Procédé et dispositif de moulage d'une pièce
creuse par compactage d'une poudre.
La présente invention concerne le moulage par compactage multidirectionnel d'une pièce creuse, c'està-dire un objet non plan, de-forme plus ou moins complexe telle que par exemple un pot, une assiette, une bouteille ou une brique évidée à trous borgnes, à partir d'une poudre.
La poudre est de composition généralement quelconque, permettant le moulage. Elle possède ou non des propriétés plastiques. Elle est constituée de matières premières pures ou impures, en phase unique ou en mélanges. La poudre contient par exemple des métaux, des composés polymérisables, des matières minérales naturelles ou de synthèse telles que : argiles, schistes, roches, ciments, oxydes céramiques cristallisés ou amorphes.
La pièce ainsi moulée par compactage multidirectionnel présente une cohésion suffisante pour supporter des opérations complémentaires de fabrication. Ces opérations complémentaires visent par exemple à améliorer des qualités de l'objet telles que la cohésion, l'aspect et la porosité. Ainsi, la pièce compactée peut subir des opérations de cuisson, de frittage, de prise hydraulique, de séchage, de polymérisation, d'émaillage et analogues.
Il faut noter que l'invention s'applique particulièrement bien à la préparation en cru de pièces évidées en matières céramiques ou en terres cuites. Dans ce cas, l'objet moulé doit encore subir une cuisson adéquate pour atteindre les qualités recherchées.
Les dispositifs connus de moulage de pièces par compression de poudres sont très variés et utilisent tous un moule représentant la forme de l'objet, en négatif. On distingue deux procédés d'application de la pression :
- une méthode ancienne par déplacement d'un piston ou poinçon, et
- une méthode moderne par déplacement d'un fluide.
Le premier procédé, appelé pressage par poinçon, consiste à mettre la poudre en forme à l'intérieur d'une matrice métallique rigide supportée par le châssis de la presse. L'ouverture d'alimentation du moule est obturée par un poinçon qui est actionné par le piston de la presse. Par le déplacement du poinçon, la poudre est chassée dans l'empreinte de la matrice. Elle prend la forme désirée et subit un degré de compactage qui est fonction de la. charge appliquée.
Cette méthode de pressage est simple et bien adaptée pour la production, en grandes séries, de pièces pleines ou perforées. Elle ne convient pas à la réalisation d'objets comportant des creux profonds.
Ainsi, par exemple, pour réaliser un pot comportant un évidement, le poinçon se déplace d'une longueur identique pour compacter la paroi annulaire et le fond. Le mouvement des particules de poudre est unidirectionnel dans le sens de déplacement du piston. La hauteur initiale de remplissage est différente pour la paroi et pour le fond. Il en résulte que le degré de compactage n'est pas identique dans les différentes parties de l'objet. Ce manque d'homogénéité de la matière pressée provoque des défauts qui se révèlent surtout après séchage et après cuisson.
Une variante de cette méthode, le pressage par poinçons multiples, permet de réaliser des pièces en creux avec une meilleure uniformité de compactage. Le déplacement des particules reste cependant unidirectionnel, et le mécanisme d'actionnement des poinçons est compliqué.
Le second procédé, appelé pressage isostatique, est plus récent.
La poudre est placée dans un moule souple et déformable qui baigne lui-même dans un liquide ou un gaz. L'ensemble est disposé dans une enceinte hermétique. A l'aide d'une pompe, on exerce une pression sur le fluide d'immersion. Celui-ci la transmet uniformément sur toute la surface extérieure du moule. Celui-ci se déforme, se contracte et transmet la charge de pressage à la poudre de façon multidirectionnelle. Il y a compactage uniforme <EMI ID=1.1>
le .du moule.
Le pressage isostatique convient pour la production de pièces compliquées comportant des creux profonds. L'outillage est cependant plus complexe et il est difficile parfois de réaliser certaines pièces en séries.
<EMI ID=2.1>
tages et inconvénients présentés par ces deux procédés.
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
<EMI ID=7.1>
En résumé,.. ce 'qui.. distingue surtout le pressage
<EMI ID=8.1>
pliquer la charge.
Dans le premier cas, l'énergie de pression est transmise à la poudre par déplacement du poinçon, uniquement dans le sens longitudinal. Cette énergie sert à vaincre les importants frottements internes de la poudre et la friction des particules sur les parois de la matrice.
Le poinçon et la poudre font office de transporteur de contrainte.
