Brevet FR2688724A1 — publié le 19930924

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des corps comprimés à plusieurs gradins (ou étages) en une matière pulvérulente, en particulier en poudre métallique, laquelle est introduite dans une cavité de moulage (volume 5 de remplissage) entourée par une matrice, et est comprimée par des poinçons inférieurs mobiles les uns par rapport aux autres, dont les surfaces de pressage correspondent aux gradins du corps comprimé, et par au moins un poinçon supérieur destiné à être déplacé sur les poinçons infé-10 rieurs, la quantité de la matière pulvérulente introduite étant réglée à une valeur de consigne par correction du volume de remplissage par suite de modifications corres- pondantes des distances des surfaces de pressage des poinçons inférieurs du bord supérieur de la matrice15 (hauteurs de remplissage des poinçons inférieurs), et des écarts par rapport à la valeur de consigne étant automa- tiquement détectés, directement (par détermination du poids du corps comprimé), ou indirectement (par détection de la force de pressage des poinçons inférieurs et/ou supérieur).20 L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Par le brevet DE-2 951 716, on connaît une presse pour fabriquer des corps comprimés à partir de poudre métallique comportant un gradin ou étage Pour pouvoir fabriquer des25 corps comprimés ayant une densité et une hauteur les plus possibles constantes, en dépit d'une densité de remplissage qui varie dans des limites de la poudre métallique utilisée, on prévoit, dans cette presse, une correction de la quantité de remplissage Cela signifie que la quantité de la poudre30 introduite est réglée par modification du volume de rem- plissage, de sorte que la force de pressage demeure dans une plage de tolérances prédéfinie jusqu'à ce que la position d'extrémité du poinçon de pressage (hauteurs de consigne des gradins du corps comprimé) soit atteinte Aussitôt qu'une force de pressage trop élevée est déterminée dans un cycle de pressage, la commande de la presse crée un signal qui, dans le cycle de pressage suivant, permet d'obtenir une diminution du volume de remplissage. Pour cela, le bord supérieur de la matrice de l'outil de pressage utilisé est abaissé par rapport aux surfaces de pressage des poinçons inférieurs Lorsque la plage des forces de pressage de consigne n'est pas atteinte, on procède, de façon correspondante, inversement La modi- fication de la distance entre les surfaces de pressage des poinçons inférieurs et le bord supérieur de la matrice est effectuée seulement par un réglage correspondant de la position en hauteur de la matrice pour le processus de remplissage Cela a pour conséquence que, lorsqu'il existe plusieurs poinçons inférieurs, la correction des hauteurs de remplissage est mise en oeuvre, à chaque fois, avec la même valeur absolue, pour les surfaces de pressage individuelles. Ce procédé de pressage connu entraîne déjà une amélioration importante en ce qui concerne l'uniformité des propriétés des corps comprimés réalisés Dans des conditions déter- minées, on peut cependant obtenir, également dans ce procédé, des résultats défavorables Cela est en particulier possible quand des pièces de forme complexe doivent être pressées en ayant une précision de forme élevée et, en même temps, une densité élevée (pour de la poudre de fer, par exemple une masse volumique d'au moins 7 g/cm 3) Dans ces cas, il peut se produire des fissures lors du démoulage des corps comprimés, par suite de différences de densité et, ainsi, de tensions différentes entre les gradins individuels du corps comprimé, fissures qui rendent la pièce inutili- sable. En conséquence, l'invention a pour objet de fournir un procédé et une presse pour sa mise en oeuvre, procédé grâce auquel, en dépit d'une densité élevée et d'une forme compliquée, un corps comprimé peut être fabriqué sans fissures avec une sécurité élevée. A cet effet, le procédé pour fabriquer des corps comprimés à plusieurs gradins en une matière pulvérulente, en parti- culier en poudre métallique, du type décrit ci-dessus, est remarquable, selon l'invention, en ce que la correction du volume de remplissage pour atteindre une densité la plus uniforme possible dans les différents gradins du corps comprimé est effectuée par des modifications à chaque fois différentes des hauteurs de remplissage des poinçons inférieurs individuels, de façon que les valeurs comparées des hauteurs de