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L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la fabrication d'ébauches par compression. Son application' peut avoir lieu dans les domaines les plus divers de la technique, qu'il s'agisse de la formation préalable de masses comprimées de matières pulvérisées à l'état le plus fin ou de masses gra- nulaires, plastiques ou sèches comprimées, ou qu'il s'agisse de compression et de tassement à froid ou à chaud. Des produits fibreux et volumineux et toutes masses de natures quelques peu- vent également entrer en ligne de compte.
Dans la fabrication d'ébauches par compression avec tasse- ment, c'est-à-dire réduction du volume, il s'agit d'abord d'ex- pulser l'ai-r contenu dans la masse comprimée, de telle sorte que les particules de matière s'appliquent étroitement les unes contre les autres en réduisant les vides ou espaces creux.
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La compacité est d'autant plus grande que cette cohésion est réalisée plus complètement. La durée de l'opération de compres- sion proprement dite jusqu'à la compression finale est dans une grande mesure une question dépendant de l'expulsion de l'air, du déplacement de la masse à comprimer pendant le tassement et de l'importance du frottement des parois qui sont tous des fac- teurs variant suivant la structure de la masse comprimée. Une cohésion excessive des particules de la masse ainsi que les tensions internes qui en résultent et les frottements intérieurs de la masse de compression sont préjudiciables comme le mon- trent les études sur lesquelles se base l'invention. De même il faut éviter la formation de zones, de plages ou de couches.
Il est important au point de vue de la qualité de l'ébau- che d'obtenir une compacité aussi uniforme que possible ce que les procédés habituellement employés jusqu'ici ne permettent pas de réaliser dans la mesure désirée. En particulier, la for- mation de zones peut à peine être évitée. L'invention indique sous ce rapport un moyen qui permet d'obtenir une amélioration considérable à ce point de vue, et le procédé pour la confec- tion d'ébauches au moyen de presses,'suivant l'invention, est caractérisé en ce que la masse à former ou mouler est comprimée à l'intérieur d'un seul et même moule suivant les trois dimen- sions.
On peut réaliser ce procédé dans le cas le plus simple en comprimant préalablement la masse à former suivant deux di- mensions, successivement ou simultanément, et en la comprimant définitivement ensuite suivant la troisième dimension. En prin- cipe le procédé peut aussi être réalisé en sens inverse, c'est- à-dire, qu'on peut effectuer la compression préalable suivant une seule dimension et la compression définitive suivant la deuxième et la troisième dimensions soit simultanément soit successivement. On obtient encore une meilleure texture lorsqu'
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on effectue la compression non en plusieurs fois successivement mais en quelque sorte en une seule fois, suivant les trois dimensions.
Une caractéristique importante de l'invention réside en tout cas dans le fait que l'opération de compression se fait à l'intérieur d'un seul moule ou matrice, car il est connu de presser d'abord une ébauche suivant une dimension ou suivant deux dimensions et de la transférer ensuite dans une autre presse où la compression est effectuée suivant la troisième dimension. La compression à l'intérieur d'un moule ou matrice unique, suivant les trois dimensions, assure, contrairement au procédé ci-dessus, un traitement moins sujet à des détériora- tions de l'ébauche et une simplification du travail.
Dans le procédé particulièrement avantageux de la compres- sion en quelque sorte simultanée suivant les trois dimensions les éléments de la masse à comprimer s'enclavent mieux les uns dans les autres, de telle sorte qu'on obtient une texture plus compacte. La pression exercée par la presse s'étend jusqu'à l'intérieur en partant de tous les points de la surface exté- rieure, de telle sorte qu'il se forme sur toutes les surfaces une couche externe durcie de nature partout uniforme.
Bien que dans tous les cas on puisse en principe opérer suivant chacune des trois dimensions en exerçant la pression dans une seule direction, on peut naturellement agir aussi et même avantageusement en effectuant la compression dans plusi- eurs directions, par exemple dans des directions exactement opposées. Ainsi, par exemple, dans une ébauche de forme cubique ou parallèlepipédique, on peut laisser la pression s'exercer sur les six faces simultanément.
