spécialement redoutées. Dans le procédé selon l'invention, puisque la tête d'injection et l'outil de compression isostatique restent en prise continue jusqu'à compression finale de la pièce moulée, il ne faut pas rompre le vide (ou la dépression)créé dans la chambre d'injection avant que la pièce moulée ait atteint, par compression, une épais- seur telle qu'il n'y ait plus à redouter d'inclusions d'air. Selon le type de pièce moulée que l'on veut fabriquer, il peut être intéressant de faire précéder la compression isostatique par une compression mécanique. Cette compression mécanique peut être effectuée par un ou plusieurs déplacements mutuels de la surface moulante de la tête d'injection et de l'outil de compression iso- statique. L'invention a également pour objet un dispo- sitif pour la fabrication de pièces moulées qui comporte un outil de compression isostatique et une tête d'injec- tion formant au moins une ouverture d'aspiration et au moins un orifice de chargement sur la chambre d'injection. Dans le dispositif décrit dans la demande de brevet français 81 01 653 on ne peut s'attendre à aucune sollicitation mécanique spéciale sur la tête d'injection (pour une post-compression avec un demi-moule supérieur spécial) puisqu'en règle générale, il suffit d'appliquer des pressions relativement faibles pour la précompression. En outre, dans la demande de brevet mentionnée ci-avant il n'existe pas, sur l'orifice de chargement du produit, de dispositif spécial d'obturation puisque l'égalisa- tion de la surface de la pièce peut être obtenue dans la compression finale entre le demi-moule supérieur et l'ou- til de compression isostatique. Dans le dispositif selon la présente invention, par contre, la tête d'injection est prévue pour permettre d'effectuer la compression finale de l'article moulé à des pressions très élevées (par ex de 300 x 105 Pa) De plus, on adjoint à l'orifice de chargement un obturateur qui, en position d'obturation, se trouve pratiquement au ni- veau de la paroi de la chambre d'injection entourant l'ori- fice de chargement. Il n'était pas facilement prévisible de pouvoir réaliser la tête d'injection, déjà affaiblie par l'orifice de chargement, de telle sorte qu'elle puisse supporter les pressions très élevées maintenues lors de l'étape finale de compressionceci d'autant plus qu'il fallait s'attendre à rencontrer des points spécialement critiques et haute- ment sollicités du fait de la mise en place et du guidage de la pièce d'obturation. Pour être sûr que la pièce d'obturation conserve la place convenable en position de fermeture, on peut pré- voir, sur la pièce d'obturation, une surface support qui repose sur une surface-support opposée sur la tête d'in- jection, quand elle est en position fermée. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, l'outil de compression isostatique est muni d'une cuvette isostatique; un plateau-support est placé dans cette cu- vette et une membrane de compression est placée sur une surface de moulage sur le plateau-support Le bord de la membrane est étroitement lié au bord de la cuvette. On applique un milieu sous pression entre la membrane de compression et le plateau-support La tête d'injection est de plus équipée d'un anneau d'obturation prévu pour reposer sur le bord de la membrane; un poinçon est prévu dans l'anneau d'obturation, l'orifice de charge- ment traversant le poinçon. L'orifice d'aspiration dans la chambre d'in- jection peut être formé, au moins partiellement, par une chambre annulaire située entrel'anneau d'obturation et le poinçon et être raccordé à une source de vide par un tuyau d'aspiration traversant l'anneau d'obturation. Pour exercer une précompression mécanique, le poinçon peut être déplacé par rapport à l'anneau d'obturation et/ou le plateau-support par rapport à la cuvette isostatique. La commande de la pièce d'obturation peut être automatisée par exemple en utilisant un dispositif de commande pour la déplacer entre une position ouverte et une position fermée selon le cycle de fonctionnement du dispositif. On peut résoudre le problème du logement de la pièce d'obturation et de l'orifice de chargement à l'in- térieur de la tête d'injection en faisant passer un ar- bre de commande par un alésage ménagé dans la tête d'in- jection L'alésage peut s'élargir pour former une cham- bre annulaire adjacente à l'orifice de chargement dans la chambre d'injection Une conduite de chargement du produit fluidisé apte à s'écouler arrive latéralement dans cette chambre annulaire. Selon une forme d'exécution préférentielle, l'outil de compression isostatique est utilisé comme demi- moule inférieur et la tête d'injection comme demi-moule supérieur L'orifice de chargement est disposé le plus près possible du centre de la chambre