remplissage corrigées correspondent, en première approximation, aux valeurs comparées des hauteurs de consigne des gradins à chaque fois associés du corps comprimé. Avantageusement, une commande électronique détecte les forces de pressage des poinçons inférieurs individuels, les compare à chaque fois à la force de pressage de consigne associée à ceux-ci, et, lors de la détermination d'écarts surproportionnellement grands, sur le ou les poinçons inférieurs correspondants, la correction des hauteurs de remplissage est effectuée de façon correspondante surpro- portionnellement grande. De préférence, la correction des hauteurs de remplissage a lieu de façon itérative dans plusieurs cycles de pressage. En particulier, les vitesses de pressage des poinçons peuvent être déterminées de façon que ceux-ci atteignent leur position d'extrémité de pressage respective au même instant qu'avant la correction des hauteurs de remplissage. La présente invention concerne également une presse pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit, comportant une matrice stationnaire ou mobile dans la direction de pressage, qui entoure une cavité de moulage, un dispositif de remplissage pour remplir la cavité de moulage d'une matière pulvérulente, en particulier de la poudre métallique, au moins un poinçon supérieur et plusieurs poinçons inférieurs hydrauliquement mobiles les uns par rapport aux autres, un dispositif pour détecter la force de pressage sur au moins un poinçon et/ou un dispositif pour déterminer le poids du corps comprimé créé sur la presse, et une commande électronique qui, lors d'écarts inadmissibles, grâce à une comparaison de la force de pressage détectée ou du poids du corps comprimé détecté avec des valeurs de consigne prédéfinies, corrige la taille de la cavité de moulage à remplir, ladite presse étant remarquable, selon l'invention, en ce que la commande électronique est programmée de façon que la hauteur de remplissage, au-dessus des surfaces de pressage des poinçons inférieurs indivi- duels, peut être modifiée individuellement de façon hydraulique, une modification du volume de la cavité de moulage à remplir pour corriger les écarts détectés étant effectuée de sorte que les hauteurs de remplissage corri- gées, en première approximation, sont à chaque fois, les unes par rapport aux autres, dans un rapport qui correspond au rapport respectif des hauteurs de gradins (valeurs de consigne) sur le corps comprimé. Avantageusement, le dispositif pour déterminer les forces de pressage reçoit séparément la force de pressage de chaque poinçon inférieur individuel, la fournit à la commande électronique, et la compare à des valeurs de consigne associées de façon correspondante, et la commande élec- tronique présente une programmation grâce à laquelle, dans le cas d'écarts de la force de pressage de poinçons inférieurs individuels, surproportionnellement grands en comparaison à d'autres poinçons inférieurs, la correction des hauteurs de remplissage pour ces poinçons inférieurs est effectuée avec une valeur surproportionnelle correspondante. De préférence, au moins les entraînements hydrauliques pour déplacer les poinçons inférieurs mobiles sont réalisés dans le sens d'axes de pressage réglés en position. En particulier, la matrice peut être déplacée hydrauli- quement, de façon réglée en position, pour le réglage de la distance entre le bord supérieur de la matrice et la surface de pressage d'un poinçon inférieur fixe. De préférence, la commande électronique présente une pro- grammation qui règle les vitesses lors du déplacement des poinçons inférieurs mobiles et (lorsqu'il existe une matrice mobile) la vitesse de la matrice pendant le processus de pressage, de sorte que les poinçons inférieurs parviennent dans leur position d'extrémité de pressage respective au même instant qu'avant la correction des hauteurs de remplissage. L'invention part de la constatation que, dans le cas de la correction des quantités de remplissage connue, seule une densité moyenne du corps comprimé est réglée et que, dans des conditions critiques du procédé, il peut se produire des différences trop élevées de densité dans le corps comprimé. L'invention prévoit, en tant que remède, de ne pas effectuer la correction des hauteurs de remplissage avec la même valeur pour tous les gradins du corps comprimé à plusieurs gradins, en ce que seule la matrice, pour le processus de remplissage, est amenée dans une position en hauteur