Brevet FR2881106A1 — publié le 20060728

PROCEDE DE REMPLISSAGE D'UN RECIPIENT PAR AU MOINS UN MATERIAU EN POUDRE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN UVRE DUDIT PROCEDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte principalement à un procédé de remplissage d'un récipient par au moins un matériau en poudre, et à un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Les matériaux sous forme de poudre sont très nombreux, par exemple les lessives, le lait en poudre ou le ciment. Dans l'industrie, il s'agit des matériaux sous forme de poudre destinés à être mises en forme par exemple par frittage, par compression, par compression-frittage ou par compression isostatique à chaud. Ce sont par exemple des poudres métalliques, céramiques ou leur mélange. Il est possible d'obtenir des pièces de géométrie très complexe. Cependant, il est apparu que de l'air présent dans le moule avant remplissage est susceptible de rendre le remplissage non homogène, à l'origine de porosités dans la pièce moulée, de conduire à des densités apparentes faibles et dispersées, et d'allonger les temps de remplissage. De plus, la présence d'air est susceptible de perturber l'écoulement du matériau pulvérulent dans le moule. Le document US 2003/0113222 propose un dispositif permettant d'injecter de l'air dans le matériau pulvérulent au moment du remplissage du moule afin de répartir de manière homogène les différentes tailles des particules de matériau. Cependant rien n'est prévu pour palier au problème de l'air contenu dans le moule. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif de remplissage de récipient assurant un répartition homogène du matériau pulvérulent dans le récipient. C'est également un but de la présente invention d'offrir un remplissage accéléré du récipient. C'est également un but de la présente invention d'offrir un procédé de remplissage par des matériaux sous forme de poudre sûr et rapide. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ces buts sont atteints par un dispositif de remplissage muni d'au moins un conduit d'aération d'un moule destiné à être rempli au moyen dudit dispositif. En d'autres termes, avant le remplissage et/ou pendant le remplissage, des conduits sont prévus pour permettre à l'air de s'échapper du moule et de laisser la place à la poudre, ou d'être aspiré hors du moule, une légère aspiration accélérant le remplissage est alors générée. La présente invention a principalement pour objet un dispositif de remplissage d'un récipient par au moins une substance sous forme de poudre, ledit dispositif comportant un canal de remplissage destiné à amener le matériau d'une réserve de matériau à un orifice d'entrée du récipient caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens pour évacuer un fluide pneumatique contenu dans ledit récipient. Notamment, les moyens d'évacuation comportent au moins un conduit destiné à raccorder l'intérieur du récipient à un environnement extérieur au récipient lors de la phase de remplissage, dit premier conduit et/ou un conduit destiné à évacuer l'air avant le remplissage, dit deuxième conduit. Avantageusement, le deuxième conduit d'évacuation se raccorde au premier conduit. Dans un premier mode de réalisation, le premier conduit d'évacuation est interne au canal de remplissage. De manière avantageuse, un moyen d'aspiration de l'air contenu dans le récipient est connecté au premier et/ou au deuxième conduits. Dans un premier exemple de réalisation, le moyen d'aspiration est une pompe pneumatique. Dans le cas où le premier conduit d'évacuation est interne au canal de remplissage, le premier conduit peut se raccorder à la pompe par au moins deux conduits secondaires, avantageusement trois, répartis angulairement de manière régulière autour du premier conduit. Dans un deuxième mode de réalisation, ledit moyen d'aspiration est monté dans le canal de remplissage et est formé par au moins une pale montée sur une face inférieure d'un disque destiné à être entraîné en rotation autour de son axe, ledit disque comportant dans sa partie centrale un orifice raccordé au premier conduit d'évacuation. On peut également prévoir au moins un élément de distribution du matériau en poudre dans le récipient en saillie d'une face supérieure du disque. Le dispositif de remplissage peut également comporter un noyau cylindrique disposé axialement en dessous du plateau et comportant un troisième conduit d'évacuation disposé au droit du premier conduit et débouchant dans la partie supérieure du récipient par au moins un conduit secondaire. De manière