Dans la seconde méthode, c'est le fluide dans lequel baigne le moule souple qui sert de vecteur de pression.
Le frottement sur les parois est alors très réduit et la perte de charge dans ce fluide est nettement moindre que dans la poudre.
La loi de Pascal est le principe de base de la compression isostatique: une pression appliquée sur un liquide ou un gaz statique se propage également dans toutes les directions et exerce sur les régions atteintes des forces directement proportionnelles aux surfaces.
Selon un aspect de l'invention, on se propose de fournir un procédé de moulage d'une pièce creuse, par compactage d'une poudre dans un moule formé par la coopération d'un poinçon et d'une matrice rigides, dans lequel le creux de la pièce à compacter est formé par un noyau de moulage, caractérisé en ce qu'il consiste à :
- constituer au moins un élément auxiliaire du moule, venant au contact de la poudre, sous forme d'un organe élastiquement déformable, essentiellement incompressible,
- transformer par déformation dudit organe élastiquement déformable une partie de l'effort de compression longitudinal produit sur la poudre par le mouvement relatif entre le poinçon et la matrice rigides, en effort de compression transversal sur au moins une partie des parois de la.pièce à compacter.
Selon un autre aspect -de l'invention, on ,se propose de fournir un dispositif de moulage d'une pièce
creuse par compactage d'une poudre dans un moule formé par la coopération d'un poinçon et d'une matrice rigides,comprenant un noyau de moulage pour former le creux de la pièce à compacter, caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins un organe.élastiquement déformable venant au contact de la poudre et destiné à transformer, en se déformant, une partie de l'effort de compression longitudinal produit sur la poudre par le mouvement relatif entre le poinçon et la matrice en effort de compression transversal sur au moins une partie des parois de la pièce à compacter.
L'organe élastiquement déformable de l'invention assure un compactage quasi-isostatique de la poudre en se déformant élastiquement. La matière qui le constitue doit pour ce faire être peu compressible et avoir un coefficient de Poisson voisin de 0,5 pour assurer une bonne transformation des efforts.
Cet organe élastiquement déformable sera désigné ci-après par "répartiteur de contrainte", eu égard à sa fonction.
Ce répartiteur de contrainte doit présenter des formes initiales (avant pressage) et finale (à haute pression) bien définies en fonction des caractéristiques de l'objet à réaliser.
Pour éviter la détérioration de la pièce formée,
il ne doit pas provoquer de contraintes excessives à sa surface, pendant les phases de décompression et d'éjection.
Le répartiteur de contrainte est constitué par une ou plusieurs matières déformables bien choisies et il occupe dans lé moule une position également bien choisie.
Dans sa version simplifiée, le répartiteur de contrainte est constitué de matière élastomère (caoutchouc) et joue le rôle de noyau au sein de la matrice rigide. Dans cet exemple, le noyau a aussi pour fonction de créer le creux de l'objet désiré.
Il apparaît que le procédé de l'invention présente par rapport au pressage isostatique, l'avantage d'assurer un compactage multidirectionnel, sans nécessairement utiliser un fluide extérieur, vecteur de contrainte. Autrement dit, le procédé de l'invention est applicable à tous les types de presses et par exemple aux systèmes hydrauliques,
<EMI ID=9.1>
Le procédé de l'invention n'exige donc pas nécessairement l'utilisation d'une enceinte hermétique et de pompes à haute pression.
D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 A à C représente schématiquement les phases d'alimentation de la poudre, de compression et de décompression et d'éjection selon un mode de réalisation simplifié de l'invention,
- la figure 2 A à E représente schématiquement une variante du mode de réalisation de la figure 1,
- la figure 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation du répartiteur de contrainte de l'invention,
- la figure 4 représente schématiquement un autre mode de réalisation du répartitueur de contrainte de l'invention,
- la figure 5 représente une variante du mode de réalisation de la figure 4,
- la figure 6 représente schématiquement un mode de réalisation adapté à la fabrication de pièces à ouverture étroite,
- la figure 7 A à D représente encore un autre mode de réalisation de l'invention.
Le mode de réalisation représenté à la figure 1 est spécialement adapté pour la production de pots coniques.
L'appareillage comprend les organes suivants :
<EMI ID=10.1>
munie de deux ouvertures, opposées où. peuvent coulisser deux pistons :
- un piston ou poinçon inférieur éjecteur 2 et un piston ou poinçon compresseur 3,
- des trémies 4 facilitant l'alimentation en poudre par des orifices disposés latéralement au sommet de la chambre
- un dispositif répartiteur de contrainte 5 fixé sur la base inférieure du poinçon 3.