corrigée de façon correspondante, mais que les hauteurs de remplissage pour les surfaces de pressage des poinçons inférieurs individuels sont corrigées de façon individuelle, les hauteurs de remplissage corrigées individuelles, au moins en première approximation, se trouvant dans un rapport les unes par rapport aux autres qui correspond au rapport des hauteurs de consigne des gradins du corps comprimé Cela signifie que la valeur de correction individuelle est d'autant plus grande que la hauteur de consigne du gradin associé est grande Pour cela, il est nécessaire de déter- miner la distance entre le bord supérieur de la matrice et la surface de pressage d'un poinçon inférieur fixe, et d'amener les surfaces de pressage des poinçons inférieurs restants (mobiles), de façon correspondant à la position du bord supérieur de la matrice, dans une position en hauteur relative appropriée pour cela (position de remplissage) pour le processus de remplissage Les signaux de réglage néces- saires pour cela sont créés par une commande électronique, qui détecte des écarts, par rapport aux valeurs de consigne, de la densité du corps comprimé, directement ou indirec- tement, automatiquement, après ou pendant le cycle de pressage Une détection directe de la densité peut être effectuée facilement pour un volume connu par une balance associée Des modifications de la densité peuvent être cependant également indirectement déterminées en se basant sur des modifications de la force de pressage sur les poinçons inférieurs et/ou le poinçon supérieur jusqu'à ce que l'on atteigne la position d'extrémité de pressage de consigne, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'on atteigne le volume de consigne du corps comprimé (voir le brevet DE-2 951 716 ou le document DE-91 02 414 5) On obtient déjà une amélioration grâce au procédé selon l'invention quand l'écart de réglage n'est détecté que de façon sommaire, ce qui est le cas pour la détermination de la densité par l'intermédiaire de la détection du poids et, par exemple, est également le cas quand seule la force de pressage totale de tous les poinçons inférieurs ou supérieur est mesurée. Le fait seul que les valeurs de correction individuelles des positions de remplissage des poinçons inférieurs ne présentent pas la même valeur absolue, agit dans le sens d'une diminution des différences de densité entre les5 gradins individuels du corps comprimé Dans cette forme de réalisation la plus simple de l'invention, les différences de densité se produisant cependant (diminuées par rapport au procédé antérieur) à l'intérieur du corps comprimé ne peuvent toutefois pas être détectées en détail. Cependant, cela change quand une détection des forces de pressage séparée est effectuée sur les poinçons inférieurs individuels Selon l'invention, au réglage effectué en première approximation, est en conséquence superposé un réglage plus fin, grâce auquel les grandeurs de correction15 pour les hauteurs de remplissage des poinçons inférieurs sont déterminées individuellement, en ce qui concerne leur valeur, en prenant également en compte la force de pressage individuelle détectée à chaque fois du poinçon inférieur correspondant Selon la valeur et le sens de l'écart de la20 force de pressage de la zone de consigne de la force de pressage, on effectue un fort réglage des valeurs de correction individuelles de façon surproportionnelle ou sous- proportionnelle par rapport aux autres poinçons individuels Ce réglage individuel permet également de25 compenser l'influence des déplacements de matière entre les colonnes de poudre (se trouvant au- dessus des surfaces de pressage) pendant le processus de compression La correction des hauteurs de remplissage est effectuée, de façon avan- tageuse, non pas en une étape unique mais de façon itérative30 en petits pas d'approximation sur de nombreux cycles de pressage Cela est souhaitable dans l'intérêt d'un réglage stable et, sans plus, est également tolérable, du fait que la densité de remplissage de la matière pulvérulente à comprimer ne varie pas, en règle générale, de façon brusque,35 mais graduelle. Du fait que les courses des poinçons inférieurs varient entre la position de remplissage et la position de pressage du fait de la correction des hauteurs de remplissage, les vitesses de pressage doivent être adaptées de façon analogue aux modifications de course, pour ne pas influencer les quantités de poudre relatives, qui sont déplacées entre des