Brevet FR2942733A1 — publié le 20100910

OUTILLAGE DE PRESSE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un outillage de 5 presse. La fabrication des pièces mécaniques par un pressage de poudres pour donner une ébauche compacte, suivi d'un frittage, peut impliquer l'emploi de machines de compression uniaxiale comprenant une 10 matrice dans un logement de laquelle la poudre est versée et un poinçon s'engageant dans le logement pour réaliser la compression de la poudre ou, en variante, une paire de poinçons s'engageant par deux extrémités opposées du logement dans deux sens opposés. Ces 15 presses fonctionnent à des cadences relativement élevées. Les applications sont nombreuses: elles peuvent concerner des pièces mécaniques en métal ou en céramique comme les engrenages, les aimants, les pastilles des combustibles nucléaires, etc. 20 Ce genre de procédé présente toutefois des inconvénients. L'un des plus importants apparaît au démoulage de la pièce comprimée en la sortant progressivement par un mouvement axial de poussée du logement. La compression a produit des contraintes 25 radiales dans la pièce, qui se libèrent à mesure qu'elle sort du logement. Les risques d'endommagement de la pièce par fissuration ou rupture sont fréquents à l'orifice du logement, entre les portions encore contraintes et les portions subitement relâchées. Un 30 autre inconvénient qu'on observe est que les pièces qui 2 ont résisté au démoulage ont souvent des variations notables de dimension radiale. En effet, la compression n'est pas uniforme mais au contraire plus forte près du poinçon ou des poinçons, et en conséquence la densité de la pièce est plus grande à ces endroits. Quand le frittage est accompli, le retrait de la pièce est d'autant moins important que la densité est plus grande, de sorte que les pièces finies tendent à prendre une forme légèrement conique quand un poinçon unique a été employé, ou biconique et cintrée au milieu, en forme de diabolo, quand deux poinçons ont été employés. Les défauts de dimensions ou de forme peuvent conduire au rebut d'un grand nombre de pièces. Divers procédés ont été employés pour améliorer la qualité des pièces. On peut citer l'utilisation d'additifs lubrifiants ou liants dans les poudres ou le choix de séquences particulières de compression par les poinçons; mais les additifs nuisent au frittage puisqu'ils sont volatils et peuvent être polluants, et les seconds procédés ralentissent beaucoup les cadences de production. Ces deux groupes de procédés remédient d'ailleurs plutôt à d'autres défauts, comme une cohésion insuffisante de la matière après la compression. D'autres procédés consistent à pourvoir l'orifice du logement de la matrice d'un chanfrein ou d'un rayon de raccordement pour éviter à la pièce en cours de démoulage une transition brusque entre l'état contraint et l'état relâché, mais ce procédé est efficace seulement avec des profils d'orifice bien 3 déterminés et particuliers à chaque variétés de pièces, de sorte qu'il est difficile à mettre en oeuvre. D'autres procédés encore consistent à ajouter dans la matrice des tubes de caoutchouc ou d'autres matières souples qui facilitent le démoulage et sont ensuite sacrifiés, mais cela est aussi coûteux. Enfin, un autre genre de procédés, décrit par exemple dans le document US-B-7 128 547, consiste à diviser la matrice en secteurs qui sont assemblés pendant l'exécution de la compression et écartés ensuite de manière à relâcher les contraintes de compression résiduelle à la fois pour toute la pièce. Les réalisations de tels procédés souvent ne comprennent pas de moyen pour retenir les secteurs de matrice une fois qu'elle a été desserrée, ce qui les rend inaptes à l'automatisation. D'autres comportent un mécanisme de commande des mouvements des secteurs permettant d'automatiser le procédé, mais ils sont complexes, imposant l'emploi d'actionneurs des secteurs, et ils ne garantissent pas vraiment que les secteurs sont bien jointifs quand la poudre est versée, ce qui est nécessaire pour une bonne fabrication. L'invention a été conçue pour obvier à ces inconvénients et permettre une compression automatique et fiable de pièces à cadence élevée tout en réduisant les risques de dommages au démoulage et les défauts ultérieurs de forme et de dimension. Sous une forme générale, l'invention concerne aussi un outillage d'une presse comprenant au moins un poinçon mobile, l'outillage comprenant une matrice dans laquelle pénètre le poinçon, la matrice 4 étant composée de secteurs, un châssis entourant la matrice, qui s'appuie sur le châssis de façon glissante par des surfaces coniques, une couronne sur une surface en relief de laquelle le châssis est posé par des galets, un moyen d'application du châssis contre la couronne, et un support de la couronne et de la matrice. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue générale de l'outillage sur presse, - la figure 2 est une vue générale, en coupe, de l'outillage, - la figure 3 est une vue de côté de l'outillage, - la figure 4 est une vue en développé de la came réglant la hauteur de la bague de cerclage de la matrice, - la figure 5 est une vue rapprochée, en coupe diamétrale, de la matrice et du logement, - la figure 6 est une vue de dessus de la matrice, - et la figure 7 est une vue schématique d'une autre réalisation de l'invention. La figure 1 représente une presse comprenant un système de commande 1, un poinçon supérieur 2, un poinçon inférieur 3 et un outillage 4 spécifique à l'invention qui comprend une matrice 5. Le poinçon supérieur 2 et le poinçon inférieur 3 comprennent des tiges 6 et 7 dirigées l'une vers l'autre. La matrice 5 comprend un logement 8 dans l'alignement des tiges 6 et 7, qui peuvent y pénétrer entre des orifices 9 et 10 opposés. Le piston inférieur 3 et sa tige 7 comprennent une aiguille 37 qui y coulisse, et la tige 6 du piston supérieur 2 comprend un logement 11 en face de l'aiguille 37, qui peut y pénétrer. Cette disposition permet de comprimer des pièces creuses, de forme annulaire. L'invention n'est pas limitée à cette situation et concerne aussi des presses dépourvues d'aiguille, éventuellement à poinçon unique; le logement serait alors pourvu d'un seul orifice et comprendrait un fond de l'autre côté. Le système de commande 1 régit le mouvement des poinçons 2 et 3 et de la tige 6. On passe maintenant à la description de l'outillage 4 au moyen de la figure 2. Il comprend un support 12 en forme de plateau sur lequel s'élève une paroi 13 circulaire. Une empreinte 14 est délimitée par la paroi 13 et reçoit une couronne 15. La couronne 15 glisse sur une piste 16 de l'empreinte 14 et peut tourner en glissant autour de la face interne de la paroi 13. La couronne 15 s'élève au-dessus de la paroi 13 à sa partie supérieure, où elle comprend une denture 17 saillant à l'extérieur. Le support 12 porte un palier 18 (figure 3) de maintien rotatif d'un pignon 19, et il porte aussi un moteur 20 d'entrainement du pignon 19. La matrice 5 comprend une partie inférieure unitaire 21 en forme de cylindre creux, posée sur le support 12, et une partie supérieure 22 surmontant la précédente, solidaire d'elle, composée de secteurs de cercle 23 jointifs, au nombre de trois par exemple (figure 5). Le30 6 logement 8 est inscrit dans cette partie supérieure 22. La partie inférieure 21 et le support 12 sont évidés pour livrer passage au poinçon inférieur 3. Un châssis 24 entoure la partie supérieure de la matrice 5. Il comprend une bague 25 entourant les secteurs 23 pour maintenir leur cohésion, et un plateau 26. Le plateau 26 porte des tiges 27 (au nombre de deux semblables et opposées, une seule étant représentée, à la figure 3) pointant vers le bas et engagées dans les canons 28 fixés au support 12. Des ressorts 29 montés dans les canons 28 attirent les tiges 27 vers le bas. Et la bague 25 est munie d'un trio d'axes 30 d'orientation radiale dont chacun porte un roulement 31. La figure 4 montre que les roulements 31 pèsent sur une face supérieure 32 de la couronne 15 et qui comprend trois cames 33 inclinées, en phase avec les roulements 31 respectivement. Quand le moteur 20 tourne, le pignon 19 entraîne la couronne 15 en rotation, et les cames 33 se déplacent sous les roulements 31, dont l'altitude varie avec celle de la bague 15 ; or les faces extérieures des secteurs 23 et les faces intérieure de la bague 25 sont inclinées et forment des ajustements coniques 34 qu'on a représentés à la figure 6 (en exagérant fortement leur inclinaison à des fins de clarté). De plus, les faces intérieures des secteurs 23, délimitant le logement 8, ne sont pas non plus cylindriques mais en contre-dépouille depuis les orifices 9 et 10, c'est-à-dire que le logement 8 s'élargit légèrement depuis les orifices 9 et 10 à des portions coniques 35 et 36, respectives jusqu'au centre, contrairement à une disposition courante dans ce genre technique, où des dispositions en dépouille sont courantes pour favoriser le démoulage de pièce. La machine fonctionne comme suit. Un sabot non représenté verse de la poudre à compacter dans le logement 8, le piston inférieur 3 obturant le fond. Le piston supérieur 2 est baissé quand le sabot a été retiré, et il s'ensuit le compactage de la poudre, le poinçon inférieur 3 pouvant aussi être mis en mouvement. L'aiguille 37 est elle aussi mise en mouvement si cela est prévu. Quand le compactage est réalisé, le poinçon supérieur 2 est relevé et une rotation du moteur 20 provoque le déplacement de la bague 25 et son abaissement, ce qui permet aux secteurs 23, restant à la même hauteur puisqu'en appui sur la partie fixe 21, de s'écarter par glissement des surfaces aux ajustements coniques 34 et d'ouvrir la matrice 5 jusqu'au relâchement des contraintes radiales