Ce répartiteur de contrainte sert, en même temps, de noyau de moulage et il est constitué par une masse pleine en matière élastomère (caoutchouc par exemple).
Pour faciliter la décompression et le démoulage, la forme conique a été choisie, en relief pour le répartiteur de contrainte et en creux pour l'empreinte de la matrice.
Au moment d'effectuer le remplissage, figure 1A, la chambre est fermée par les poinçons 2 et 3. Le répartiteur de contrainte (noyau) et la matrice délimitent un espace de remplissage fixé à l'avance.
Pendant l'alimentation, l'appareillage reste fixe, la poudre 7 s'écoule par les trémies 4 et vient occuper l'espace disponible entre matrice et noyau.
Dès que le remplissage est complet, le piston 3 est actionné par la presse, il descend dans la matrice, pousse le répartiteur de contrainte 5 dans la poudre en lui transmettant la pression appliquée. Simultanément (figure 1B), le répartiteur de contrainte 5 se contracte dans le sens longitudinal et se dilate dans le sens transversal, distribuant de façon multidirectionnelle, la pression unidirectionnelle qu'il reçoit. La poudre est compactée de façon quasi-isostatique et l'objet pressé 6 est mis en forme. A haute pression, le répartiteur de contrainte présente une forme différente de celle qu'il avait à basse pression : il s'est contracté longitudinalement et dilaté transversalement.
Lors de la remontée du poinçon 3, le répartiteur de contrainte reprend sa forme initiale et se sépare du pot formé. Ce dernier reste en état d'adhésion avec les parois de la matrice.
Pour démouler le pot et l'éjecter, on déplace le piston 2 vers le haut (figure 1C). Le cycle peut alors recommencer .
Ce système particulièrement simple est limité quant au choix de la forme à donner à l'objet et il est nécessaire de disposer d'une poudre de bonne fluidité pour obtenir une alimentation convenable et facile. Il faut noter ici l'avantage du procédé de l'invention qui, du fait que le noyau au repos est plus étroit qu'en position de compression, permet de grandes sections de passage pour l'écoulement de la poudre entre matrice et noyau (figure 1A).
Si la poudre utilisée manque de fluidité, on peut utiliser, pour faciliter l'alimentation, par exemple le système de la figure 2, où l'alimentation se fait par l'ouverture supérieure de la matrice.
La matrice 1 est ici flottante, tandis que le poinçon inférieur éjecteur 2 de la figure 1 est remplacé par deux éléments, à savoir le piston éjecteur annulaire 8, mobile, et le poinçon fixe 9 constituant le fond de la matrice.
Le cycle de pressage est semblable à celui de la figure 1. Cependant, la décompression à mi-cycle (figure 2C) n'est que partielle, le reliquat de contrainte étant libéré au cours de la phase d'éjection (figure 2D). La pièce moulée est ensuite évacuée latéralement (figure 2E), et le cycle peut recommencer.
Il y a lieu de noter que le piston d'éjection 8 est ici annulaire, et que la poudre doit avoir une cohésion suffisante après pressage, pour supporter la force d'éjection qui s'exerce sur une relativement faible surface.
Avec un répartiteur de contrainte simplifié, du type représenté jusqu'ici, et pour la réalisation de pièces
t <EMI ID=11.1>
saillies externes, on utilisera de manière connue une matrice à coquilles pour permettre le démoulage par ouverture de la matrice.
La qualité d'un répartiteur de contrainte est liée à son aptitude à produire un objet de formes, dimensions et aspect désirés et, en même temps, à distribuer correctement l'énergie de compactage. L'idéal est d'arriver à soumettre
à la même contrainte toutes les parties de la surface de la pièce.
La.technologie de fabrication peut être limitée à l'utilisation d'un répartiteur de contrainte simple, du type représenté en figures 1 et 2. Dans ce cas, la qualité de l'objet dépend, en priorité, de la forme initiale, avant déformation, et des propriétés physiques de l'élastomère utilisé pour le répartiteur de contrainte.
Si, au contraire, on vise à perfectionner cette méthode de pressage, il est nécessaire d'utiliser d'autres types de répartiteur de contrainte. Ceux-ci répondent par exemple à différents buts :
- améliorer la qualité d'uniformisation de la pression de compactage,
- simplifier l'outillage de pressage,
- obtenir une cadence de production plus élevée.
