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On sait qu'il est possible de fabriquer des pièces par compression de poudres métalliques ou autres dans des matrices de formes appropriées, la compression donnant aux dites pièces une certaine cohésion qui peut, par la suite, être augmentée par des opérations de frittage ou autre. C'est ainsi que l'on arrive à fabriquer des pièces de forme tronconique en compri- mant les poudres entre une matrice et un poinçon conique, ces deux éléments ayant même angle au sommet.
Toutefois, pour obte- nir des pièces ayant une cohésion suffisante avec les procédés actuels il est nécessaire en général que : 1 - la pièce soit effectivement tronconique, 2 - le rapport de la hauteur au diamètre et à l'angle au sommet du cône soit compris dans des limites données, 3 - l'épaisseur de la pièce soit suffisamment grande, 4 la tolérance d'excentrement soit supérieure à une valeur 'li- mite.
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La présente invention a pour objet notamment de permet- tre la réalisation de pièces dont les caractéristiques ne soient pas conformes aux indications données ci-dessus et en particu- lier de réaliser des pièces coniques de faible épaisseur, à angle au sommet relativement grand, e.t avec des tolérances d'ex- centrement très diminuées.
Elle a pour objet également de permettre, le cas échéant, de fabriquer des pièces dont l'épaisseur peut varier régulière- ment du sommet à la base.
Elle permet en outre de fabriquer des pièces ayant des formes de révolution autres que des formes coniques, etc...
'La présente invention a pour but également de permettre de fabriquer, en utilisant des poudres métalliques ou autres, de densités différentes, des pièces bimétalliques dans lesquel- les le matériau le plus dense constitue la couche externe ou la couche supérieure et le matériau le moins dense la couche in- terne ou la couche inférieure.
A cet effet la dite invention consiste à soumettre la poudre ou les poudres destinées à former l'objet, après qu'elles ont été introduites entre le poinçon et la matrice, et avant d'avoir été soumises à la compression, à une action de centri- fugation autour de l'axe de la dite pièce, centrifugation obte- nue par une rotation autour de cet axe avec une vitesse suffi santé. Après centrifugation la pièce est, de préférence, pré- comprimée entre la matrice et le poinçon pour être ensuite sou- mise à la compression finale.
D'autres objets et caractéristiques de l'invention ap- paraîtront au cours de la description ci-après relative aux dessins ci-joints qui représentent schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de la présente invention.
Sur les dessins la figure 1 représente en coupe axiale la forme de la pièce conique que l'on désire fabriquer.
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Les figures 2, 3 et 4 illustrent schématiquement difé- rentes phases du procédé de fabriqation de cette pièce.
Les figures 5 et 6 représentent enfin deux variantes , de la pièce fabriquée.
Sur la figure on voit que la pièce à fabriquer est constituée par un élément conique 1 à sommet arrondi en 2 et comportant à sa base une collerette 3. Cette pièce doit être fabriquée par exemple par compression d'une poudre de titane.
Sur la figure 2, le poinçon et la matrice utilisés pour la fabrication de cette pièce ont été schématisés en 4 et 5. Le poinçon comporte, comme on peut le.voir, un élément coni- que plein 6 d'angle donné coopérant avec une partie creuse 7 de forme correspondante de la matrice. La partie 6 du poinçon est arrondie en 8 à la pointe de celui-ci, tandis que la partie creu- se de la matrice comporte à sa partie supérieure un orifice 9 destiné à permettre l'introduction de la poudre à comprimer.
Par ailleurs, le poinçon comporte à la base du cône 6 un élément cylindrique 10 s'emboîtant 'dans un élément conique creux 11 de la matrice, de manière à assurer un centrage convenable des deux pièces et la fermeture du moule formé par ces pièces. Enfin autour de cette partie cylindrique sont prévues, sur le poinçon @ et la matrice, deux parties planes 12 et 13 qui sont destinées à se rapprocher l'une de l'autre pendant la phase finale de com- pression.
Voici comment on opère pour la fabrication de la pièce.