La compacité uniforme obtenue par le procédé suivant l'in- vention s'étend très loin à l'intérieur de la masse de l'ébau-
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che. L'invention n'est pas limité à une pression exercé de l'extérieur mais s'applique aussi à une compression exercée de l'intérieur vers l'extérieur.
Un autre avantage du procédé suivant l'invention est que pour obtenir la compacité désirée une pression finale notable- ment plus faible suffit. En subdivisant l'opération de compres- sion en plusieurs phases successives, le piston de presse ou fouloir qui exerce la pression finale ne doit accomplir qu'une course relativement faible. De même, lorsque la compression en plusieurs dimensions ne s'effectue pas en plusieurs fois suc- cessivement, mais en une seule fois simultanément, la pression maximum nécessaire est plus faible que jusqu'à présent par sui- te de l'action exercée de toutes parts.
La plupart des masses comprimées, spécialement celle d'un poids spécifique peu élevé ont un rapport de compression relati- vement élevé. Ceci signifie que lorsqu'on emploie les procédés connus, le piston de la presse doit parcourir un grand trajet pendant la première partie de la course sous une très faible pression et avec une grande perte de temps. Ce n'est que tout à fait à la fin qu'une pression finale élevée est nécessaire pour la compression définitive sur un parcours relativement fai- ble. Déjà dans la dernière phase de la précompression, mais effectivement surtout lors de la pression finale, le frottement élevé des parois agit de façon que l'effort de compression ne s'exerce pas jusqu'à l'intérieur de l'ébauche.
On obtient plu- tôt une forte compacité dans le voisinage pour ainsi dire immé- diat de la face frontale du piston de presse animé d'un mouve- ment d'avancement, tandis que cette haute pression finale ne peut guère se propager jusqu'à l'intérieur de l'ébauche, de telle sorte qu'il subsiste au coeur de celle-ci un état de com- pacité plus faible. Cet inconvénient est réduit dans une propor-.
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tion considérable par l'emploi du procédé suivant l'invention.
Pour bien faire comprendre l'essence de l'invention on a représenté sur les dessins annexés, à titre d'exemples d'exécu- tion de celle-ci, quelques dispositifs propres à exécuter le -procédé suivant l'invention, les différentes figures choisies représentant, partiellement en coupe, des dispositifs simplifiés étant donné qu'elles ont uniquement pour but de permettre un exposé clair de l'essence de l'invention, les formes de construc- tion devant rester à l'initiative des hammes de métiers pour répondre aux conditions de chaque cas particulier.
Figs. 1 et 2 montrent en plan et en élévation de côté un moule ou une matrice de compression de type connu comportant deux pistons de compression ou fouloirs susceptible dé se dépla- cer l'un vers l'autre dans une direction horizontale, la Fig. 2 montrant aussi des éléments perpendiculaires à ces pistons et agissant donc suivant la'deuxième dimension.
Fig. 3 montre également en plan un moule dans lequel l'ébauche est comprimé dans le plan horizontal de trois direc- tions et par conséquent tassé préalablement de tous côtés sui- vant deux dimensions, tandis que la compression finale a lieu dans une direction verticale, c'est-à-dire suivant la troisième dimension.
Fig. 4 montre en plan un autre mode d'exécution, comportant un moule pourvu de quatre fouloirs de compression susceptibles de se déplacer dans des plans horizontaux, tandis que
Figs 5 et 6 sont des vues en coupe verticale de l'exemple d'exécution de la Fig. 4 à deux moments différents du procédé de compression, qui montrent également les éléments agissant suivant la troisième dimension.
Figs 7 et 8 montrent enfin en coupe verticale un autre exemple d'exécution de l'invention donnant une réalisation com-
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plète du principe de l'invention, parce que l'ébauche y est soumise à l'action de la presse non en plusieurs fois successi- vement mais suivant les trois dimensions simultanément et même dans des directions opposées.
