Brevet FR2602714A1 — publié le 19880219

OUTIL A FUTS DE PRESSAGE A BARRIERES THERMIQUES RIGIDES. La présente invention concerne un outil à fûts de pressage à barrières thermiques rigides. Dans une fabrication de pièces pour forgeage isothermique ou par frittage sous charge par exemple, l'outil de travail fonctionne habituellement sous presse et ses fûts de pressage doivent assurer dans un sens une transmission des efforts de la presse aux pièces à fabriquer ou aux outillages de leur mise en forme et constituer dans le sens inverse des barrières thermiques qui fréinent ou suppriment le flux calorifique de déperdition thermique de ces pièces ou ces outillages. Les barrières thermiques des fûts de pressage de cet outil doivent tenir sans défaillance à la pression de travail, pour la température de fabrication. Dans certains outils connus, ces barrières thermiques sont constituées de disques en céramique. Un disque en céramique est rigide mais fragile. Il est souvent sujet à une détérioration par fissuration.Dans un fût de pressage d'un outil, un disque céramique servant de barrière thermique est habituellement disposé en contact avec un bloc métallique qui fait partie de ce fût. Une répartition non homogène des efforts de pressage sur ce bloc métallique et/ou des dilatations hétérogènes par différencc de températures dans ce dernier entraînent des déformations dans la surface de ce bloc en contact avec le disque céramique. Ces déformations de surface provoquent dans ce disque des fissurations qui tendent à se propager rapidement et entraînent une détérioration du disque et par conséquent son remplacement dans le fût de pressage. Un changement fréquent des disque fissurés dans les fûts de pressage d'un outil entraîne une immobilisation déraisonnable de cet outil et rend onéreux son entretien. La présente invention ayant pour but d'éviter ces inconvénients, permet de réaliser un outil économique à fûts de pressage à barrières thermiques rigides dans lequel les barrières thermiques rigides ont une durée de vie relativement plus longue que celle des disques en céramique des outils connus car si elles ont une fissure due à un effet de concentrations hétérogènes de contrainte par exemple, cette fissure est efficacement freinée ou bloquée dans sa propagation dans ces barrières thermiques. Selon l'invention, un outil à fûts de pressage composés de blocs métalliques superposés et séparés par des barrières thermiques rigides, est caractérisé en ce qu'il comprend comme barrières thermiques, des plateaux ou disques formés d'éléments composants préfabriqués et assemblés, réalisés en un matériau fritté ou céramique. Pour mieux faire comprendre l'invention on en décrit ci-après un exemple de réalisation illustré par des dessins ci-annexés dont: - la figure 1 représente une vue schématique partielle d'un outil à fûts de pressage réalisé selon l'invention, disposée entre un coulisseau et une table d'une presse, - la figure 2 représente une vue schématique en coupe verticale d'un fût de pressage de l'outil de la figure 1 et les niveaux de températures auxquels les différentes parties de ce fût doivent résister, - la figure 3 représente à des échelles non proportionnelles une vue partielle en coupe verticale d'un exemple de réalisation d'un fût de pressage de l'outil de la figure 1, - la figure 4 représente à une autre échelle une vue de dessus schématique d'une barrière thermique du fût de pressage de la figure 3, et - la figure 5 représente à une autre échelle une vue en coupe verticale, d'une partie du fût de pressage de la figure 3. L'invention est applicable à un outil de fabrication de pièces par forgeage isotherme, par frittage sous charge, ou par un procédé alliant un maintien en température et en pression de pièces à fabriquer ou un outillage de leur mise en forme. Selon l'invention, un outil à fûts de pressage à barrières thermiques rigides 1 comprend (figure 1) au moins un fût de pres sage 2 qui, dans un sens transmet une pression P exercée par une presse 3 à une pièce à fabriquer sous des conditions de fabrication données de pression et de température soit directement soit à travers un élément de contact ou un outillage de mise en forme tel qu'une matrice, l'outil 1 étant disposé entre un coulisseau ou table supérieure 4 et une table inférieure 5 de la presse 3, et dans un sens inverse, un freinage du flux calorifique de déperdition thermique T de la pièce à fabriquer et/ou de l'outillage de sa mise en forme. La pièce à fabriquer et/ou l'outillage de sa mise en forme ou l'élément de contact sont schématiquement représentés en 6 dans la figure 1. Dans l'exemple de la figure 1, I'outil I comprend deux fûts de pressage 2, un fût supérieur et un fût inférieur. Les fûts de pressage 2 sont constitués d'une part par des bloc superposés 7, 8 , 9 (figure 2) ou 10, 11, 12 (figure 3) réalisés avec un métal ou un alliage résistant à la température et à la pression de fabrication, et d'autre part par des barrières thermiques 13, 14, 15 , 16 (figure 2) ou 17 , 18 (figure 3) qui séparent les blocs. Les blocs superposés 7 , 8 , 9 ou 10, Il , 12 sont réalisés soit avec un même métal ou un alliage identique, résistant à la température et à la pression de fabrication soit avec des métaux ou