On dispose tout d'abord entre les parties planes respectives 12 et 13 du poinçon et de la matrice, une cale d'épaisseur 14 per- mettant de régler le volume de l'espace conique compris entre le poinçon et la matrice, puis on remplit cet espace de la poudre destinée à être agglomérée sous pression. On fait ensuite tour- ner rapidement (à une vitesse de rotation de l'ordre de 1.500 à 3.000 tours/minute par exemple) l'ensemble de la matrice et du poinçon autour de l'axe de révolution A-A' de la pièce, du poin
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çon et de la matrice. Sous l'effet de cette rotation se produit une centrifugation et une répartition convenables des grains de la poudre entre le poinçon et la matrice.
On monte ensuite sur la matrice un couvercle représenté en 15 (figure 3) et on porte l'ensemble ainsi constitué sous une presse pour le soumettre à une compression. de l'ordre de 30 Kg. par exemple, après avoir retiré bien entendu la cale d'épaisseur 14. Le couvercle 15 est muni en son centre d'un évidement 16 correspondant à la for- me de la partie arrondie de la pièce conique. Après cette pré- compression la pièce, qui a déjà une certaine cohésion, est re- tirée de la matrice et remise entre un poinçon et une matrice spéciaux 17 et 18 représéntés figure 4, pour être soumise à une pression de l'ordre de 100 Kg. par exemple. La pièce a alors la cohésion convenable.
On a pu ainsi par exemple réaliser des petites pièces coniques pesant 8 à 10 gr, et ayant un diamètre de base de 34 mm, et 'une épaisseur de 1 mm. avec une tolérance d'excentre- ment de 0,04 mm. à partir d'une poudre à base de titane ou de zirconium additionnée ou non de cuivre'comprimé et, le cas échéant, frittée. La granulométrie des poudres employées était : titane 50/100 ou 100/200 ' cuivre 100/200
Des pièces à épaisseurs variables peuvent être réali- sées en ajoutant aux opérations précédentes une' ou plusieurs compressions intermédiaires. Enfin, il est possible de mécani- ser ce type d'outillage et de l'incorporer à une chaîne de fabrication.
Le procédé conforme à l'invention permet, en choisissant judicieusement les caractéristiques granulométriques de la pou- dre employée et en conservant l'excellente symétrie de masse et d'épaisseur indiquée,, de réaliser des pièces constituées en deux métaux de natures différentes.
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Sur les figures 5 et 6 on a représenté deux de ces piè ces en faisant le remplissage initial, tout d'abord par le mé- tal le plus lourd indiqué en 19 (figure 5) puis en complétant par le métal le plus léger 20 on peut obtenir la pièce composite représentée sur la figure 5 où la base du cône est en le métal le plus lourd et la pointe du cône en le métal le plus léger.
On peut également, si l'on verse simultanément les pou- dres des deux métaux obtenir, par classement des deux poudres sous l'effet centrifuge, une pièce telle que celle représentée sur la figure 6, où les grains métalliques lourds 19 sont à l'extérieur tandis que les grains du métal le plus léger 20 sont à l'intérieur.
On pourra apporter bien entendu de nombreuxes modifica- tions sans sortir du domaine de l'invention.
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It is known that it is possible to manufacture parts by compressing metal or other powders in dies of suitable shapes, the compression giving said parts a certain cohesion which can, subsequently, be increased by sintering or other operations. . This is how it is possible to manufacture parts of frustoconical shape by compressing the powders between a die and a conical punch, these two elements having the same angle at the top.
However, to obtain parts having sufficient cohesion with current processes, it is generally necessary that: 1 - the part is effectively frustoconical, 2 - the ratio of the height to the diameter and to the angle at the apex of the cone is within given limits, 3 - the thickness of the part is sufficiently large, 4 the offset tolerance is greater than a limit value.
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The object of the present invention is in particular to allow the production of parts whose characteristics do not comply with the indications given above and in particular to produce conical parts of small thickness, with a relatively large apex angle, and with very tight eccentric tolerances.
Its object is also to make it possible, where appropriate, to manufacture parts the thickness of which can vary regularly from the top to the base.
It also makes it possible to manufacture parts having shapes of revolution other than conical shapes, etc.
Another object of the present invention is to make it possible to manufacture, using metallic or other powders of different densities, bimetallic parts in which the denser material constitutes the outer layer or the upper layer and the least material. dense the inner layer or the lower layer.
