Brevet FR2558767A1 — publié le 19850802

Fourreau composite à plusieurs lobes pour une machine de traitement à plusieurs vis L'invention a pour objet un fourreau à plusieurs lobes pour une machine de traitement de matières à plusieurs vis parallèles. Les machines de traitement de matières, et en particulier les ex- trudeuses, comprennent plusieurs vis parallèles ayant des filets dont le pas peut varier le long de l'axe et qui pénètrent l'une dans l'autre de façon à entrainer la matière le long des filets par la rotation des vis. A cet effet, les vis sont placées à l'intérieur d'un fourreau à plusieurs lobes, chaque lobe ayant une paroi interne cylindrique enveloppant une vis sur la partie de la périphérie de celle-ci extérieure à la zone de pénétra- tion. Pour contrôler les conditions d'avancement de la matière dans les vis, il est généralement nécessaire que le jeu existant entre la périphérie de la vis et la paroi interne du fourreau soit aussi faible que possible. C'est pourquoi on doit aléser les parois internes du fourreau avec préci- sion et, dans les machines comportant plusieurs vis, la constitution du fourreau en plusieurs lobes rend cette opération délicate et onéreuse. Par ailleurs la masse du fourreau et sa paroi interne doivent pré- senter des caractéristiques différentes et souvent même contradictoires car elles sont soumises à des sollicitations qui ne sont pas du tout les mêmes à coeur et en surface. En effet, dans les machines de traitement de matiè- res, les fourreaux sont soumis à des contraintes thermiques dues au travail entre 150 et 300 C et des contraintes mécaniques créées par la pression du produit extrudé poussé par les vis, laquelle pression peut dépasser 200 bars. D'autre part la paroi interne subit une usure provoquée par le pro- duit extrudé et par le frottement des vis et/ou une corrosion. Toutes ces sollicitations imposent par conséquent au fourreau des propriétés particulières et contradictoires, car l'extérieur doit présenter une résistance modérée assortie d'une bonne résilience et la paroi interne doit posséder une grande résistance à la fissuration par fatigue, une dure- té élevée, un faible coefficient de frottement et une résistance élevée à 1' abrasion. On connait des fourreaux dans lesquels des chemises sont utili- sées pour recouvrir les secteurs cylindriques formant les différents lobes, chaque chemise ayant la forme d'un segment cylindrique qui s'appuie vers l'extérieur sur un carter massif entourant les deux vis et formant le corps du fourreau proprement dit. Ce carter massif est prévu pour encaisser la pression exercée par la matière entrainée à l'intérieur du fourreau, les chemises résistant seulement à la corrosion et à l'usure. Lorsque chaque chemise recouvre entièrement le secteur du fourreau correspondant, elle doit être prolongée jusqu'à s'accoler à la chemise adjacente en formant une pointe dans la zone d'interpénétration des vis. Il est difficile d'éviter qu'il existe un petit espace entre les bords adjacents des deux chemises et cet espace doit être soudé et réalisé pour éviter qu'il ne s'y accumule de la matière ce qui présente un inconvénient. De plus, le corps du fourreau et sa paroi interne étant constitués par des pièces distinctes, la transmis- sion de chaleur entre des éléments chauffants placés autour du fourreau et la matière à l'intérieur dudit fourreau, s'effectue dans de mauvaises condi- tions. On connait également des fourreaux réalisés soit à partir d'un ma- tériau homogène, la surface interne subissant un traitement thermique spé- cial ou un traitement superficiel, soit à partir de pièces métalliques com- posites, le matériau dur est alors rapporté par centrifugation dans une en- veloppe en acier. Mais ce procédé entraine en général un accrochage insuffi- sant du métal dur sur le métal de base. Le but de l'invention est donc de réaliser un fourreau composite à plusieurs lobes pour une machine de traitement de matières à plusieurs vis, résistant bien à des sollicitations d'intensité élevée et différentes à coeur et en surface. Suivant l'invention, la couche métallique plus dure, déposée sur la paroi interne du corps du fourreau comprenant plusieurs lobes, est appor- tée sous forme d'une poudre contenant les constituants désirés et cette pou- dre est soudée sur la paroi interne métallique de base à l'aide d'une tor- che à plasma fonctionnant suivant le principe de l'arc transféré ou bien de l'arc semi-transféré. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus claire- ment de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'inven- tion, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins anne- xés, dans lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un fourreau composite à plusieurs lobes conforme à l'invention. - La figure 2 représente une vue de détails à plus grande échelle de la pa- roi interne du fourreau. Le fourreau 1 représenté à la figure 1 pour une machine à deux vis parallèles, se compose d'un corps massif 2 qui possède deux alésages cy- lindriques (3, 4) formant deux lobes pour le passage des vis. Sur la figu- re, on a représenté en traits mixtes les deux vis 5 qui sont entrainées en rotation de façon à assurer l'avancement d'une matière à l'intérieur du fourreau. On sait que les vis sont entrainées dans le même sens de rotation si les filetages sont identiques et en sens inverse lorsque les filetages sont inversés. Cependant, dans tous les cas, les deux filetages pénètrent l'un dans l'autre dans une zone médiane 6 placée entre les deux axes des vis. Pour que la matière soit entrainée dans de bonnes conditions dans la machine, il est nécessaire que les deux vis soient placées à l'intérieur d'un fourreau dont le profil interne enveloppe la périphérie des vis avec un jeu aussi faible que possible, la tolérance dépendant notamment du degré de viscosité de la matière que l'on désire entrainer dans les vis. Il résul- te que la paroi interne 10 du fourreau sera constituée de deux secteurs cy- lindriques ou lobes (3, 4) accolés; chacun des secteurs a un axe coïnci- dant avec celui d'une vis et un rayon légèrement supérieur à celui de la vis mais qui doit cependant être contrôlé avec précision en fonction du jeu tolérable. D'autre part, le corps 2 du fourreau 1 doit présenter une résis- tance modérée assortie d'une bonne résilience et la paroi interne 10 doit posséder une grande résistance à la fissuration par fatigue, une dureté éle- vée, un faible coefficient de frottement et une résistance élevée à l'abra- sion. A cet effet, le fourreau 1 est réalisé à partir d'un corps métal- lique 2 en acier dans lequel la paroi interne 10 des lobes (3,4) est revê- tue ou rechargée au moyen d'une couche métallique 11 plus dure de composi- tions adaptées aux conditions particulières de fonctionnement de la pièce suivant qu'il y a lieu de privilégier la résistance à l'abrasion, à la cor- rosion, à la fatigue mécanique ou au frottement. Cette couche dure 11 est apportée sous la forme d'une poudre, qui est ensuite soudée sur le métal de base à l'aide d'une torche à plasma fonc- tionnant suivant le principe de l'arc transféré ou bien de l'arc semitrans- féré. Cette torche à plasma constituant la source thermique fond simultané- ment la surface de la pièce à revêtir, ainsi que le produit de rechargement apporté sous forme de poudre. Il se forme un bain métallique. Le dépôt est lié au substrat par une véritable opération métallurgique du type sondage. Avant -le dépôt de la couche dure 11, les lobes (3, 4) ont un rayon légèrement supérieur au rayon final que l'on désire obtenir, et ladi- te couche dure peut avoir, suivant le but visé, une épaisseur comprise entre 0,7 et 8 mm. Le dépôt de la couche 11 est réalisé en une seule couche ou en multicouche, par passes longitudinales parallèles et successives comme représenté en 12 sur la figure 2. Ensuite chaque lobe cylindrique (3, 4) est usiné par rectification pour obtenir le rayon désiré. Le métal de base utilisé pour le corps du fourreau peut être: 1. un acier faiblement allié tel que: C Z = 0,20 à 1 Ni Z = 0 à 2,5 Mn Z = 0,2 à 1,5 Cr % = 0,5 à 6 Si Z = 0,2 à 1 Mo Z = 0 à 2 S % = 0,005 à 0,012 V Z = 0 à 0,5 2. Un acier inoxydable martensitique tel que: C Z = 0,06 à 0,20 Mo Z = 0 à 1 Cr Z = 13 à 17 Ni Z = 0 à 4 3. Un acier inoxydable austénitique tel que: C Z = 0,06 à 0,12 Mo % = 0 à 3 Cr % = 16 à 19 Cu Z = 0 à 4 Ni Z 4 à 12 Par