d'injection. L'invention est également applicable à ce que l'on appelle les presses de moulage "suspendues" dans lesquels les outile de moulage vont et viennent en di- rection horizontale. La présente invention sera mieux comprise d'ailleurs et ses avantages ressortiront bien dé la des- cription qui suit d'une forme d'exécution du dispositif selon l'invention, en référence au dessin schématique annexé dans lequel: - Figure 1 est une vue en coupe du dispositif selon l'invention, en position "ouvert"; Figure 2 est une vue similaire à figure 1, le dispositif étant en position "fermé". Sur les figures ( 10) désigne une cuvette iso- statique à l'intérieur de laquelle est formée une cham- bre de compression ( 12) Un plateau-support fixe ( 14) est placé dans la chambre de compression ( 12) Le pla- teau-support ( 14) présente sur sa face supérieure, une surface de moulage ( 16) Une membrane de compression ( 18) réalisée en un matériau élastiquement déformable est placée sur la surface de moulage ( 16) de façon à s'y adapter Le bord périphérique ( 20) de la membrane de compression ( 18) est profil& de telle sorte qu'il passe sur le bord du plateau-support ( 14) et soit fixé sur le bord supérieur opposé ( 24) de la cuvette isostatique ( 10) par un anneau de fixation ( 22) Une canalisation ( 26) de fluide à pression hydraulique élevée est connectée à la chambre de compression ( 12) de façon à pouvoir ame- ner, dans ladite chambre de compression, un fluide sous pression élevéetel qu'une huile hydraulique La pression de ce fluide se répartit par les perforations ( 28) dans le plateau-support ( 14) contre la face inférieure de la membrane de compression ( 18) afin de comprimer celle-ci vers le haut lors de la compression isostatique. L'outil de compression isostatique ( 10) coo- père avec une tête d'injection ( 30) placée au-dessus de l'outil de moulage La tête d'injection ( 30) comporte un plateau de pression supérieure ( 36), un plateau inter- médiaire ( 38) étant fixé sur le face inférieure du plateau de pression Un anneau d'obturation ( 32) déplaçable axia- lement est supporté par le plateau intermédiaire La dis- tance maximum entre l'anneau d'obturation ( 32) et le plateau intermédiaire ( 38) est déterminée par un ensemble tube-écrou ( 34) A l'intérieur de l'anneau d'obturation ( 32) est disposé, sur le plateau intermédiaire ( 38) un poinçon ( 40) dont la face inférieure présente une sur- face de moulage ( 42) Un orifice d'amenée ( 44) est mé- nagé dans la surface de moulage ( 42) L'ouverture d'ame- née ( 44) forme une sortie pour une chambre annulaire ( 46) située à l'intérieur du poinçon ( 40) La chambre annu- laire ( 46) est reliée à une conduite de chargement de pro- duit ( 48) passant par le plateau intermédiaire ( 38) et le poinçon ( 40) La conduite de chargement ( 48) relie la chambre annulaire ( 46) avec un réservoir de chargement ( 50) L'orifice de chargement ( 44) comporte une pièce d'obturation ( 52), élargie tronconiquement vers le bas. La surface-support ( 54) formée par la surface troncon- nique de la pièce d'obturation ( 52) repose contre une surface-support de même forme ( 56) dans le poinçon ( 40) encerclant l'orifice de chargement ( 44) Comme on le voit à la figure 1, en position fermée, la partie infé- rieure de la pièce d'obturation ( 52) est à niveau, ou continue la surface de moulage ( 42) formée par le poinçon ( 40). La pièce d'obturation ( 52) comporte un axe ( 58) qui traverse un alésage ( 60) du poinçon ( 40) et du pla- teau intermédiaire ( 38) En position fermée, elle est serrée vers le haut par un ressort hélicoïdal ( 62) si- tué à l'intérieur de l'alésage ( 60) dans la zone du plateau intermédiaire ( 38) Un dispositif de réglage ( 64) permet de faire passer la pièce d'obturation ( 52) de la position fermée de la figure 1 à la position ouverte de la figure 2 Le dispositif de réglage ( 64) travaille en liaison avec le cycle de travail du dispositif. Un anneau de séparation ( 66) est défini entre la surface intérieure de l'anneau d'obturation ( 32) et la surface extérieure du poinçon ( 40) Il débouche dans la chambre d'injection définie entre la surface de mou- lage ( 42) et la membrane de compression ( 18) L'anneau de séparation ( 66) est raccordé à une conduite de vide ( 70) traversant l'anneau d'obturation et à une source de vide ( 72) extérieure à l'anneau d'obturation Une valve ( 74) contrôlée par le cycle de travail du dispositif est placée sur la conduite ( 70). Une conduite d'air de fluidisation ( 76) se prolonge à travers la tête d'injection ( 30) dans la conduite de chargement ( 48) Une valve ( 78), contrôlée par le cycle de travail du dispositif est placée sur la conduite ( 76) de telle sorte que cette conduite puisse être reliée à l'atmosphère ou à un