alliages différents selon leurs positions dans un fût de pressage. Ces positions correspondent aux différents niveaux de températures atteints dans ces blocs, aux conditions de fabrication.Dans les exemples de réalisation, des fûts de pressage 2, illustrés dans les figures 2 et 3, les blocs 7 et 10 qui doivent être en contact avec la presse 3 et dont les températures ne dépassent pas 300"C sont réalisés en un acier d'emploi courant, les blocs 9 et 12 qui doivent être en contact avec une pièce de fabrication à une température de l'ordre 1 0000C, sont réalisés avec un acier ou alliage haute température par exemple un alliage à base de nickel et les blocs intermédiaire 8 et 11 ayant une température située entre 3000C et 700"C sont réalisés avec un acier réfractaire. Les barrières thermiques rigides 13 , 14 , 15, 16 et 17, 18 sont constituées par des plateaux ou disques rigides en un matériau fritté ou céramique choisi en fonction de sa conduction thermique et sa tenue à la compression pour la température de fabrication. Ces barrières thermiques rigides sont soit toutes réalisées avec un même matériau fritté ou une céramique soit formées avec des matériaux frittés ou céramiques différents correspondants respectivement aux caractéristiques souhaitées de freinage du flux calorifique de déperdition thermique de la pièce à fabriquer de manière à satisfaire les conditions de température et de pression exigées par la fabrication. Ces matériaux frittés ou céramiques sont habituellement fragiles et constitués par exemple par de l'oxyde de zirconium fritté ou de l'oxyde de silice fritté. Selon une caractéristique importante, dans un outil à fûts de pressage à barrières thermiques rigides, les plateaux ou disques servant de barrières thermiques rigides 13 , 14 , 15 , 16 et 17, 18 des fûts de pressage, sont formés d'éléments composants préfabriqués et assemblés, réalisés en un matériau fritté ou une céramique (figures 4 et 5). Selon une autre caractéristique, dans un plateau ou disque servant de barrière thermique rigide dans un fût de pressage, les éléments composants préfabriqués et assemblés sont obtenus dans leur forme ou configuration par une division de ce plateau ou disque suivant des lignes radiales 19 et des lignes concentriques 29. Dans un plateau ou disque servant de barrière thermique rigide, les éléments composants préfabriqués et assemblés ont des formes géométriques de secteurs 20 et/ou de segments 21. Dans un exemple illustré dans la figure 4, la barrière thermique 17 a une forme d'un disque et comprend des éléments composants préfabriqués et assemblés ayant des configurations de secteurs circulaires 20 et de segments annulaires 21. Dans un exemple non représenté, la barrière thermique 17 a une configuration d'un plateau polygonal et comprend des éléments composants préfabriqués et assemblés sous formes de secteurs triangulaires et/ou de segments rectilignes. Dans un fût de pressage 2 les barrières thermiques 13, 14 15 , 16 et 17, 18 ont une configuration identique à celle des blocs métalliques superposés 7 , 8, 9 et 10 , 1 1 , 12. Quand les fûts de pressage 2 comprennent des blocs métalliques à section horizontale oyant une configuration polygonale, les barrières thermiques rigides ont une configuration polygonale identique. Quand les fûts de pressage 2 comprennent des blocs cylindriques, les barrières thermiques ont une forme circulaire d'un disque. Une division d'une barrière thermique en éléments composants préfabriqués et assemblés permet efficacement de limiter la propagation des fissures aux seuls éléments composants fissurés et d'éviter une détérioration prématurée de cette barrière thermique. Selon une autre caractéristique, dans un fût de pressage 2, les barrières thermiques sous forme de plateaux ou disques sont individuellement maintenues en place par des anneaux de cerclage. Dans un exemple illustré dans les figures 3 et 5, les barrières thermiques 17, 18 sont maintenues par des anneaux de cerclage 22, 23. Ces anneaux de cerclage 22, 23 contribuent, par un renforcement de la cohésion des éléments composants assemblés fragiles 20 , 21 de ces barrières thermiques 17, 18, à rendre ces barrières encore utilisables même au cas où certains de ces éléments assemblés 20, 21 sont déjà fissurés. Un remplacement de ces barrières thermiques 17, 18 ne s'avère nécessaire qu'au cas où elles entraînent une déformation sensible de la géométrie d'ensemble du fût de pressage 2. Les anneaux de cerclage 22 , 23 permettent ainsi d'augmenter la durée de vie des barrières thermiques 17, 18.Dans un fût de pressage 2 (figures 3 et 5), les anneaux de cerclage 22, 23 sont montés, par un de leurs bords, sur des épaulements 24 d'une des extrémités des blocs métalliques 10, 11 et reçoivent respectivement dans leurs enceintes des éléments composants préfabriqués et assemblés des barrières thermiques 17, 18 et dans les creux de leurs bords opposés les blocs métalliques 11, 12. Dans un fût de pressage 2 les blocs métalliques et les barrières thermiques superposés sont maintenus assemblés par des vis 25 montées dans des trous alignés de montage 26, taraudés 27 et de passage 28. Selon une autre caractéristique, dans les barrières thermiques 22, 23 des fûts de pressage 2, les trous de passage 