De tels dispositifs plus perfectionnés sont illustrés aux figures 3, 4 et 5.
La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation plus élaboré du répartiteur de contrainte de l'invention.
Comme on le voit à la figure 3, le répartiteur de contrainte, représenté en deux parties 5, 5', constitue en fait une matrice auxiliaire élastique disposée à l'intérieur de la matrice rigide, flottante,1, d'une forme correspondant à la forme en négatif de la pièce à compacter. Lors de la compression, sous l'action du poinçon 3, le répartiteur de contrainte se contracte en hauteur et se dilate en largeur, assurant ainsi le compactage multidirection-nel des faces internes et externes de la pièce.
Par rapport au mode de réalisation de la figure 2, le présent mode de réalisation offre l'avantage de permettre d'exercer une pression de compactage sur toutes les faces de la pièce et d'éliminer l'outillage d'éjection. En effet, comme on le comprendra, lors de la remontée du poinçon 3, la décompression du répartiteur de contrainte entrainera sa séparation complète de la pièce compactée qui reposera simplement sur la face supérieure du noyau de moulage. La pièce moulée peut donc être enlevée sans la soumettre à des contraintes, puisqu'elle est entièrement libre.
D'autre part, les deux parties 5, 5' du réparti- teur de contrainte peuvent être en des matières différentes, pour assurer le meilleur compactage de la poudre sur toutes les faces de la pièce.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, le répartiteur de contrainte est en une pièce, et a également la forme d'une matrice élastique, de forme correspondant à la forme en négatif de la pièce à compacter, venant se loger à l'intérieur de la matrice rigide 1.
Ici, cependant, ce répartiteur de contrainte est constitué sous la forme d'un corps creux définissant une chambre 15 pour un fluide. Le fluide contenu dans la chambre 15 sera un fluide en substance incompressible, soit un liquide, et a pour but d'assurer, par rapport au mode de réalisation à répartiteur de contrainte plein, une meilleure uniformité des pressions de compactage sur les différentes faces de la pièce, le liquide transmettant intégralement la pression en tous sens.
En particulier, dans le cas du mode de réalisation de la figure 4, il n'est plus nécessaire de prévoir une matrice flottante, le liquide contenu dans la chambre 15 assurant un effet d'équilibrage des pressions comparable à celui obtenu par la disposition flottante de la matrice.
Dans la variante représentée en figure 5, le répartiteur de contrainte est constitué en deux parties, l'une solidaire de la. matrice -et 1;'autre du poinçon, tan-
<EMI ID=12.1>
elles par une conduite flexible-16. Le résultat est semblable à celui obtenu avec le mode de réalisation de la figure 4.'
Dans le mode de réalisation de la figure 6, le répartiteur de contrainte 5 a la forme d'une enveloppe souple constituant noyau de moulage, et solidaire du poinçon
3. Cette enveloppe délimite une chambre 15-pour un fluide, et est en communication avec une conduite de fluide 16.
Ce mode de réalisation permet la fabrication de pièces creuses à ouverture étroite, comme des flacons, des vases, des bouteilles et analogues. Il fonctionne de la manière suivante.
Au moyen d'une pompe ou analogue, on admet du liquide dans la chambre 15, par la conduite 16. La communication de la chambre 15 avec l'extérieur est ensuite coupée, et le poinçon 3 est abaissé dans la matrice 1. La pression étant à tout moment uniforme dans la chambre 15, on obtient un compactage sous pression uniforme en tous points de la paroi de la cavité interne de la pièce à compacter.
Après compactage, le fluide est aspiré hors de la chambre 15, par la conduite 16, et l'enveloppe 5 aplatie peut être retirée par l'ouverture étroite de la pièce compactée. La pièce peut alors être éjectée de manière classique.
Le mode de réalisation de la figure 7 présente un perfectionnement du mode de réalisation de la figure 2, par remplacement du répartiteur de contrainte massif par un répartiteur de contrainte à chambre de fluide.
Le répartiteur de contrainte 5 comprend une chambre 15 communiquant par une conduite 16 avec une chambre
15' prévue dans le poinçon 3. Le poinçon 3 comprend d'autre part un poinçon auxiliaire 3' commandé en déplacement, par rapport au poinçon 3; par le liquide dans la chambre
15' .