Le moule de compression connu suivant les Figs 1 et 2 se compose de deux parois latérales 1 et 2 entre lesquelles deux pistons de presse 3 et 4 peuvent se déplacer dans une direction horizontale. Le déplacement est effectué à l'aide des tiges de presse 5 et 6. Si les pistons 3 et 4 sont rapprochés l'un de l'autre dans le sens des flèches la masse qui se trouve dans la chambre 7 est tassée ou comprimée pour former dans le cas consi- déré une ébauche ayant en plan une forme rectangulaire ou carrée., Sur la Fig. 2 on a également représenté la plaque de couverture 8 et la plaque de fond 9. Dans la plaque de couverture 8 est inséré un troisième piston 10 qui est actionné à l'aide d'une tige 11. De même un piston 12 qui est actionné au moyen d'une tige 13 est insérée dans la plaque de fond 9.
Le progrès réalisé sur ces moules de compression connus par la présente invention est mis en lumière par le moule de compression de la Fig. 3 qui constitue une forme d'exécution extrêmement simple de l'invention. Dans ce moule la compression préalable se fait à l'intérieur d'un plan, c'est-à-dire suivant deux dimensions. Il existe dans ce but trois pistons ou fouloirs de compression 14 qui lorsqu'ils sont déplacés dans le sens des flèches réduisent la chambre de section transversale triangulai- re qu'ils entourent jusqu'à ce que dans la position finale indi- quée par les traits interrompus un piston ou fouloir de compres- sion exerce la pression finale de haut en bas, et éventuellement un autre, identique au premier, exerce la pression finale de bas en haut.
Les contours de ces deux fouloirs de compression qui coincident également avec les lignes en traits interrompus..
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se trouvent donc dans le même alignement que les surfaces internes des tros fouloirs 14 et sont par conséquent bien gui- dés par celles-ci.
Alors que cet exemple d'exécution suivant la Fig. 3 ne sert qu'à faire comprendre le principe du procédé selon l'in- vention les Figs 4, 5 et 6 montrent une forme d'exécution plus détaillée telle qu'elle se présente en pratique. La Fig. 4 est une vue en plan; Fig. 5 est une coupe verticale à peu près au commencement de la phase de travail et Fig. 6 une coupe sembla- ble dans la position finale.
Dans cet exemple d'exécution on emploie quatre fouloirs de compression en forme de coin 15 qui glissent sur des surfaces d'un cadre 16 inclinées de façon correspondante. La commande se fait simplement en repoussant vers le bas le piston ou fouloir de compression 18, qui presse alors de haut en bas les coins 15 en déplaçant en même temps ceux-ci de la position initiale re- présentée sur la Fig. 4 latéralement dans la direction des flè- ches ce qui a pour effet de réduire le volume de la chambre intérieure. Les forces ainsi engendrées sont absorbées par le cadre 16. Il se produit dans ces conditions un mouvement des coins 15 en sens contraire des aiguilles d'une montre. La pla- que de fond 20 est ainsi repoussée vers le bas à l'encontre de l'action de ressorts 22 jusqu'à ce qu'elle vienne heurter la plaque d'assise 21 agissant comme contre-butée.
De cette façon les dimensions finales de l'ébauche sont clairement fixées.
Lorsque l'opération de compression a pris fin, la plaque 20 est repoussée vers le haut d'une manière appropriée, par exemple, dans le cas considéré, de nouveau par les ressorts de compression 22, la position de fin de course supérieure pouvant être déterminée par une butée qui n'est pas représentée.
Dans la position finale représentée sur la Fig. 6, la
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chambre intérieure présente la section transversale indiquée par le carré en traits interrompus. Cette section est égale à la surface frontale du piston inférieur 17, dont les bords périphériques coincident avec les faces intérieures des fou- loirs de compression 15. Lorsque ces derniers ont atteint cette position finale, la dernière pression est exercée au moyen du piston 17 qui n'a plus alors à accomplir qu'une faible course, bien que sous la haute pression finale.
Lorsque l'opération de compression est terminée, la plaque de couverture 18 est soulevée. Par suite du mouvement ascension- nel ci-dessus mentionné de la plaque 20 provoqué par les res- sorts 22, la capacité intérieure du moule de compression augmen- te de nouveau et la pression exercée par la paroi est supprimée, de telle sorte que l'ébauche peut finalement être expulsée vers le haut au moyen du piston inférieur 17 sans friction des pa- rois. De cette façon le dégagement des fouloirs de compression sous forme de coins coulissants 15 peut avoir lieu en même temps, par exemple à l'aide de rainures de guidage ou glissières en forme de queue d'aronde, de boulons avec ressorts de compres- sion, etc.