avantageuse, le dispositif comporte plusieurs conduits secondaires répartis angulairement de manière régulière autour du troisième conduit. Selon un autre exemple de réalisation du dispositif de remplissage selon la présente invention, le disque d'aspiration et un disque de distribution distinct du disque d'aspiration et placé avant le disque d'aspiration dans le sens de remplissage du matériau, sont solidaires en rotation d'un arbre apte à être entraîné en rotation et dans lequel est pratiqué le premier conduit d'évacuation. Selon un mode de réalisation, le dispositif de remplissage est sous forme d'un sabot destiné à glisser sur une table comportant un orifice raccordé à l'entrée d'un récipient. Le dispositif selon la présente invention est notamment destiné à remplir au moins un moule pour fabriquer des pièces par frittage, par compression, par compression-frittage ou par compression isostatique à chaud. La présente invention a également pour objet un procédé de remplissage d'un récipient par au moins un matériau en poudre comportant entre autres l'étape d'évacuer l'air contenu dans le récipient lors de la mise en place du matériau en poudre et/ou préalablement à la mis en place dudit matériau. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit et des dessins en annexes pour lesquels la partie supérieure et inférieure sont respectivement le haut et le bas des dessins. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple d'un dispositif de 15 remplissage selon la présente invention; -la figure 2 est une représentation schématique du dispositif de la figure la dans une phase préalable au remplissage; - la figure 3 est une représentation 20 schématique du dispositif de la figure 1 en début de remplissage; - la figure 4 une représentation schématique du dispositif de la figure 1 en fin de remplissage; - la figure 5 est une représentation schématique d'un deuxième exemple d'un dispositif de remplissage selon la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon la 30 présente invention; - la figure 7 est une vue en perspective isométrique d'un détail de la figure 6. - la figure 7a est une vue de détail de la figure 7. - la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'un autre exemple du deuxième mode réalisation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure la, on peut voir un premier exemple du premier mode de réalisation d'un dispositif de remplissage selon la présente invention comportant un sabot 2 dit de remplissage destiné à glisser selon la flèche F sur une table 4 dans laquelle sont pratiquées des cavités 6 à remplir, par exemple des moules. Le sabot comporte un canal de remplissage 8 raccordé à une réserve de matériau pulvérulent (non représenté) par une extrémité supérieure 7, le canal 8 débouche dans une partie inférieure 10 ou semelle destinée à être en contact de la table 4, par un orifice d'écoulement 12 par lequel le matériau pulvérulent vient s'écouler dans le récipient 6. Selon la présente invention, le sabot comporte également des moyens 14 permettant un fluide pneumatique contenu dans le récipient 6, par exemple de l'air d'être évacué du récipient. Dans l'exemple représenté, les moyens 14 comportent un premier conduit 16 destiné à permettre l'évacuation de l'air du récipient 6 pendant le remplissage, c'est-à-dire lorsque le matériau en poudre pénètre dans la cavité. Le dispositif comporte également de manière avantageuse un deuxième conduit 18 d'évacuation destiné à permettre à l'air de sortir du récipient 6 avant le début du remplissage (figure 2). Mais il est bien entendu, qu'une évacuation de l'air uniquement avant le remplissage ou uniquement pendant le remplissage ne sort pas du cadre de la présente invention. Dans l'exemple représenté, le premier conduit 16 est disposé à l'intérieur du canal de remplissage de manière sensiblement coaxiale pour ne pas gêner un écoulement uniforme du matériau dans le canal 8. Le premier conduit 16 débouche par une première extrémité inférieure 22 dans l'orifice d'écoulement 12 du canal 8. Le deuxième conduit 18 est pratiqué directement dans le sabot et débouche par une première extrémité 20 en avant de l'extrémité 22 dans le sens de la flèche F, dans la semelle 10 du sabot et par une deuxième extrémité 23 dans le premier conduit 16. L'air est évacué par une deuxième extrémité 25 supérieure du premier conduit 16 hors du canal de remplissage. Le conduit 16 traverse dans le mode de réalisation représenté la périphérie du canal ou tube 8. De manière avantageuse, le raccordement du conduit 16 à l'environnement extérieur est