ailleurs, la couche métallique plus dure constituant la paroi interne du fourreau peut être constituée soit par un acier rapide, au chro- me-tungstène, ou au chrome-molybdène, ou au chrome associé & la fois à plu- sieurs éléments tels que: le tungstène, le molybdène, le vanadium, le co- balt, soit par d'autres dépôts durs. Nous donnons ci-dessous un exemple de réalisation pour un four- reau d'extrudeuse ayant les caractéristiques suivantes: - diamètre extérieur...........: 320 mm - entraxe des alésages........: 105 mm diamètre d'alésage..........: 132 mm - longueur du fourreau........:1350 mm la matière du corps du fourreau est un acier se composant: - C = 0,47 Z; Mn = 0,90 Z; Si = 0,24 Z; Ni = 0,16 Z; Cr - 1,02 Z et la poudre pour rechargement dur est un acier rapide de composition: - C = 0,85 %; Mn = 0, 27 %; Si = 0,22 Z; Ni = 0,15 Z; Cr = 4,60 %; Mo = ,15 Z; W = 6,2 Z; V = 2, 05 %; Co = 0,4 % préchauffage de la pièce: 400 C. La surface dure trempe au cours du refroidissement, puis est en- suite usinée par rectification. Le dépôt d'épaisseur 2 à 4 mm en une couche est fait par passes longitudinales parallèles et successives. La dureté ob- tenue sur le dépôt est de 60 à 63 HRC. La construction composite permet d'adapter les aciers choisis à leurs fonctions respectives: - tenue mécanique pour le corps du fourreau, - résistance à la fatigue et à l'usure pour la couche de travail, et repré- sente une économie évidente de matières nobles, puisque seule ladite couche de travail est réalisée en matériaux à coût élevé. D'autre parti cette cons- truction permet également d'obtenir dans la couche dure déposée, une struc- ture homogène, avec une répartition fine des particules dures, et sans dé- faut métallurgique du type inclusions ou porosités, susceptibles de nuire aux propriétés d'endurance du matériau et aux contraintes mécaniques. L'uti- lisation d'une couche dure apportée sous forme de poudre autorise en parti- culier l'emploi de matériaux contenant de fortes proportions de carbures ou autres phases dures, très performants. Les performances des fourreaux d'extrudeuse à plusieurs vis copé- nétrantes réalisés selon l'invention sont augmentées par rapport aux four- reaux traditionnels grâce aux gains en coefficient de frottement et en ré- sistance à l'usure. Bien entendu, le dépôt d'une couche dure sur la paroi interne, suivant cette méthode peut également être employé pour le recharge- ment des fourreaux usés. REVENDICATIONS 1. Fourreau composite à plusieurs lobes pour une machine de trai- tement comprenant au moins deux vis d'axes parallèles pénétrant l'une dans l'autre et entrainées en rotation à l'intérieur dudit fourreau, celui-ci étant formé d'un corps massif en acier comportant une paroi interne revêtue d'une couche métallique plus dure et constituée de plusieurs lobes corres- pondant chacun à une vis, caractérisé par le fait que la couche métallique plus dure (11) déposée sur la paroi interne (10) du corps (2) est apportée sous forme d'une poudre con- tenant les constituants désirés, et par le fait que cette poudre est soudée sur la paroi interne (10) métallique de base à l'aide d'une torche à plasma fonctionnant suivant le principe de l'arc transféré ou bien de l'arc semi- transféré. 2. Fourreau composite à plusieurs lobes selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps (2) du fourreau est constitué soit par un acier faiblement allié, soit par un acier inoxydable martensitique ou soit par un acier inoxydable austénitique et la couche métallique (11) est constituée soit par un acier rapide, au chrome-tungstène, ou au chrome-mo- lybdène, ou au chrome associé à la fois à plusieurs éléments tels que: le tungstène, le molybdène, le vanadium, le cobalt ou soit par d'autres dépôts durs. 3. Fourreau composite à plusieurs lobes selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le dépôt de la couche métallique (11) est réali- sé en une seule couche ou en multicouche par passes longitudinales parallè- les et successives, puis usinée par rectification. 4. Fourreau composite à plusieurs lobes selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la couche métallique (11) a une épaisseur de 0,7 à 8 mm, suivant le but visé.