Les exemples d'exécution décrits jusqu'ici font ressortir encore un autre avantage important de l'invention sur les pro- cédés et dispositifs antérieurs, en ce sens que les ébauches peuvent être pourvues sur plus de deux faces, éventuellement sur toutes les faces, de marques profilées, par exemple de chiffres, de lettres, de figurines, de même que d'images de profilés concernant la technique, telles que des dents d'engre- nage en relief, des cannelures ou rainures s'entrecroisant ou d'autres figures semblables. Dans les moules de presse agissant suivant une seule dimension ces empreintes ou images peuvent n'être appliquées que sur les surfaces de couverture et de fond,
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mais pas sur les faces latérales.
Dans les moules ou matrices de compression connus, suivant les Figs 1 et 2 on peut appli- quer ces empreintes ou dessins non seulement sur les pistons 10 et¯ 12 mais aussi sur les pistons 3 et 4, mais dans les moules ou matrices de compression suivant l'invention on peut en outre les appliquer sur toutes les faces de l'ébauche.
Lorsque les fouloirs qui forment les parois ne se déplacent pas seulement perpendiculairement à leurs surfaces frontales mais doivent en outre exécuter un mouvement de glissement latéral, comme le font certains fouloirs des exemples d'exécution décrits, on peut alors équiper les fouloirs chacun d'une plaque de recouvrement susceptible de coulisser latéralement, dont la surface frontale est établie comme matrice pour le profilé ou le relief désiré et qui, lors du déplacement des fouloirs de compression 15 ne se déplace pas suivant la composante de ce mouvement parallèle à la .surface de compression mais n'exécute qu'un mouvement purement ascensionnel, et cela, jusqu'à ce que les profils ou reliefs de l'ébauche soient dégagés.
Il est commun à tous les exemples d'exécution décrits jusqu'ici d'effectuer d'abord une pré-compression suivant deux dimensions - sous une longue course et une faible pression - et d'exécuter ensuite à l'intérieur du même moule une compres- sion finale suivant la troisième dimension sous une courte course et une forte pression.
Il ressort de ces exemples d'exécution qu'on peut augmenter largement le champ d'application de l'invention en conservant l'ordre de succession des opérations indiqué. Ainsi, on peut employer le procédé suivant l'invention pour la confection de corps de formes polygonales quelconques et même de corps ronds et, en outre, on peut fabriquer suivant ce procédé aussi bien des corps massifs que des corps creux. D'autre part, la pres-
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sion peut être exercer sur des parois à ressort, par exemple des coins ou des éléments analogues.
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On choisira suivant les conditions propres à chaque'cas.parti- culier la manière dont le chargement de la masse doit être effec- tué et le côté par lequel celui-ci doit être entrepris. Ce char- gement peut se faire,par tous les côtes. En règle.générale, il est recommandable de faire le remplissage par le haut.
L'exemple d'exécution suivant les fige 7 et 8 est une autre ex- tension du système de-moule ou matrice de compression, décrit ci-des- sus, mais il fait application simultanément de toutes les 'caracté- ristiques reconnues avantageuses. Pour cette raison ce moule de com- pression constitue la réalisation complète du principe de l'inventio et vient en tête par conséquent des nombreuses formes d'exécution permettant une application pratique de l'invention.
Ce moule ou la matrice de compression représenté sur les fig. 7 et 8 fonctionre sous pression suivant les trois dimensions, l'effort de compression n'agissant pas suivant les trois dimensions successi- vement mais bien simutanérnent sur l'ébauche. Une autre caractéristi- que avantageuse qui est réalisée en même temps ici réside dans le fait que l'effort initial ne s'exerce que d'un seul côté. Ce moule ou cette matrice de compression est comparable dans une grande mesu- re à ce'lui des fig. 4 à 6 en ce que les efforts de compression s'e- xercent dans une direction horizontale, donc suivant les deux pre- mières dimensions, par des coins 15 qui sont guidés dans un cadre 16.