réalisé par au moins deux tubes secondaires disposées de manière symétrique par rapport à l'axe du conduit 16, de façon à perturber le moins possible la symétrie d'écoulement de la poudre en aval de la bifurcation du conduit 16. De manière préférentielle, il s'agit de trois tubes secondaires réparties angulairement de manière régulière à 120 ou six tubes secondaires à 60 autour de l'axe du canal. Il est bien entendu que l'on pourrait prévoir un premier et un deuxième conduits complètement indépendants et reliés à l'environnement extérieur de manière indépendante. De manière avantageuse, afin d'extraire l'air contenu dans le récipient avant et pendant le remplissage, il est prévu une pompe pneumatique 24 raccordée à l'extrémité supérieure du premier conduit 16 et apte à extraire l'air contenu dans le récipient. Il est bien entendu que l'on peut envisager une pompe extrayant l'air du récipient uniquement avant le remplissage, soit en prévoyant des premier 16 et deuxième 18 conduits complètement séparés ou en n'actionnant la pompe que préalablement au remplissage. L'utilisation de cette pompe a pour avantage d'accélérer la vitesse de remplissage du fait de l'aspiration générée par la pompe à l'intérieur du récipient. La pompe est avantageusement raccordée au 20 premier conduit 16 au moyen d'un tuyau souple, s'adaptant aux déplacements du sabot. La pompe pneumatique 24 génère, par exemple une dépression de 105Pa, ce qui est suffisant pour obtenir de bonnes performances d'écoulement sans entraîner de poudre dans les conduits d'extraction d'air. De façon avantageuse, dans le mode de réalisation comportant une pompe pneumatique, on peut prévoir des filtres disposés au niveau des extrémités inférieures 22 et 20 respectivement des premier 16 et deuxième 18 conduits, formant des barrières pour le matériau en poudre afin d'éviter son aspiration par les conduits:16 et 18. Il est bien entendu qu'un dispositif comportant plusieurs conduits 16 et/ou 18 pour extraire l'air de la cavité à remplir ne sort pas du cadre de la présente invention. Nous allons maintenant décrire le processus de remplissage d'un récipient 6. Sur la figure 2, la première extrémité 20 du deuxième conduit 18 est en regard du récipient 6, l'air contenu dans le récipient 6 est aspiré et évacué vers l'extérieur. Le sabot continue à se déplacer dans le sens de la flèche F (figure 3), l'orifice d'écoulement 12 vient en regard du récipient 6, le remplissage commence, la poudre s'écoule dans le récipient. Le premier conduit 16 entre en communication avec l'intérieur du récipient 6, l'air est évacué soit naturellement(l'air est chassé du fait de l'arrivée du la poudre), soit par aspiration. Sur la figure 4, le sabot s'est encore déplacé dans le sens de la flèche F, l'orifice d'écoulement va bientôt dépasser l'entrée du récipient 6. Le remplissage est bientôt terminé. Lorsque l'orifice d'écoulement 12 a complètement dépassé l'entrée du récipient, le remplissage est interrompu. Sur la figure 5, on peut voir un deuxième exemple réalisation dans lequel, le sabot 2 comporte un canal de remplissage 8 et un conduit d'évacuation 18 d'air distincts, le conduit 18 permettant d'évacuer l'air avant le remplissage, lorsque son extrémité inférieure 20 est en regard de la cavité de remplissage. De manière avantageuse, le conduit d'évacuation 18 est raccordée à une pompe pneumatique 24. Le conduit d'évacuation 18 forme le deuxième conduit tel que décrit précédemment. Sur les figures 6 et 7, on peut voir un premier exemple d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention dans lequel le matériau en poudre est distribué de manière homogène par mise en rotation d'une partie du dispositif de remplissage. Le dispositif de remplissage selon le deuxième mode de réalisation comporte une enveloppe 101 cylindrique destinée à être disposée au dessus d'un récipient à remplir (non représenté) et formant un canal de remplissage entre un réservoir de poudre et le récipient. Le dispositif comporte également des moyens de distribution 100, disposés dans le canal de remplissage et formés par un plateau 103 d'axe X, destiné à être mis en rotation autour de cet axe X. Dans l'exemple représenté, le disque est muni sur une face supérieure 102 d'au moins un élément de distribution 104 s'étendant sensiblement radialement sur la plateau, en forme de baguette. La baguette 104 est destinée à distribuer de manière homogène la poudre apportée par une trémie disposée au dessus du dispositif de remplissage (non représentée). Il est bien entendu que l'élément 104 peut avoir toute forme