�
Comme on le comprendra; de cette- figure , lorsque
le poinçon 3 est abaissé, 'le poinçon 3' comprime la surface supérieure de la pièce 6 à compacter. Cette pression sur la surface supérieure est transmise, par le liquide dans la chambre 15', la conduite 16 et la chambre 15, à la surface interne du noyau 5 qui transmet, de façon multidirectionnelle, l'effort de compression sur les parois internes de la pièce à mouler, en se contractant longitudinalement et en se dilatant transversalement. L'effet inverse se produit lors de la remontée du poinçon 3, et le noyau se sépare de la pièce compactée qui peut alors être éjectée au moyen du piston éjecteur 2.
Comme on peut le voir à la figure 7D, une caractéristique avantageuse de ce mode de réalisation est que, lors du démoulage, le répartiteur de contrainte souple 5 se déforme et entre en contact par une grande surface avec la pièce compactée, assurant ainsi une faible pression sur celle-ci lors du démoulage, et donc un moindre risque de défaut.
Bien entendu, les modes de réalisation représentés aux dessins, et décrits ci-dessus, ne sont qu'exemplaires, et ne limitent en aucune façon l'invention.
Ainsi, on n'a représenté aux dessins que des modes de réalisation dans lesquels le noyau de moulage est formé par le répartiteur de contrainte,parce que ceci constitue un mode de réalisation préféré.
Il est cependant entendu que l'invention s'applique également avec profit au cas où le noyau est un noyau classique rigide, le répartiteur de contrainte enveloppant simplement les parois de la matrice.
D'autre part, diverses combinaisons des modes de réalisation représentés sont bien entendu possibles, et seront évidentes pour l'homme du métier.
Les divers modes de réalisation représentés montrent que le procédé de l'invention peut être utilisé avec de nombreux systèmes d'outillage existant sans modifications importantes, permettant de transformer à peu de frais <EMI ID=13.1>
REVENDICATIONS
1. Procédé de moulage d'une pièce creuse par compactage d'une poudre dans un moule formé par la coopération d'un poinçon et d'une matrice rigides, dans lequel le creux de la pièce à compacter est formé par un noyau de moulage, caractérisé en ce qu'il consiste à
- constituer au moins un élément auxiliaire du moule, venant au contact de la poudre, sous forme d'un organe élastiquement déformable, essentiellement incompressible
- transformer, par deformation dudit organe élastiquement déformable, une partie de l'effort de compression longitudinal produit sur la poudre par le mouvement relatif entre le poinçon et la matrice rigides, en effort de compression transversal sur au moins une partie des parois de la pièce à compacter.
Method and device for molding a part
hollow by compacting a powder.
The present invention relates to the molding by multidirectional compaction of a hollow part, that is to say a non-planar object, of more or less complex shape such as for example a pot, a plate, a bottle or a hollow brick with holes. blind, from a powder.
The powder is of generally any composition, allowing molding. It may or may not have plastic properties. It consists of pure or impure raw materials, in single phase or in mixtures. The powder contains for example metals, polymerizable compounds, natural or synthetic mineral materials such as: clays, shales, rocks, cements, crystallized or amorphous ceramic oxides.
The part thus molded by multidirectional compacting has sufficient cohesion to withstand additional manufacturing operations. These complementary operations aim, for example, to improve the qualities of the object such as cohesion, appearance and porosity. Thus, the compacted part can undergo firing, sintering, hydraulic setting, drying, polymerization, enameling and the like.
It should be noted that the invention applies particularly well to the raw preparation of hollowed-out pieces of ceramic materials or terracotta. In this case, the molded object must still undergo adequate cooking to achieve the desired qualities.
The known devices for molding parts by powder compression are very varied and all use a mold representing the shape of the object, in negative. There are two methods of applying pressure:
- an old method by moving a piston or punch, and
- a modern method by displacement of a fluid.
The first process, called punch pressing, consists of shaping the powder inside a rigid metal matrix supported by the chassis of the press. The feed opening of the mold is closed by a punch which is actuated by the piston of the press. By moving the punch, the powder is expelled into the imprint of the matrix. It takes the desired shape and undergoes a degree of compaction which is a function of the. applied load.
This pressing method is simple and well suited for the production, in large series, of solid or perforated parts. It is not suitable for making objects with deep recesses.
So, for example, to make a pot with a recess, the punch moves the same length to compact the annular wall and the bottom. The movement of the powder particles is unidirectional in the direction of movement of the piston. The initial filling height is different for the wall and for the bottom. As a result, the degree of compaction is not identical in the different parts of the object. This lack of uniformity of the pressed material causes defects which are revealed especially after drying and after cooking.
