Brevet FR2553016A1 — publié le 19850412

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA FABRICATION DE PIECES MOULEES PAR PRESSAGE A CHAUD DE POUDRE METALLIQUE La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la fabrication de pièces moulees par pressage à chaud de poudre metal- lique, en particulier de poudre à grains sphériques en un matériau tel que le fer, l'acier ordinaire ou inoxydable, les alliages de nickel et autres métaux comme le titane, l'aluminium ou identique, ainsi que leurs alliages, à l'intérieur d'une capsule à paroi mince en tôle d'acier ou identique. Pour réaliser ce procéde, de la poudre métallique est, d'une part, versée dans un récipient en tôle réalisé par étirage profond, repoussage et autres procedés similaires et, d'autre part, enfermée dans une enceinte etanche après fermeture du récipient. Dans ces procédés connus, les pièces moulées ou respectivement pressées présentent des excès ou des insuffisances dimensionnelles. L'écart de tolerance est très grand. En cas de manque de matière, la piece moulée ne peut plus servir que de scrap et en cas d'excès de matière, il est nécessaire de procéder à une retouche onéreuse, le plus souvent par enlèvement de copeaux. La présente invention a pour objet de modifier le procede connu et le dispositif connu pour sa mise en oeuvre de façon à obtenir une tolérance dimensionnelle très sûre, c'est-à-dire une grande precision dimensionnelle des pièces moulées ou pressées. Ce but est obtenu du fait que, dans un procédé de fabrication de pieces moulées par pressage à chaud de poudre métallique, de préférence constituée de particules sphériques en acier ordinaire ou inoxydable, alliages de nickel ou autres metaux, tels que le titane, l'aluminium ou similaire ainsi que leurs alliages, à l'intérieur d'une capsule ou enceinte à paroi mince réalisée en tôle d'acier ou similaire, selon l'invention, l'on utilise une capsule se composant d'un manchon extérieur, d'une douille d'insert qui lui est sensiblement coaxiale et d'un fond annulaire disposé de façon étanche dans la zone de fond entre le manchon exte- rieur et la douille intérieure, un moule constitué de parties séparables et disposé de telle façon, dans cette capsule, qu'il se forme un espace creux de moulage entre lui et la douille d'insert, espace qui est rempli par la poudre métallique à travers une ouverture, la capsule est soumise à des vibrations pour réaliser le tassement de la poudre métallique après le remplissage, est ensuite fermée par un couvercle correspondant au fond et soumise à une pression isostatique, à une température élevée de l'ordre de 1.000 à 1.2000Ç, et enfin après la rigidification de la poudre metallique en un moulage ou un corps moulé, le moule portant le corps moulé est retiré de la capsule et le moule est ouvert pour libérer le corps moulé. il est egalement prévu à cet effet que, dans le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ce dispositif comporte: un manchon extérieur, une douille d'insert intérieure disposée de façon sensiblement coaxiale à l'intérieur du manchon et réalisée en tôle d'acier mince, le casecheanten d'acierallie, un fond~sensiblement annulaire disposé de façon étanche auxliquideset aux gaz dans la zone de fond entre le manchon et la douille, un moule constitué de parties séparables et disposé entre le manchon et la douille et dont le diamètre extérieure est tout juste in férieur au diamètre intérieur du manchon extérieur et dont la face intérieure tournée du côte de la douille d'insert est placée à distance de celle-ci, et enfin un couvercle correspondant au fond et qui est mis en place après remplissage de la capsule avec de la poudre métallique et tassement de celle-ci par vibrage. La douille intérieure présente avantageusement la forme d'un tube ordinaire de section cylindrique, ovale, carre ou similaire. Le couvercle et le corps présentent des formes correspondantes. Grâce à la douille d'insert intérieure, on obtient que la pression externe de pressage de la poudre metallique qui remplit la capsule selon l'invention, agisse de façon uniforme sur cette capsule et que la poudre métallique soit pressée de façon principalement radiale dans l'espace creux du moule. Des formes de réalisation ou des développements avantageux du procédé et du dispositif selon l'invention vont maintenant être exposés. On peut ainsi mentionner que le moule utilise dans le procédé selon l'inven- tion est constitue avantageusement en un matériau massif dont la limite de fluage est supérieure à celle de la poudre metallique aux températures et pressions utilisées. Le fond et le couvercle de la capsule peuvent de même être constitués de tôle d'acier, le cas échéant alliée. Le fond et le couvercle sont de préférence plutôt des plaques annulaires massives dont l'épaisseur est cinq à dix fois supérieure à celle des parois de la douille intérieure et du manchon exterieur de la capsule.Le couvercle et le corps sont disposés de façon etanche entre le manchon et