colonnes de poudre voisines pendant le processus de compres- sion, du fait de la correction des hauteurs de remplissage. La figure unique du dessin annexé, montrant trois situations différentes dans le cycle de pressage, à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La représentation partielle I montre une matrice 1, qui entoure, sous forme d'enveloppe, une cavité de moulage 6, la cavité de moulage 6 étant fermée, vers le bas, par trois poinçons inférieurs 2, 3, 4 agencés coaxialement l'un dans l'autre et mobiles les uns par rapport aux autres Le poinçon inférieur le plus interne 4 présente un perçage à travers lequel est guidée une broche centrale 5 agencée de même de façon coaxiale qui s'achève à fleur du bord supé- rieur de la matrice l et forme, dans le corps comprimé 8 à fabriquer, un passage correspondant. La presse agencée autour de cet outil de pressage, qui met en mouvement la matrice 1 et les poinçons 3, 4 et, le cas échéant, également le poinçon 2, n'est pas représentée, dans un but de simplification, de même que la commande électro- nique correspondante Quand les poinçons inférieurs 2, 3, 4 ont atteint leur position de remplissage, c'est-à-dire que leurs faces frontales supérieures (surfaces de pressage) sont à la distance de consigne prédéfinie du bord supérieur de la matrice, la cavité de moulage 6 présente un volume de remplissage prédéfini Alors, un sabot de remplissage non représenté peut être déplacé au-dessus du bord supérieur de la matrice, au-dessus de la cavité de moulage 6, le volume de remplissage étant totalement rempli, par la matière pulvérulente à comprimer, jusqu'au bord supérieur de la matrice. Après que l'on a retiré le sabot de remplissage, commence le processus de pressage proprement dit, un poinçon supérieur 7, qui présente un perçage correspondant à la broche centrale 5, étant tout d'abord abaissé en direction des poinçons inférieurs 2, 3, 4 et plongé dans la matrice 1. Dans le cas présent, le poinçon inférieur externe 2 est fixe, tandis que les deux poinçons inférieurs internes 3, 4 sont axialement mobiles au moyen d'entraînements hydrau- liques réglés en position, qui sont commandés par la commande électronique Une fois que le poinçon supérieur 7 s'est abaissé, lequel, pour un corps comprimé formé d'une autre façon, pourrait être également constitué de plusieurs poinçons supérieurs mobiles de façon indépendante, de façon correspondant à sa surface supérieure de consigne (de façon analogue aux poinçons inférieurs 2, 3, 4), la matrice 1, les poinçons inférieurs mobiles 3, 4, et le poinçon supérieur 7 sont déplacés vers le bas jusque dans leur position d'ex- trémité de pressage De plus, ces mouvements ont lieu à des vitesses différentes déterminées les unes par rapport aux autres, de façon que, relativement au volume introduit de la matière pulvérulente, les poinçons inférieurs 2, 3, 4 et le poinçon supérieur 7 compriment la poudre des deux côtés de la façon la plus uniforme possible Comme, dans le présent cas, le poinçon inférieur 2 est stationnaire, pour minimiser le frottement d'enveloppe contre la matrice 1, celle-ci doit être déplacée un peu vers le bas, comme cela est représenté sur la figure par les lignes de référence tracées dans la position III pour la position d'extrémité de pressage. Dans le cas d'une presse travaillant selon le procédé de contre-pressage, la matrice resterait immobile, tandis que les poinçons inférieurs et le poinçon supérieur seraient déplacés les uns par rapport aux autres Relativement au corps comprimé, ont lieu cependant des mouvements du même type indépendamment du procédé de pressage On reconnaît que, par rapport à la position de remplissage I, dans la position d'extrémité de pressage III, les poinçons indi- viduels ont effectué des courses différentes On peut déterminer des courses relatives (en référence à la masse de poudre), en ce que la course de la matrice l est soustraite de la course du poinçon correspondant. On obtient ainsi pour le poinçon inférieur 2, qui doit comprimer la plus haute colonne de poudre, la course relative la plus longue (égale à la course de la matrice). Pour le poinçon inférieur médian 3, qui comprime la colonne de poudre ayant la plus faible hauteur, la course réelle est en vérité la plus longue de tous les poinçons inférieurs 2, 3, 4, mais la course relative du poinçon inférieur 3 est la plus courte. Quand maintenant, sur la base d'une détermination de poids après un cycle de