récipient sous pres- sion ( 80) La marche du procédé de fabrication d'une masse moulée avec le dispositif décrit ci-avant va maintenant être expliquée. La tête d'injection ( 30) se trouver tout d'abord dans la position haute de la figure 1 Elle s'abaisse ensuite, en liaison avec le cycle de travail du dispositif, sur l'outil de compression isostatique ( 10) dans la position représentée à la figure 2 Quand la tête d'injection ( 30) est abaissée, l'anneau d'ob- turation ( 32) vient tout d'abord au contact du bord pro- filé ( 20) de la membrane de compression ( 18) et de l'anneau de fixation Puis l'anneau d'obturation ( 32) vient au contact du plateau intermédiaire ( 38) et la -surface de moulage ( 42) atteint enfin la position ter- minale représentée à la figure 2 La pression agissant sur le plateau de pression ( 30) est tout d'abord seu- lement supportée par l'anneau support ( 22), par l'an- neau d'obturation ( 32) A ce moment, la chambre d'in- jection ( 68) est fermée Par ouverture de la valve ( 74) la chambre d'injection ( 68) est mise sous vide Il est déjà possible d'appliquer le vide pendant le processus de descente de la tête d'injection vers l'outil de moulage ( 10) Une fois le vide crée dans la chambre- d'injection ( 68),ou déjà pendant la création du vide, la pièce d'obturation ( 52) estpoussée vers le bas par le dispositif de commande ( 64) dans la position d'ou- verture représentée à la figure 2 Du fait du vide crée dans la chambre d'injection ( 68) la matière à mouler 250965 E est aspirée à partir du réservoir ( 50) la contenant par la tuyauterie ( 48) dans la chambre annulaire ( 46) autour de l'axe ( 58) puis, grâce à l'ouverture de chargement, dans ladite chambre d'injection ( 68) Pour plus de dé- tails sur cette opération de chargement on pourra se reporter aux indications données dans la demande de brevet français 81 Ol 653 Comme produit de départ, on utilisera de préférence de la porcelaine granulée S 6- chée par pulvérisation L'aspiration à l'intérieur de la chambre d'injection ( 68) se produit au début de l'opération de remplissage ce qui évite toute accumu- lation de produit dans l'espace annulaire ( 66) de la chambre d'injection ( 68) Ces accumulations de produit pourraient être un obstacle à l'action ultérieure d'as- piration dans la chambre d'injection Sous l'action de l'air fluidisé amené par la conduite ( 76) le produit fluidisé s'écoule dans la chambre d'injection assurant ainsi une distribution uniforme des granulés dans toute ladite chambre. Une fois la chambre d'injection remplie, la pièce d'obturation( 52) est levée, en position d'obtu- ration, et la partie tronconique ( 54) porte sur la par- tie tronconique ( 56), juxtaposée, sur le poinçon ( 40). La surface de la pièce d'obturation ( 52) faisant face à la chambre d'injection ( 68) forme une surface continue avec la surface de moulage ( 42) adjacente à l'orifice de chargement ( 44) et, quoi que cet orifice ( 44) soit fermé, le vide subsiste à l'intérieur de la chambre d'injection Le fluide sous pression élevée est alors admis, par la conduite ( 26), entre la membrane de com- pression ( 18) et la surface de moulage ( 16); la mem- brane de compression ( 18) se déplace vers le haut et exer- ce sur le produit à mouler, une pression d'environ 300 bars Etant donné que, depuis le début du chargement du produit dans la chambre d'injection ( 68) celle-ci est mise sous vide, on ne risque pas d'inclusion d'air dans la pièce moulée. Une fois le processus de compression isostatique terminé, on coupe la communication entre la chambre d'injection ( 68) et le générateur de vide ( 72) La tête d'injection peut alors être levée et placée sur le côté la pièce moulée peut être sortie de l'outil de compres- sion isostatique pour procéder aux traitements ultérieurs. Il est possible qu'apparaissetde légères marques à l'en- droit de l'orifice de chargement ( 44) mais celle-ci peuvent être facilement éliminées De toute façon il n'est jamais nécessaire d'entreprendre une autre compression. Il est aussi possible d'effectuer une précompres- sion mécanique avant la compression isostatique On peut le faire par exemple, pendant le processus de chargement, alors que l'anneau d'obturation ( 32) est complètement abaissé et placé en position d'obturation sur le bord profilé ( 20) de la membrane de compression ( 18) mais que. le poinçon ( 40) n'est pas complètement abaissé, de sorte que la chambre d'injection ( 68) ait un volume plus im- portant pendant le chargement qu'après abaissement du poinçon L'abaissement subséquent du poinçon occasion- nera une précompression La suite des opérations peut être contrôlée par exemple à l'aide d'un ressort disposé entre l'anneau d'obturation ( 32) et le plateau inter- médiaire ( 38); la pression agissant sur le plateau ( 38) est réglée, dans le processus de chargement, pour que le ressort ne soit pas totalement comprimé mais qu'il le soit seulement quand le poinçon est abaissé à fond, pour l'opération de compression. Il serait concevable, par ailleurs, d'insérer entre la cuvette isostatique ( 10) et le plateau-support ( 14) un moteur de sorte que le plateau-support ( 14) soit pressé contre la membrane ( 18) afin d'exercer une pré- compression. 