la douille de la capsule, le cas échéant soudés à cette douille et à ce manchon. Comme exposé précédemment, le choix du matériau du moule réalisé en plusieurs parties séparables est impo-rtant pour la précision dimensionnelle de la pièce moulée ou du moulage. Si l'on utilise par exemple un matériau dont la limite de fluage, à la température de pressage isostatique à chaud, est plus faible que celle du materiau pulvérulent à presser, il s'ensuit une constraction du moule et une imprecision correspondante de la piece moulée. Pour cela, il est important de réaliser le moule en un matériau dont la limite de fluage aux températures d'environ 1.000 à 1.2000C utilisées pour le pressage, soit sensiblement superieure à la limite de fluage de la poudre à presser.A cet effet, on peut citer les combinaisons de materiaux suivants: Tableau Matériau du moule Matériau en poudre Acier inoxydable .................. acier au carbone Alliages de nickel ................. acier inoxydable Super Alloys ...................... alliagesde nickel tel que Inconel 600 Céramique ......................... Super Alloys, tels que les qualités nimonic De plus, on a montré qu'il est avantageux qu'au moins l'intérieur des surfaces du moule qui viennent en contact avec la poudre métallique soit muni d'une couche de separation, par exemple en les aspergeant d'un moyen de séparation contenant de l'Al203. Cette couche de séparation doit être suffisamment mince pour que la précision dimensionnelle des pièces moulées ne soit pas affectée. On peut ainsi avantageusement munir les surfaces de la capsule qui viennent en contact avec la poudre métallique d'une telle couche de séparation. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparai trontàlalecture de la description d'unmode deréalisationdu dispositif selon l'invention, faite à titre non limitatifeten regard du dessin annexe où: - la figure 1 est une vue en perspective du moule constitué de parties séparables; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la capsule utilise pour la réception du moule et de la poudre métallique; - la figure 3 est une coupe longitudinale de la capsule de la figure 2 avec le moule engagé à l'intérieur. Au cours de diverses fabrications, telles que par exemple les corps de valve, notamment des clapets anti-retours (clapets à bille), par la métallurgie des poudres, il est très important que les dimensions extérieures du produit fini présentent une précision maximale. On obtient ce resultat à l'aide du procédé ou respectivement du dispositif pour sa mise en oeuvre et qui va être decrit ci-après. Ce dispositif comporte un moule 1 en un matériau massif. Les deux faces internes juxtaposées des deux demi-coquilles du moule présentent des découpes ou des creux correspondant aux contours externes des produits à fabriquer, tels que des corps de valve. Comme on le voit sur la figure 1, les deux coquilles du moule présentent une forme générale semi-cylindrique. Les faces internes des deux coquilles sont garnies ou aspergées d'une mince couche d'Al203 avant d'être engagées dans la capsule de la figure 2. Le dispositif comporte de plus une capsule se composant d'un manchon extérieur 2 et d'une douille d'insert 4 disposés coaxialement à l'intérieur, ces éléments étant réalises en une mince tôle d'acier ordinaire ou alliée,le cas échéant. Le diamètre intérieur du manchon extérieur 2 est tout juste supérieur au diamètre extérieur du moule composite 1, de telle façon que celui-ci puisse être introduit avec un faible jeu dans la capsule de la figure 2.Selon le mode de réalisation représenté, le diamètre extérieur de la douille d'insert 4 est dimensionné de telle façon qu'il soit un peu plus faible que le diamètre interieur des deux coquilles du moule afin que, conformement à la figure 3, il apparaisse un espace annulaire entre la douille d'insert 4 et les deux coquilles ou respectivement le moule 1, et qu'un remplissage complet de l'espace creux du moule soit possible sans problème à partir du haut via l'ouverture 6. L'espacement entre la douille d'insert interieure 4 et le manchon externe 2 est réalisé à l'aide d'une plaque de fond annulaire 3 qui est insérée de façon étanche, le cas échéant soudée, entre la douille d'insert interieure 4 et le manchon externe 2. Les deux coquilles semi-cylindriques du moule représentées à la figure 1 sont insérées à partir du haut de la capsule ouverte de la figure 2. Puis la poudre métallique est versée par l'ouverture supérieure 6 dans l'espace libre existant entre la douille d'insert intérieure et la paroi interne du moule 1 jusqu'à son remplissage où l'on effectue alors un tassement par mise en vibration de la capsule. La capsule est ensuite obturée de façon etanche par un couvercle annulaire 5 correspondant au fond 3. Pour cela, le couvercle 5 est avantageusement soude entre la douille d'insert intérieure 4 et le manchon extérieur 2. Le moule est ensuite soumis à une pression isostatique et à une température de 1.000 à 1.2000C. La