A variant of this method, pressing by multiple punches, makes it possible to produce hollow parts with better uniformity of compaction. The movement of the particles remains unidirectional, however, and the mechanism for actuating the punches is complicated.
The second process, called isostatic pressing, is more recent.
The powder is placed in a flexible and deformable mold which bathes itself in a liquid or a gas. The assembly is arranged in an airtight enclosure. Using a pump, pressure is applied to the immersion fluid. This transmits it uniformly over the entire outer surface of the mold. This deforms, contracts and transmits the pressing load to the powder in a multidirectional way. There is uniform compaction <EMI ID = 1.1>
the mold.
Isostatic pressing is suitable for the production of complicated parts with deep recesses. The tools are however more complex and it is sometimes difficult to produce certain parts in series.
<EMI ID = 2.1>
stages and drawbacks presented by these two methods.
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
<EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
In summary, .. what '' especially distinguishes pressing
<EMI ID = 8.1>
fold the load.
In the first case, the pressure energy is transmitted to the powder by displacement of the punch, only in the longitudinal direction. This energy is used to overcome the significant internal friction of the powder and the friction of the particles on the walls of the matrix.
The punch and the powder act as a stress transporter.
In the second method, it is the fluid in which the flexible mold is bathed which serves as a pressure vector.
The friction on the walls is then very reduced and the pressure drop in this fluid is much less than in the powder.
Pascal's law is the basic principle of isostatic compression: a pressure applied to a liquid or a static gas also propagates in all directions and exerts on regions affected by forces directly proportional to the surfaces.
According to one aspect of the invention, it is proposed to provide a method of molding a hollow part, by compacting a powder in a mold formed by the cooperation of a punch and a rigid matrix, in which the hollow of the part to be compacted is formed by a molding core, characterized in that it consists of:
- constitute at least one auxiliary element of the mold, coming into contact with the powder, in the form of an elastically deformable member, essentially incompressible,
transforming, by deformation of said elastically deformable member, part of the longitudinal compression force produced on the powder by the relative movement between the rigid punch and the matrix, into transverse compression force on at least part of the walls of the part. compact.
According to another aspect of the invention, it is proposed to provide a device for molding a part.
hollow by compacting a powder in a mold formed by the cooperation of a rigid punch and matrix, comprising a molding core to form the hollow of the part to be compacted, characterized in that it comprises:
- at least one elastically deformable organ coming into contact with the powder and intended to transform, by deforming, part of the longitudinal compressive force produced on the powder by the relative movement between the punch and the matrix in compressive force transverse on at least part of the walls of the part to be compacted.
The elastically deformable member of the invention provides almost isostatic compaction of the powder by elastically deforming. The material which constitutes it must for this purpose be little compressible and have a Poisson's ratio close to 0.5 to ensure good transformation of the forces.
This elastically deformable member will be designated below by "stress distributor", having regard to its function.
This stress distributor must have initial (before pressing) and final (at high pressure) shapes well defined according to the characteristics of the object to be produced.
To avoid deterioration of the formed part,
it must not cause excessive stress on its surface, during the decompression and ejection phases.
The stress distributor is made up of one or more well-chosen deformable materials and it occupies an equally well-chosen position in the mold.
In its simplified version, the stress distributor is made of elastomeric material (rubber) and plays the role of core within the rigid matrix. In this example, the core also has the function of creating the hollow of the desired object.
It appears that the process of the invention has, compared to isostatic pressing, the advantage of ensuring multidirectional compaction, without necessarily using an external fluid, vector of stress. In other words, the method of the invention is applicable to all types of presses and for example to hydraulic systems,
<EMI ID = 9.1>
The process of the invention therefore does not necessarily require the use of a sealed enclosure and high pressure pumps.
Other aspects, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows and the attached drawings, in which:
FIG. 1 A to C schematically represents the phases of feeding the powder, compression and decompression and ejection according to a simplified embodiment of the invention,
FIG. 2 A to E schematically represents a variant of the embodiment of FIG. 1,
FIG. 3 schematically represents another embodiment of the stress distributor of the invention,
FIG. 4 schematically represents another embodiment of the stress distributor of the invention,
FIG. 5 represents a variant of the embodiment of FIG. 4,
FIG. 6 schematically represents an embodiment suitable for the manufacture of parts with a narrow opening,
- Figure 7 A to D shows yet another embodiment of the invention.
The embodiment shown in Figure 1 is specially adapted for the production of conical pots.