de compression de la pièce comprimée dans le logement 8. L'ouverture est limitée à quelques degrés par la contrainte élastique qui apparaît au pied des secteurs 23, à leur raccordement à la partie inférieure 21. La matrice 5 peut être construite en titane pour posséder l'élasticité voulue. La flexion est suffisante, grâce à la finesse de la partie inférieure 21. Cet outillage se prête très bien à l'automatisation puisque les secteurs 23 retenus dans la bague 25 restent soutenus et guidés par celle-ci et la partie inférieure 21, sans possibilité de choir ou de se disperser d'une autre façon. Leur mise en position est obtenue avec précision. Le dispositif est simple et donc fiable, d'autant plus qu'il dépend d'un seul moteur et ne fait pas appel à des transmissions délicates. Les ajustements coniques 34 ont en pratique quelques degrés d'inclinaison, et les inclinaisons des portions coniques 35 et 36 du logement 8 sont faibles aussi et compensent simplement les retraits différentiels des pièces au frittage d'après les irrégularités de compression et de densité. Quelques pour-cents ou quelques pour-mille sont usuels. Les inclinaisons ne sont pas forcément uniformes sur la hauteur du logement 8 : elles doivent plutôt être déterminées par le concepteur en fonction des résultats d'une première série d'essais de compression et de frittage, qui lui aura indiqué de façon empirique les défauts de forme et de dimension des pièces et donc les compensations à opérer pour le rayon du logement 8 à chaque hauteur. Il procède alors a un usinage rectificatif des faces internes des secteurs 23. La figure 7 représente un mode de réalisation un peu différent, où les secteurs 23 sont remplacés par d'autres secteurs 40, ici à conicité unique des faces intérieures 42, de sorte que le logement 41 s'épanouit vers le bas. La partie inférieure 43 de la matrice est ici pleine donc unitaire et forme un fond 44 continu, auquel les secteurs 40 sont joints, pour le logement 41. Cette disposition convient bien à une machine dépourvue de poinçon inférieur, où le poinçon supérieur assume donc seule la compression. De plus, les secteurs 40 sont pourvus 30 d'inserts 46 amovibles fixés sur leur face interne, qui 9 subissent donc l'usinage de correction de profil et qui peuvent être remplacés sans que la matrice 5 doive être changée elle-même quand une pièce différente doit être fabriquée. Les inserts 46 peuvent être en acier au carbure pour posséder une grande dureté. Ils pourraient aussi équiper le mode de réalisation précédent. Le reste du dispositif est inchangé. 15 REVENDICATIONS1) Outillage (4) d'une presse comprenant au moins un poinçon mobile (2, 3), l'outillage comprenant une matrice (5) dans laquelle pénètre le poinçon, la matrice étant composée de secteurs (23), un châssis (24) entourant la matrice, qui s'appuie sur le châssis de façon glissante par des surfaces coniques (34), une couronne (15) sur une face en relief de laquelle le châssis (24) est posé par des galets (31), un moyen (29) d'application du châssis contre la couronne, et un support de la couronne (15) et de la matrice (5). 2) Outillage selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce qu'il comprend deux poinçons mobiles, la matrice étant évidée de part en part et le support comportant un évidement de passage d'un des poinçons. 3) Outillage selon la revendication 1 ou 2, 20 caractérisé en ce que le support (12) comprend une empreinte circulaire (14) dans laquelle la couronne (15) est logée, la couronne comprend une denture {17) dépassant de l'empreinte, et un pignon (19) entraîné par le moteur {20) est monté sur le support (12) et 25 engrène avec la denture {17). 4) Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matrice comprend un logement en contre-dépouille depuis un 30 orifice par lequel le poinçon mobile y est introduit. 5) Outillage selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que la matrice comprend un logement doublement en contre-dépouille depuis des orifices opposés par lesquels les poinçons mobiles y sont respectivement introduits. 6) Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matrice (5) comprend encore une partie (21, 43) unitaire à laquelle les secteurs {23, 40) sont joints. 7) Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les secteurs (23), sont usinés à leur face interne à inclinaison de conicité variable sur leur hauteur en fonction de défauts de forme et de dimensions de pièces fabriquées par la presse. 8) Outillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les secteurs (23) comprennent des inserts (46) amovibles à leur face interne, qui portent ladite face interne à conicité variable. 9) Outillage selon la revendication 8, 25 caractérisé en ce que les inserts (46) sont en acier au carbure. 10) Outillage selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que la matrice (5) est en titane.