pression et la température dépendent principalement du type de poudre métallique à comprimer. Après le pressage-isostatique à chaud, le moule accompagné de la pièce moulée est extrait de la capsule. La liberation de la pièce mou lée s'obtient très simplement en éloignant les deux coquilles du moule. La capsule et les deux coquilles du moule peuvent être utilisées, le cas échéant, pour un nouveau pressage du moule. Dans le monde de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, le fond et le couvercle se composent de plaques annulaires dont l'épaisseur est environ 5 fois plus grande que celle des parois de la douille 4 et du manchon 2. Les plaques annulaires 3 et 5 contribuent ainsi à l'augmentation de la stabilité de la capsule. Grâce au procédé selon l'invention et au dispositif pour sa mise en oeuvre, le coût de fabrication est considérablement réduit par rapport à l'état de la technique, entre autres par suite d'une utilisation plus reduite en matières premières et d'une disparitionou d'une réduction des retouches sur les objets moulés. L'invention se caractérise en outre par une reproductibilité élevée des tolérances minimales ainsi que par une absence de rebuts. Enfin, on ne rencontre pratiquement plus d'objets moules présentant des manques de matière. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'ecarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procedé de fabrication de pièces moulées par pressage à chaud de poudre métallique, de préférence constituée de particules sphériques en acier ordinaire ou inoxydable, en alliage de nickel ou en autres métaux tels que le titane ou l'aluminium ou similaire, ainsi que leurs alliages, à l'intérieur d'une capsule ou enceinte à paroi mince, réalisée en tôle d'acier ou similaire, caractérise en ce que l'on utilise une capsule se composant d'un manchon exterieur (2), d'une douille d'insert (4) qui lui est sensiblement coaxiale et d'un fond annulaire (3) disposé de façon étanche dans la zone de fond entre le manchon extérieur et la douille intérieure, en ce qu'un moule (1) constitué de parties séparables,est dispose dans cette capsule de telle façon qu'il se forme un espace creux de moulage entre lui et la douille d'insert (4), espace qui est rempli par la poudre métallique à travers une ouverture (6), en ce qu'après le remplissage, la capsule est soumise à des vibrations pour réaliser le tassement de la poudre métallique, est ensuite fermée par un couvercle (5) correspondant au fond (3) et soumise à une pression isostatique, à une temperature élevée de l'ordre de 1.000 à 1.2000C, et en ce qu après la rigidification de la poudre métallique en un moulage ou pièce moulée,le moule (1) portant la pièce moulée est retire de la capsule et est ouvert pour libérer la pièce moulée. 2.- Procéde selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise pour le moule (1) un matériau qui, dans les conditions de pressage isostatiques à chaud, présente une limite de fluage plus élevée que celle de la poudre métallique. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce que les surfaces du moule t1) venant en contact avec la poudre métallique et, le cas échéant, la douille d'insert intérieure (4) sont munies d'une mince couche d'un moyen de séparation contenant de l'Al203. 4.- Dispositif pourlamise en oeuvre du procéde selon l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce qu'il comporte: un manchon extérieur (2), une douille d'insert intérieure (4) disposée de façon sensiblement coaxiale à l'intérieur du manchon et réalisée en tôle d'acier mince, le cas échéant, en tôle d'acier allie, un fond sensiblement annulaire (3) disposé de façon étanche auxfluideset aux gaz dans la zone de fond entre le manchon et la douille, un moule (1) constitué de parties séparables disposé entre le manchon (2) et la douille (4) et dont le diamètre exterieur est tout juste inférieur au diamètre intérieur du manchon extérieur (2) et dont la face interieure tournée du côté de la douille d'insert (4) est placée à distance de celle-ci, et enfin un couvercle (5) correspondant au fond (3) et qui est mis en place après remplissage de la capsule avec de la poudre metallique et tassement de celle-ci par mise en vibration. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épais- seur du fond (3) et du couvercle (5-) est environ cinq à dix fois suoérieure à celle de la paroi de la douille d'insert (4) et du manchon exterieur (2). 6.- Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les surfaces venant en contact avec la poudre métallique notamment du moule (1) et de sa douille d'insert (4) et, le cas échéant, du fond (3) et du couvercle (5), sont munies d'une mince couche d'un moyen de séparation contenant de 1 'Al203. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le moule (1) est constitué d'un materiau qui, dans les conditions du pressage isostatique à chaud, présente une limite de fluage plus élevée que celle de la poudre métallique à presser et remplissant la capsule.