250965 E il REVENDICATIONS - 1. Procédé de fabrication de pièces moulées à partir d'un composé apte à s'écouler tel qu'un composé céramique oxydé comme la porcelaine selon lequel on forme une chambre d'injection entre une tête d'injection et un outil de moulage par compression isostatique et qui com- porte les étapes de fluidisation du produit à mouler, la création de vide dans la chambre d'injection puis l'utili- sation de ce vide pour aspirer le produit et en remplir la chambre d'injection, suivie d'une compression isostatique du produit dans la chambre d'injection, le vide étant main- tenu pendant au moins la phase initiale de l'étape de com- pression selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le produit dans la chambre d'injection par l'intermédiaire d'un ori- fice ( 44) susceptible d'être fermé, à fermer cet orifice ( 44) une fois la chambre d'injection ( 68) remplie de telle façon que, en position fermée, la surface ( 52) de l'ori- fice forme une surface continue avec celle ( 42) de la chambre d'injection s'adaptant à la forme de la pièce for- mée puis à exercer une compression finale sur la pièce moulée dans la chambre d'injection. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte avant l'étape de compression isosta- tique, une étape de précompression mécanique de la pièce moulée par déplacement réciproque d'au moins l'une des surfaces de moulage ( 42, 16) de la tête d'injection et de l'outil de compression isostatique. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ' selon les revendications 1 et 2 comportant un outil de compression isostatique ( 10) et une tête d'injection ( 30) équipé d'au moins un orifice d'aspiration d'air et au moins un orifice de chargement ( 44) dans la chambre d'injection, caractérisé en ce que la tête d'injection( 30) est susceptible d'effectuer la compression finale de la pièce formée sous une pression se situant autour de 300 x 105 Pa, et en ce que l'orifice de chargement ( 44) est muni d'une pièce d'obturation ( 52) qui, en position de fermeture est pratiquement au même niveau que la paroi adjacente ( 42) de la tête d'injection entourant l'orifice de chargement ( 44). 4 Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la pièce d'obturation ( 52) et sa surface support ( 54) repose, en position de fermeture, sur une surface complémentaire ( 56) de la tête d'injection ( 30) opposée à la chambre d'injection ( 68). 5 Dispositif selon la revendication 3 ou la re- vendication 4, caractérisé en ce que l'outil de compression isostatique comporte une cuvette isostatique ( 10), une membrane de compression ( 18) placée sur une surface de moulage ( 16) du plateau ( 14) le bord ( 20) de ladite mem- brane étant étroitement fixé au bord ( 24) de la cuvette ainsi qu'une arrivée de moyen sous pression ( 26, 28) au dos de ladite membrane ( 18) et en ce que la tête d'in- jection ( 30) comporte un anneau d'obturation ( 32) prévu pour être placé sur le bord ( 20) de la membrane et, à l'intérieur de cet anneau d'obturation, un poinçon ( 40) avec l'orifice ( 44) de chargement du produit. 6 Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'orifice d'aspiration d'air est formé, au moins partiellement d'un anneau de séparation ( 66) entre l'anneau d'obturation ( 32) et le poinçon ( 40) et est ob- turé par une conduite ( 70) dans l'anneau d'obturation ( 32) raccordée à une source de vide ( 72). 7 Dispositif selon la revendication 5 ou la re- vendication 6, caractérisé en ce que le poinçon ( 40) est réglable par l'anneau d'obturation ( 32) et/ou le plateau- support ( 14) par rapport à la cuvette de compression ( 10) et peut ainsi exercer une précompression mécanique. 8 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 3 à 7, caractérisé en ce que la pièce d'obtu- ration ( 52) est réglable entre la position "ouvert" et la position "fermé" par un dispositif de contrôle ( 64) en liaison avec le cycle de travail de l'installation. 9 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 3 & 8, caractérisé en ce que la pièce d'obtu- ration ( 52) comporte un axe & manoeuvre ( 58) qui tra- verse un alésage ( 60) de la tête d'injection ( 30) et en ce que cet alésage est élargi au voisinage de l'orifice de chargement ( 44) en une chambre annulaire ( 46) sur un côté de laquelle arrive une conduite de chargement ( 48).