To this end, said invention consists in subjecting the powder or powders intended to form the object, after they have been introduced between the punch and the die, and before having been subjected to compression, to an action of centrifugation around the axis of the said part, centrifugation obtained by a rotation around this axis with a sufficient speed. After centrifugation, the part is preferably pre-compressed between the die and the punch in order to then be subjected to the final compression.
Other objects and characteristics of the invention will become apparent from the description below relating to the accompanying drawings which schematically represent, by way of nonlimiting example, a particular embodiment of the present invention.
In the drawings, Figure 1 shows in axial section the shape of the conical part that it is desired to manufacture.
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Figures 2, 3 and 4 schematically illustrate different phases of the manufacturing process of this part.
Figures 5 and 6 finally show two variants of the manufactured part.
In the figure it can be seen that the part to be manufactured consists of a conical element 1 with a rounded top at 2 and comprising at its base a collar 3. This part must be manufactured for example by compression of a titanium powder.
In FIG. 2, the punch and the die used for the manufacture of this part have been shown schematically at 4 and 5. The punch comprises, as can be seen, a solid conical element 6 of given angle cooperating with a hollow part 7 of corresponding shape of the die. Part 6 of the punch is rounded at the tip of the latter, while the hollow part of the die has at its upper part an orifice 9 intended to allow the introduction of the powder to be compressed.
Furthermore, the punch comprises at the base of the cone 6 a cylindrical element 10 fitting 'into a hollow conical element 11 of the die, so as to ensure proper centering of the two parts and the closing of the mold formed by these parts. Finally, around this cylindrical part are provided, on the punch @ and the die, two flat parts 12 and 13 which are intended to move closer to one another during the final compression phase.
Here is how we operate for the manufacture of the part.
First of all, between the respective flat parts 12 and 13 of the punch and the die, a shim 14 is placed allowing the volume of the conical space between the punch and the die to be adjusted, then one fills this space of the powder intended to be agglomerated under pressure. The whole die and the punch are then rotated rapidly (at a rotational speed of the order of 1,500 to 3,000 revolutions / minute, for example) around the axis of revolution AA 'of the part, of the poin
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lesson and matrix. Under the effect of this rotation, a suitable centrifugation and distribution of the grains of the powder between the punch and the die occurs.
A cover shown at 15 (FIG. 3) is then mounted on the die and the assembly thus formed is carried under a press in order to subject it to compression. of the order of 30 kg. for example, after having naturally removed the shim 14. The cover 15 is provided in its center with a recess 16 corresponding to the shape of the rounded part of the conical part . After this pre-compression, the part, which already has a certain cohesion, is removed from the die and placed between a special punch and die 17 and 18 shown in FIG. 4, to be subjected to a pressure of the order of 100 Kg. For example. The part then has the appropriate cohesion.
It has thus been possible, for example, to produce small conical pieces weighing 8 to 10 g, and having a base diameter of 34 mm, and a thickness of 1 mm. with an offset tolerance of 0.04 mm. from a titanium or zirconium-based powder with or without added compressed copper and, where appropriate, sintered. The particle size of the powders used was: titanium 50/100 or 100/200 'copper 100/200
Pieces of varying thickness can be made by adding one or more intermediate compressions to the previous operations. Finally, it is possible to mechanize this type of tool and incorporate it into a production line.
The process in accordance with the invention makes it possible, by judiciously choosing the particle size characteristics of the powder used and by retaining the excellent symmetry of mass and thickness indicated, to produce parts made of two metals of different natures.
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In figures 5 and 6 two of these parts have been represented by making the initial filling, first of all with the heaviest metal indicated at 19 (figure 5) and then completing with the lightest metal 20. can get the composite part shown in Figure 5 where the base of the cone is the heaviest metal and the tip of the cone is the lightest metal.
It is also possible, if the powders of the two metals are poured simultaneously, by classifying the two powders under the centrifugal effect, obtain a part such as that shown in FIG. 6, where the heavy metal grains 19 are at the bottom. outside while the grains of the lighter metal 20 are inside.
Of course, many modifications can be made without departing from the scope of the invention.