pressage ou en raison de la détection de la force de pressage sur le poinçon supérieur 7 et/ou sur les poinçons inférieurs 2, 3, 4 et d'une comparaison avec des forces de pressage de consigne correspondantes, un écart inadmissible de la densité du corps comprimé réalisé 8 d'une valeur de consigne prédéfinie est déterminé, la commande électronique effectue, dans un cycle de pressage suivant, une correction correspondante du volume de remplissage. Lorsque la densité est trop faible, le volume de remplissage est augmenté et, lorsque la densité est trop forte, il est diminué Le cas d'une augmentation du volume de la cavité de moulage initial 6 au volume corrigé de la cavité de moulage 6 ', est représenté, sur la figure, en tant que position II. il On voit que, dans ce cas, la matrice 1 n'est pas soulevée seule de la valeur a par rapport à la position de remplis- sage initiale, comme cela était le cas dans le procédé connu, du fait de quoi toutes les colonnes de poudre se trouvant au-dessus des surfaces de pressage des poinçons inférieurs étaient augmentées d'à chaque fois la même valeur. Plutôt, la position de remplissage est réglée, selon l'invention, de façon individuelle pour chaque poinçon inférieur 2, 3, 4 Comme le poinçon inférieur 2 est immobile, sa position de remplissage est déterminée seulement par la matrice 1 Le poinçon inférieur 3 est soulevé d'une valeur b, le poinçon inférieur 4 d'une valeur c Cela signifie que la correction des hauteurs de rem- plissage effective (relativement à la distance de la surface de pressage du bord supérieur de la matrice) est au moins égale à a-b pour le poinçon inférieur 3 et au plus égale à a pour le poinçon inférieur 2, tandis que la valeur de correc- tion pour le poinçon inférieur 4 vaut a-c. Ainsi, les valeurs de correction correspondent aux hauteurs de consigne des gradins du corps comprimé 8 à fabriquer. Cette stratégie de réglage représente la première étape du procédé selon l'invention et permet d'obtenir déjà une partie importante des buts visés. Un autre perfectionnement de l'invention consiste en ce que les forces de pressage de chaque poinçon inférieur indi- viduel 2, 3, 4 sont détectées (par exemple au moyen de bandes de mesure de dilatation) et sont comparées par la commande électronique à des valeurs de consigne prédéfinies. Grâce à cela, on obtient des indications sur des différences de densité possibles entre les colonnes de poudre de poin- çons inférieurs voisins, de sorte que, dans le sens d'un réglage superposé, de telles différences sont également minimisées De ce fait, on peut également surmonter les effet dus à des déplacements de la poudre à l'intérieur de la cavité de moulage pendant le processus de compression. Grâce à l'invention, il est possible de fabriquer des corps comprimés en une matière pulvérulente, en particulier en poudre métallique, ayant un volume constant et une densité très largement constante, des différences de densité à l'intérieur du corps comprimé étant minimisées Cela présente une importance particulière pour la fabrication de10 pièces précises ayant une densité élevée et une forme compliquée pour éviter de les mettre au rebut en particulier du fait de la formation de fissures lors du démoulage du corps comprimé. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer des corps comprimés à plusieurs gradins en une matière pulvérulente, en particulier en poudre métallique, laquelle est introduite dans une cavité de moulage (volume de remplissage) entourée par une matrice, 5 et est comprimée par des poinçons inférieurs mobiles les uns par rapport aux autres, dont les surfaces de pressage correspondent aux gradins du corps comprimé, et par au moins un poinçon supérieur destiné à être déplacé sur les poinçons inférieurs, la quantité de la matière pulvérulente intro-10 duite étant réglée à une valeur de consigne par correction du volume de remplissage par suite de modifications corres- pondantes des distances des surfaces de pressage des poinçons inférieurs du bord supérieur de la matrice (hauteurs de remplissage des poinçons inférieurs), et des écarts par rapport à la valeur de consigne étant automa- quement détectés, directement (par détermination du poids du corps comprimé), ou indirectement (par détection de la force de pressage des poinçons inférieurs et/ou supérieur), caractérisé en ce que la correction du volume de remplissage20 pour atteindre une densité la plus uniforme possible dans les différents