Un piston inférieur 17 passe ici également à travers une plaque d' assise 21, tandis qu'un piston supérieur 23 est disposé à l'inté- rieur d'une plaque de recouvrement à ressort 24. Ce piston supérieur 23 est séparé de la plaque de recouvrement 24 et sa course est ré- glable.
Après chargement de le. matière à comprimer 19, le dispositif est fermé par la plaque de recouvrement à ressort 24. Ensuite, l'action de compression n'est pas exercée seulement par.les coins 15 suivant deux dimensions mais à lieu en même temps de haut en bas et de bas en haut au moyen des deux pistons de compression 23 et 17 suivant la troisième dimension. Pour que l'air qui se trouve dans la masse à comprimer 19 soit expulsée en. premier lieu d'une manière irrépro- chable par cette compression ef.fectuée de toutesparts, les pistons,-
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peuvent être pourvus d'une manière connue en soi, de conduits d'air, de soupapes, etc.
La fig. 7 montre la position du moule de compression au commen- cement de l'opération de compression. Apres mise en place de la pla- que de revêtement 24 les fouloirs de compression 15 se déplacent de tous les côtes de même que le piston 23 se déplace de haut en bas et le piston 17 de bas en haut, vers l'ébauche jusqu'à ce qu'enfin la position finale représentée sur la fig. 8 soit atteinte. Dans cette position, la plaque de fond 20 qui avait d'abord été soulevée au moy- en des ressorts 22, se place sur la plaque d'assise 21 (table de pres se ou son équivalent) qui: sert ainsi de contre-butée. Cette plaque 21 peut être maintenue rigidement ou élastiquement.
Toutes les formes d'exécution décrites offrent l'avantage que la réduction du frottement des parois et de la pression finale dimi nuent l'usure du moule ou de la matrice. En outre, la pression de démoulage est réduite à un taux presque insensible. Par suite de la répartition favorable de la pression du fait que celle-ci est exer- cée dans différentes directions, la durée de la compression propre- ment dite est réduite, ce qui permet une augmentation correspondante du rendement pour les faibles consommations de pression et d'éner- gie.
Lorsqu'il s'agit de masses difficiles à comprimer on peut se tirer d'affaire sans addition d'agglomérants ou de lubrifiants, ou bien on peut réduire considérablement l'emploi de ces matières ce qui n'était possible jusqu'à présent que par l'application de hautes pressions ou par une grande perte de temps.
Par l'action d'une pression s'exerçant en tous sens et une répar tition uniforme de la masse on obtient une conformation irréprocha- ble de la pièce. En particulier les angles et les arêtes sont formés nettement et fermement même en cas de moule fixe ainsi que de piston: supérieur et inférieur rigides. Cornue on ouvre la matrice pour le dé- moulage de l'ébauche finie, le danger de détériorer celle-ci par le démoulage est réduit notablement. Un point important est aussi que la répartition uniforme de la masse a pour effet d'exclure toutes déformations ou gauchissement ultérieurs.
Par contre, ces phénomènes désagréables sont inévitables dans los procédas habituellement em- ployés jusqu'ici, par cuite des Irrégularités et des tensions inter-
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nes qui se produisent alors. Le procédé suivant l'invention a une action très favorable dans la fabrication des plaques minces'et de grandes dimensions. Enfin, il est avantageux que la répartition ré- gulière de la pression soit entièrement indépendante de la rapidité de l'opération de pression, c'est-à-dire qu'il importe peu que cel- .le-ci soit exécutée rapidement.ou lentement. moulés
La fabrication ci-dessus décrite de corps/sous haute pression est le champ d'application principal du nouveau procédé.
En dehors de ce domaine, l'idée fondamentale de l'invention est toutefois uti- lisalieaussi avec profit dans d'autres champs d'activité connexes.