The apparatus includes the following organs:
<EMI ID = 10.1>
provided with two openings, opposite where. can slide two pistons:
- a lower ejector piston or punch 2 and a compressor piston or punch 3,
- hoppers 4 facilitating the supply of powder by orifices arranged laterally at the top of the chamber
- a stress distributor device 5 fixed on the lower base of the punch 3.
This stress distributor serves, at the same time, as a molding core and it consists of a solid mass of elastomeric material (rubber for example).
To facilitate decompression and demolding, the conical shape was chosen, in relief for the stress distributor and in hollow for the imprint of the matrix.
When filling, Figure 1A, the chamber is closed by the punches 2 and 3. The stress distributor (core) and the matrix define a filling space fixed in advance.
During feeding, the apparatus remains fixed, the powder 7 flows through the hoppers 4 and occupies the space available between matrix and core.
As soon as the filling is complete, the piston 3 is actuated by the press, it descends into the matrix, pushes the stress distributor 5 into the powder by transmitting the applied pressure to it. Simultaneously (Figure 1B), the stress distributor 5 contracts in the longitudinal direction and expands in the transverse direction, distributing multidirectionally, the unidirectional pressure that it receives. The powder is compacted in an almost isostatic manner and the pressed object 6 is shaped. At high pressure, the stress distributor has a shape different from that which it had at low pressure: it contracted longitudinally and expanded transversely.
During the ascent of the punch 3, the stress distributor returns to its initial shape and separates from the formed pot. The latter remains in a state of adhesion with the walls of the matrix.
To unmold the pot and eject it, move the piston 2 upwards (Figure 1C). The cycle can then start again.
This particularly simple system is limited as regards the choice of the shape to be given to the object and it is necessary to have a powder of good fluidity to obtain a suitable and easy feeding. It should be noted here the advantage of the process of the invention which, owing to the fact that the core at rest is narrower than in the compression position, allows large passage sections for the flow of the powder between matrix and core ( Figure 1A).
If the powder used lacks fluidity, it is possible to use, to facilitate feeding, for example the system of FIG. 2, where feeding takes place through the upper opening of the matrix.
The matrix 1 is here floating, while the lower ejector punch 2 of FIG. 1 is replaced by two elements, namely the annular ejector piston 8, mobile, and the fixed punch 9 constituting the bottom of the matrix.
The pressing cycle is similar to that of FIG. 1. However, the mid-cycle decompression (FIG. 2C) is only partial, the rest of the stress being released during the ejection phase (FIG. 2D). The molded part is then discharged laterally (Figure 2E), and the cycle can start again.
It should be noted that the ejection piston 8 is here annular, and that the powder must have sufficient cohesion after pressing, to withstand the ejection force which is exerted on a relatively small surface.
With a simplified stress distributor, of the type shown so far, and for the production of parts
t <EMI ID = 11.1>
external protrusions, a shell matrix will be used in known manner to allow demolding by opening the matrix.
The quality of a stress distributor is linked to its ability to produce an object of desired shape, size and appearance and, at the same time, to correctly distribute the compaction energy. The ideal is to manage to submit
at the same constraint all parts of the surface of the part.
The manufacturing technology can be limited to the use of a simple stress distributor, of the type shown in FIGS. 1 and 2. In this case, the quality of the object depends, as a priority, on the initial shape, before deformation, and physical properties of the elastomer used for the stress distributor.
If, on the contrary, it is aimed at perfecting this pressing method, it is necessary to use other types of stress distributor. These meet, for example, different purposes:
- improve the quality of uniformity of the compaction pressure,
- simplify the pressing tools,
- obtain a higher production rate.
Such more sophisticated devices are illustrated in FIGS. 3, 4 and 5.
FIG. 3 schematically represents a more elaborate embodiment of the stress distributor of the invention.
As can be seen in FIG. 3, the stress distributor, represented in two parts 5, 5 ′, in fact constitutes an elastic auxiliary matrix disposed inside the rigid, floating matrix, 1, of a shape corresponding to the negative shape of the part to be compacted. During compression, under the action of the punch 3, the stress distributor contracts in height and expands in width, thus ensuring multidirectional compaction of the internal and external faces of the part.
Compared to the embodiment of FIG. 2, the present embodiment offers the advantage of making it possible to exert a compaction pressure on all the faces of the part and to eliminate the ejection tool. Indeed, as will be understood, during the ascent of the punch 3, the decompression of the stress distributor will cause its complete separation from the compacted part which will simply rest on the upper face of the molding core. The molded part can therefore be removed without subjecting it to constraints, since it is entirely free.