gradins du corps comprimé est effectuée par des modifications à chaque fois différentes des hauteurs de remplissage des poinçons inférieurs individuels, de façon que les valeurs comparées des hauteurs de remplissage25 corrigées correspondent, en première approximation, aux valeurs comparées des hauteurs de consigne des gradins à chaque fois associés du corps comprimé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une commande électronique détecte les forces de pressage des poinçons inférieurs individuels, les compare à chaque fois à la force de pressage de consigne associée à ceux-ci, et, lors de la détermination d'écarts surproportionnellement grands, sur le ou les poinçons inférieurs correspondants, la correction des hauteurs de remplissage est effectuée de façon correspondante surpro- portionnellement grande. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la correction des hauteurs de remplissage a lieu de façon itérative dans plusieurs cycles de pressage. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les vitesses de pressage des poinçons sont déterminées de façon que ceux-ci atteignent leur position d'extrémité de pressage respective au même instant qu'avant la correction des hauteurs de remplissage. Presse pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant une matrice ( 1) stationnaire ou mobile dans la direction de pressage, qui entoure une cavité de moulage ( 6,6 '), un dispositif de remplissage pour remplir la cavité de moulage ( 6,6 ') d'une matière pulvérulente, en particulier de la poudre métallique, au moins un poinçon20 supérieur ( 7) et plusieurs poinçons inférieurs ( 2,3,4) hydrauliquement mobiles les uns par rapport aux autres, un dispositif pour détecter la force de pressage sur au moins un poinçon ( 2,3,4,7) et/ou un dispositif pour déterminer le poids du corps comprimé ( 8) créé sur la presse, et une25 commande électronique qui, lors d'écarts inadmissibles, grâce à une comparaison de la force de pressage détectée ou du poids du corps comprimé détecté avec des valeurs de consigne prédéfinies, corrige ( 6 ') la taille de la cavité de moulage ( 6) à remplir,30 caractérisée en ce que la commande électronique est pro- grammée de façon que la hauteur de remplissage, au-dessus des surfaces de pressage des poinçons inférieurs individuels ( 2,3,4), peut être modifiée individuellement de façon hydraulique, une modification du volume de la cavité de moulage ( 6,6 ') à remplir pour corriger les écarts détectés étant effectuée de sorte que les hauteurs de remplissage corrigées, en première approximation, sont à chaque fois, les unes par rapport aux autres, dans un rapport qui correspond au rapport respectif des hauteurs de gradins (valeur de consigne) sur le corps comprimé ( 8). 6 Presse selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif pour déterminer les forces de pressage reçoit séparément la force de pressage de chaque poinçon inférieur individuel ( 2,3,4), la fournit à la commande électronique, et la compare à des valeurs de consigne associées de façon correspondante, et en ce que la commande électronique présente une programmation grâce à laquelle, dans le cas d'écarts de la force de pressage de poinçons inférieurs individuels ( 2,3,4), superpropor- tionnellement grands en comparaison à d'autres poinçons inférieurs ( 2,3,4), la correction des hauteurs de rem- plisssage pour ces poinçons inférieurs ( 2,3,4) est effectuée avec une valeur surproportionnelle correspondante. 7 Presse selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce qu'au moins les entraînements hydrau- liques pour déplacer les poinçons inférieurs mobiles ( 3,4) sont réalisés dans le sens d'axes de pressage réglés en position. 8 Presse selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la matrice ( 1) est déplaçable hydrauliquement, de façon réglée en position, pour le réglage de la distance entre le bord supérieur de la matrice et la surface de pressage d'un poinçon inférieur fixe ( 4). 9 Presse selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que la commande électronique présente une programmation qui règle les vitesses lors du déplacement des poinçons inférieurs mobiles ( 3,4) et (lorsqu'il existe une matrice mobile ( 1)) la vitesse de la matrice ( 1) pendant le processus de pressage, de sorte que les poinçons inférieurs ( 3,4) parviennent dans leur position d'extrémité de pressage respective au même instant qu'avant la correction des hauteurs de remplissage.