Ainsi le principe de la compression suivant trois dimensions peut aussi être appliqué au remplissage d'une pressé'finale. Dans ce cas, la compression est effectuée dans deux moules de compression diffé- rents, et cela en deux phases qui se succèdent.dans le temps, la première et/ou la seconde de ces phases utilisant le principe de la compression suivant les trois dimensions qui fait l'objet de l'inven tion. La marche des opérations a lieu de telle façon que l'ébauche est pré-comprimée fortement dans la première presse et est ensuite @ transmise dans un autre moule pour l'exécution de la compression fi- nale.
L'exécution pratique peut se faire de différenter manières. On peut dans le cas le plus simple effectuer d'abord une compression suivant deux dimensions, par exemple comme dans le cas de la fig. 4 en déplaçant les quatre fouloirs ou organes de compression 15 et en rétrécissant la section transversale de l'espace libre et en expul- sant ensuite l'ébauche.
Toutefois, on peùt aussi, avant .l'expulsion, en faisant avancer le piston inférieur 17, effectuer une pré-compres sion également suivant la troisième dimension, l'espace creux inté- rieur pouvant être ouvert à la.partie supérieure, à l'orifice de chargement, tandis qu'on peut aussi exercer une pression de haut en bas suivant la troisième dimension en appliquant la plaque de recou- vrement 18.ou même en employant un contre-piston agissant de haut en bas.,
L'ébauche pré-comprimée de cette façon par le procédé suivant l' invention ne nécessite plus alors pour le moulage final qu'une pres- se à faible course, bien qu'à haute pression,
tandis que l'avant-pres
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se mentionnée doit être proportionnée pour excater la course de grande longueur indiquée mais ne doit par contre appliquer que des forces réduites, et peut par conséquent être construite d'une façon moins robuste. Par suite de cette subdivision du travail, les propor- tions du dispositif peuvent donc être plus économiques.
Il y a lieu de mentionner encore l'application de l'invention à la construction de pressoirs à fruits et à vin. etc., où il n'est- pas question d'une ébauche de forme déterminée, mais seulement de la réduction de volume d'un corps avec extraction de liquide. On peut rapprocher de ce genre d'activité l'emploi de l'invention pour la dessiccation par compression de masses humides auquel cas il ne s'a- git encore une fois que de l'extraction d'un liquide.
Au point de vue technique, c'est toujours le même problème; seul le but est différent: Alors que dans les pressions à fruits, à vin et autres presses analo- gues il s'agit de récupérer le liquide, c'est-à-dire le jus, dans les presses de dessiccation le but est de récupérer les éléments consti- tutifssolides à l'état le plus sec possible avec expulsion du liqui- de non désirable.
En ce qui concerne la construction de toutes les presses entrant en considération dans les buts les plus différents, on mentionnera en core que par suite de la réduction de.la pression finale et de l'usure on peut renoncer fréquemment à l'emploi de matériaux de grande valeur et très coûteux. Ainsi pour la fabrication de moules ou matrices sui- vant l'invention, on peut par exemple utiliser aussi les bois durs, spécialement pour le'moulage à la main, de même que pour les moules de compression des tables à secousses et à battoirs. On obtient donc à ce point de vue également une économie plus grande.
En résumé on retiendra comme avantages du procédé suivant l'in- vention et des dispositifs servant à le réaliser : que les pressions finales sont plus faibles, de telle sorte qu'on peut se tirer d'af- faires avec une plus faible dépense d'énergie; que l'usure est réduite que par suite de l'emploi de matériaux moins coûteux le coût de la fa- brication est plus faible; que la diminution de ia dépense d'énergie donne lieu à une augmentation du rendement; qu'à l'aide de presses e- xistantes de puissance déterminée on peut exécuter des ébauches qui -! géraient des presses plus grandes si l'on employait les procédés
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en usagé Jusqu'ici; qu'on obtient une meilleure qualité de l'ébau- che, ce qui est d'une importance capitale.
En outre, il est avanta- geux que l'emploi de la nouvelle matrice n'exige aucune modifica- tion aux presses existantes, de telle-sorte que le moule ou la 'ma- trice suivant l'invention peut être moulée en de nombreux.endroits.
En outre, on peut actionner plusieurs matrices simultanément au moy en d'une seule presse.