On the other hand, the two parts 5, 5 ′ of the stress distributor can be made of different materials, to ensure the best compaction of the powder on all the faces of the part.
In the embodiment of FIG. 4, the stress distributor is in one piece, and also has the shape of an elastic matrix, of shape corresponding to the negative shape of the piece to be compacted, coming to be housed at the inside the rigid matrix 1.
Here, however, this stress distributor is formed in the form of a hollow body defining a chamber 15 for a fluid. The fluid contained in the chamber 15 will be a substantially incompressible fluid, ie a liquid, and has the aim of ensuring, compared to the embodiment with full stress distributor, better uniformity of the compaction pressures on the different faces of the part, the liquid transmitting the pressure in all directions.
In particular, in the case of the embodiment of FIG. 4, it is no longer necessary to provide a floating matrix, the liquid contained in the chamber 15 ensuring a pressure balancing effect comparable to that obtained by the floating arrangement of the matrix.
In the variant shown in Figure 5, the stress distributor is made up of two parts, one integral with the. die -and 1; 'other of the punch, tan-
<EMI ID = 12.1>
them by a flexible pipe-16. The result is similar to that obtained with the embodiment of FIG. 4. '
In the embodiment of FIG. 6, the stress distributor 5 has the form of a flexible envelope constituting the molding core, and integral with the punch
3. This envelope delimits a chamber 15 for a fluid, and is in communication with a fluid line 16.
This embodiment allows the manufacture of hollow parts with a narrow opening, such as flasks, vases, bottles and the like. It works as follows.
By means of a pump or the like, liquid is admitted into the chamber 15, via the line 16. The communication of the chamber 15 with the outside is then cut, and the punch 3 is lowered into the die 1. The pressure being uniform at all times in chamber 15, compacting under uniform pressure is obtained at all points on the wall of the internal cavity of the part to be compacted.
After compaction, the fluid is sucked out of the chamber 15, via the pipe 16, and the flattened casing 5 can be removed by the narrow opening of the compacted part. The part can then be ejected in a conventional manner.
The embodiment of FIG. 7 presents an improvement of the embodiment of FIG. 2, by replacing the massive stress distributor with a stress distributor with a fluid chamber.
The stress distributor 5 comprises a chamber 15 communicating via a pipe 16 with a chamber
15 'provided in the punch 3. The punch 3 further comprises an auxiliary punch 3' controlled in displacement, relative to the punch 3; by the liquid in the room
15 '.
�
As will be understood; of this figure, when
the punch 3 is lowered, 'the punch 3' compresses the upper surface of the part 6 to be compacted. This pressure on the upper surface is transmitted, by the liquid in the chamber 15 ', the pipe 16 and the chamber 15, to the internal surface of the core 5 which transmits, in a multidirectional manner, the compressive force on the internal walls of the part to be molded, contracting longitudinally and expanding transversely. The opposite effect occurs when the punch 3 is raised, and the core separates from the compacted part which can then be ejected by means of the ejector piston 2.
As can be seen in FIG. 7D, an advantageous characteristic of this embodiment is that, during demolding, the flexible stress distributor 5 is deformed and comes into contact by a large surface with the compacted part, thus ensuring a low pressure on the latter during demolding, and therefore a lower risk of defect.
Of course, the embodiments shown in the drawings, and described above, are only examples, and do not limit the invention in any way.
Thus, only the embodiments have been shown in the drawings in which the molding core is formed by the stress distributor, because this constitutes a preferred embodiment.
It is however understood that the invention also applies with advantage in the case where the core is a conventional rigid core, the stress distributor simply enveloping the walls of the matrix.
On the other hand, various combinations of the embodiments shown are of course possible, and will be obvious to those skilled in the art.
The various embodiments shown show that the method of the invention can be used with many existing tooling systems without significant modifications, making it possible to transform inexpensively <EMI ID = 13.1>
CLAIMS
1. Method of molding a hollow part by compacting a powder in a mold formed by the cooperation of a rigid punch and a rigid matrix, in which the hollow of the part to be compacted is formed by a molding core , characterized in that it consists of
- constitute at least one auxiliary element of the mold, coming into contact with the powder, in the form of an elastically deformable member, essentially incompressible
- transform, by deformation of said elastically deformable member, part of the longitudinal compression force produced on the powder by the relative movement between the punch and the rigid matrix, into transverse compression force on at least part of the walls of the part to compact.