28 pour les vis d'assemblage 25 sont formés aux intersections des lignes radiales 19 et/ou concentriques 29 de division de ces barrières thermiques en éléments composants assemblés 20,21, autrement dit aux intersections des lignes de jointure 19, 29 de ces éléments. Une disposition de ces trous de passage 28 aux intersections des lignes de jointure des éléments composants des barrières thermiques 22, 23 permet de limiter et même d'éviter une détérioration de ces barrières thermiques rigides et fragiles par les vis d'assemblage 25 du fût de pressage 2 qui risque de se produire au cours des mouvements relatifs des parties de ce fût de pressage 2, lors d'une dilatation de ces parties sous les conditions thermiques de fabricaton et lors d'un retrait durant un refroidissement. REVENDICATIONS I. Outil à fûts de pressage (2) composés de blocs métalliques superposés (7 , 8 , 9 , 10, 11, 12) et séparés par des barrières ther miques (13 , 14 , 15 , 16 , 17, 18) rigides, caractérisé en ce qu'il comprend comme barrières thermiques (13 , 14 , 15, 16 , 17, 18) des plateaux ou disques formés d'éléments composants préfabriqués et assemblés, réalisés en matériau fritté ou céramique (20 , 21). 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans un plateau ou disque (13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18) servant de barrière thermique, les éléments composants préfabriqués et assemblés (20, 21) sont obtenus, dans leur forme ou configuration, par une division de ce plateau ou disque suivant des lignes radiales (19) et des lignes concentriques (29). 3. Outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans un plateau ou disque servant de barrière thermique (13, 14 , 15, 16 , 17 , 18), les éléments composants préfabriqués et assemblés ont des formes géométriques de secteurs (20) et/ou de segments (21). 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans un disque servant de barriere thermique (13 , 14 g 15 , 16 , 17 , 18), les éléments composants préfabriqués et assemblés ont des configurations de secteurs circulaires (20) et de segments annulaires (21). 5. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans un plateau servant de barrière thermique (13 , 14, 15, 16, 17, 18), les éléments composants préfabriqués et assemblés ont des configurations de secteurs triangulaires et/ou de segments rectilignes. 6. Outil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans un fût de pressage (2) les barrières thermiques (17, 18) sous forme de plateaux ou disques sont individuellement maintenues en place par des anneaux de cerclage (22, 23). 7. Outil selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans un fût de pressage (2), les anneaux de cerclage (22, 23) des barrières thermiques (17, 18) sont montés, par un de leurs bords, sur des épaulements (24) d'une des extrémités des blocs métalliques (10 , 11) de ce fût de pressage (2) et reçoivent respectivement dans leurs enceintes des éléments composants préfabriqués et assemblés des barrières thermiques (17, 18) et dans les creux de leurs bords opposés, les blocs métalliques (11 , 12) de ce fût de pressage (2). 8. Outil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans un fût de pressage (2), les blocs métalliques et les barrières thermiques cerclées par des anneaux sont maintenus assemblés par des vis (25). 9. Outil selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans les barrières thermiques (22, 23) des fûts de pressage (2), des trous de passage (28) pour les vis d'assemblage (25) sont formés aux intersections de lignes radiales (19) et/ou concentriques (29) de division de ces barrières thermiques en éléments composants assemblés (20, 21). 10. Outil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que dans un fût de pressage (2), les blocs métalliques (7, o 9, 10, 1 1 , 12) sont tous réalisés avec un même métal ou alliage et les barrières thermiques (13 , 14 , 15 , 16 , 17, 18) sont toutes constituées avec un même matériau fritté ou céramique. 11. Outil selon l'une des revendications I à 9, caractérisé en ce que dans un fût de pressage (2), les blocs métalliques (7 , 8 , 9, 10, 11, 12) sont réalisés avec des métaux ou alliages différents selon leurs positions dans ce fût de pressage, correspondantes aux différents niveaux de températures atteints dans ces blocs, aux conditions normales de fabrication, et les barrières thermiques (13, 14 15, 16, 17, 18) sont constituées avec des matériaux frittés ou céramiques différents correspondants respectivement aux caractéristiques souhaitées de freinage du flux calorifique de déperdition thermique de la pièce à fabriquer de manière à satisfaire les conditions de température et de pression exigées par la fabrication. 12. Outil selon l'une des revendications 1à11, caractérisé en ce que dans un fût de pressage (2), les blocs métalliques (7, 8, 9, 10, 11, 12) et les barrières thermiques (13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18) ont une configuraton identique choisie parmi les formes polygonale et circulaire. 13. Outil selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que dans un fût de pressage(2), les barrières thermiques sont réalisées avec un matériau choisi parmi l'oxyde de zirconium fritté et l'oxyde de silice fritté.