adaptée à distribuer la poudre. Le dispositif comporte également sur une face inférieure 106 du disque 103 au moins une pale d'aspiration d'air 107 (en traits interrompus) destinée à provoquer un tourbillon afin d'évacuer l'air contenu dans le récipient à remplir. Le plateau 103 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un arbre 108 d'axe coaxial à l'axe X dans lequel est pratiqué un premier conduit d'extraction 116 de l'air aspiré par l'écope 107. Un orifice 113 est pratiqué dans la partie centrale du disque du côté de la face inférieure 106 pour mettre en communication l'espace situé en dessous du disque et le premier conduit 116. Ainsi lors du remplissage, simultanément à la distribution uniforme de la poudre autour de l'axe X dans le moule, l'air est aspiré selon le chemin indiqué par les flèches A. Dans d'aspiration, a turbine adaptée bien entendu, différentes. l'exemple représenté, la pale sensiblement la forme d'une pale de à générer une dépression Mais il est qu'elle peut avoir des formes Le dispositif selon la présente invention comporte également un noyau central 109 en forme d'un cylindre régulier disposé axialement en dessous du plateau et muni également d'un troisième conduit d'aspiration 110 disposé au droit du premier conduit d'extraction 116, de manière à aspirer l'air contenu dans la fond du récipient. Le conduit d'aspiration 110 dans sa partie inférieure se sépare avantageusement en plusieurs conduits secondaires 112 distribuées angulairement de manière régulière autour de l'axe du conduit d'aspiration 110 de façon à avoir une aspiration de l'air uniforme dans le moule. Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement d'un tel dispositif. Dans une première étape, le dispositif est placé au dessus du récipient. Dans une deuxième étape, le disque 103 est mis en rotation, en particulier la pale 106, l'air contenu dans le récipient est alors aspiré par les conduits 112, 110 et 109 dans le sens de la flèche Dans une troisième étape, la trémie est ouverte de manière à permettre l'écoulement de la charge de poudre qu'elle contient, dans le conduit de remplissage et en particulier sur le plateau. Du fait de la rotation du plateau et de la baguette de distribution, la poudre est éjectée de manière uniforme contre les parois du canal de remplissage et tombe dans le récipient. Simultanément au remplissage, l'air continue d'être évacué. Sur la figure 8, on peut voir un deuxième exemple du deuxième mode de réalisation d'un dispositif de remplissage selon la présente invention. Ledit dispositif comporte un plateau de distribution 120 et un plateau d'aspiration 103 distincts, le plateau d'aspiration 103 étant destiné à être placé à proximité de l'orifice de remplissage du récipient 6 et le plateau de distribution 120 au dessus du plateau d'aspiration 103. Les deux plateaux sont liés en rotation à un arbre 122 apte à être entraîné en rotation autour de l'axe X, et percé d'un premier conduit d'évacuation longitudinale 116, débouchant par une extrémité dans une face inférieure du disque d'aspiration 103 et par une autre extrémité dans l'environnement extérieur. Lors d'une phase de remplissage, l'arbre 5 est mis en rotation, provoquant une aspiration de l'air contenu dans le récipient. Puis le matériau est déversé sur le disque de distribution qui répartit le matériau dans le récipient, le disque d'aspiration continue à aspirer l'air dans le récipient. Dans ce mode de réalisation, le premier conduit d'évacuation d'air lors du remplissage et le deuxième conduit d'évacuation d'air avant le remplissage sont confondus. La présente invention a alors pour avantages de conduire à une meilleure homogénéité du remplissage du moule. Ainsi, pour une pièce axisymétrique, elle permet d'assurer une meilleure répartition circonférentielle de densité de la poudre. De plus, le dispositif selon la présente invention permet de conduire à des temps de remplissage diminués par rapport à des systèmes de type connu. Dans la production de grande série, le gain en temps obtenu lors du remplissage conduit à des gains de productivité importants. La présente invention est également très avantageuse dans le cas de remplissage par de poudres ultrafines. En effet, les poudres fines, telles que des poudres micrométriques de type Sm-Co sont difficilement manipulables à l'aide des systèmes de remplissage de type classique, puisque la présence d'air dans la matrice perturbe l'écoulement de la poudre lors de sa chute clans la cavité à remplir. La présence invention conduit à des performances proches de celles obtenues avec un système de remplissage sous vide. Or la mise en oeuvre du remplissage sous vide n'est pas réalisable en environnement industriel. La présente invention s'applique en particulier au remplissage de moule par une poudre ou un mélange de poudres pour la réalisation des pièces par frittage, par compression, par compression--frittage ou par compression isostatique à chaud. Mais il est bien entendu, que le dispositif de remplissage selon la présente invention permet de remplir de manière uniforme tout type de récipient avec un matériau sous forme de poudre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de remplissage d'un récipient par au moins une substance sous forme de poudre, ledit dispositif comportant un canal de remplissage (8,100) destiné à amener le matériau d'une réserve de matériau à un orifice d'entrée du récipient caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens (14,110) pour évacuer un fluide pneumatique contenu dans ledit récipient. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens d'évacuation (14,110) comportent au moins un conduit (16,116) destiné à raccorder l'intérieur du récipient à un environnement extérieur au récipient lors de la phase de remplissage, dit premier conduit. 3. Dispositif selon la revendication 2, 20 dans lequel le premier conduit d'évacuation (16,116) est interne au canal de remplissage (8). 4. Dispositif de remplissage selon la revendication 1 à 3 dans lequel les moyens d'évacuation (22) comportent un conduit (18) destiné à évacuer le fluide pneumatique avant le remplissage, dit deuxième conduit. 5. Dispositif de remplissage selon la 30 revendication 4 pris en combinaison avec la revendication 2, dans lequel le deuxième conduit d'évacuation (18) se raccorde au premier conduit (16). 6. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications 2 à 5 comportant un moyen d'aspiration (24) de l'air contenu dans le récipient et connecté au premier (16) et/ou au deuxième (18) conduits. 7. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le moyen d'aspiration est une pompe pneumatique (24). 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7 prise en combinaison avec la revendication 3 dans lequel le premier conduit (16) se raccorde à la pompe par au moins deux conduits secondaires, avantageusement trois, répartis angulairement de manière régulière autour du premier conduit. 9. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif ayant la forme d'un sabot (2) destiné à glisser sur une table (4) comportant un orifice raccordé à l'entrée d'un récipient. 10. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel ledit moyen d'aspiration est monté dans le canal de remplissage et est formé par au moins une pale (107) montée sur une face inférieure (106) d'un disque (103) destiné à être entraîné en rotation autour de son axe (X), ledit disque (103) comportant dans sa partie centrale un orifice (113) raccordé au premier conduit (116) d'évacuation. 11. Dispositif selon la revendication 10 comportant également au moins un élément (104) de distribution du matériau en poudre dans le récipient en saillie de la face supérieure du disque(102). 12. Dispositif de remplissage selon l'une des revendications 10 ou 11, comportant également un noyau cylindrique (108) disposé axialement en dessous du plateau (103) et comportant un troisième conduit d'évacuation (110) disposé au droit du premier conduit (116) et débouchant dans la partie inférieure du récipient par au moins un conduit secondaire (112). 13. Dispositif selon la revendication précédente comportant plusieurs conduits secondaires (112) répartis angulairement de manière régulière autour du troisième conduit (110). 14. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le disque d'aspiration (103) et un disque de distribution (120) distinct du disque d'aspiration (103) et placé avant le disque d'aspiration (103) dans le sens de remplissage du matériau, sont solidaires en rotation d'un arbre (122) apte à être entraîné en rotation autour de l'axe (X) et dans lequel est pratiqué le premier conduit d'évacuation (116). 15. Dispositif de remplissage selon l'une quelconque des revendications précédentes destiné à remplir au moins un moule pour fabriquer des pièces par frittage, par compression, par compression-frittage ou par compression isostatique à chaud. 16. Procédé de remplissage d'un récipient par au moins un matériau en poudre comportant entre autres l'étape d'évacuer l'air contenu dans le récipient lors de la mise en place du matériau en poudre et/ou préalablement à la mise en place dudit matériau.