Procédé d'agglomération de matières pulvérulentes. La présente invention est relative à, un procédé d'agglomération de matières pulvéru lentes, notamment de poudres métalliques ou de composés métalliques avant frittage.
Lorsqu'on moule des objets faits de mé taux ou de composés de métaux pulvérulents, ou de mélanges de ces corps, en particulier des objets faits en borures, nitrures et car- bures durs de différents métaux, avec ou sans liants, ces objets devant. être ensuite frittés pour les amener à -Lui état cohérent et aggloméré, il est particulièrement avantageux (le réaliser une compression énergique et uni forme de la matière pulvérulente pour la mettre sous la forme désirée, qu'elle conser vera pendant le frittage.
Le procédé selon l'invention, qui permet de réaliser une telle compression, est carac térisé par le fait que l'on introduit une masse de matière pulvérulente dans une masse de liquide et qu'on soumet cette masse de li quide à une pression résultant. d'une explosion.
Ce procédé s'applique non seulement à l'aâglomération de matières pulvérulentes n'ai-ant subi aucune compression préalable, mais également à l'agglomération plus pous sée d'objets préalablement conformés à partir (le poudres par une opération de moulage à basse pression.
L'état. uniformément dense obtenu par le procédé selon l'invention est extrêmement fa vorable au maintien de la solidité de l'objet lorsqu'il est fritté et réduit au minimum la distorsion et le gauchissement pendant le frit tage.
La compression uniforme réalisée donne lieu à la formation d'un objet dans lequel il n'y a pas de tension intérieure résultant de formes inégalement réparties, comme cela. se produit lorsqu'on comprime les compositions dans un moule ou une matrice rigide.
Dans la. mise en ce-Livre préférée du pro cédé, on utilise une gaine imperméable au fluide, en forme de sac, dans laquelle sont placées les matières pulvérulentes ou l'objet préalablement conformé, qui doivent être comprimés, ce sac étant de préférence en caoutchouc ou en un élastomère imperméable au fluide.
On a constaté que les objets obtenus par le présent procédé ont une densité beaucoup plus grande et plus uniforme que ceux agglo mérés par l'un quelconque des procédés anté rieurement connus, et que le produit final, après frittage, présente moins de gauchisse ment et de porosité et une plus grande résis tance. Pour des objets agglomérés et frittés nécessitant une résistance considérable, égale dans toutes les directions, par exemple des galets ou cylindres, le procédé est d'un inté rêt considérable du fait que la pression d'ag glomération, également dirigée par le fluide de tous les côtés, donne un état uniforme de densité et de résistance dans la masse de chacun de ces objets.
L'invention sera maintenant décrite en référence au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 est une coupe d'un dispositif pour l'exécution du procédé, montrant un sac contenant un objet placé dans la chambre de compression, tout étant prêt pour provo quer une explosion.
La fig. 2 est une vue correspondante à celle de la fig. 1, après que l'explosion a eu lieu, certaines des parties étant représentées avec des arrachements et d'autres en élé vation.
La fi,-. 3 est une vue extérieure en bout de la tête d'explosion.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4---4 de la fig. 1.
Les fig. 5 et 6 sont respectivement. des vues en bout et des côtés du piston.
La fig. 7 représente en détail, avec par ties en coupe, le dispositif -d'allumage qui fait détoner la charge explosive.
La fig. 8 est une vue de l'extrémité du dispositif d'allumage de la fig. 7 montrant l'intervalle d'allumage entre les électrodes.
La fig. 9 est une vue de détail de la sou pape de décharge de la chambre d'explosion avec certaines parties arrachées pour montrer l'intérieur.
La fig. 10 est une coupe du pointeau de décharge de la fig. 9.
La fig. 11 est une vue de détail du siège du pointeau des fig. 9 et 10.
La fig. 12 est une coupe du dispositif de soupape de décharge des fig. 9 et 10, suivant la ligne 12-12 de la fig. 10.
La fig. 1.3 est une vue de détail de l'élec trode d'allumage centrale de l'allumeur re présenté sur la fig. 7, et montrant son isole ment.
La fig. 14 est une coupe suivant la ligne 14-14 de la fig. 13.
Les différentes coupes sont observées en regardant dans la direction des flèches por tées par les lignes de coupe, et les mêmes références désignent. les mêmes parties sur toutes les figures.
Sur les fig. 1 et 2, on voit une chambre de compression 20, ménagée dans un corps cylindrique 21, en métal doux, pourvu d'un manchon ou frette de renforcement '_''? qui l'emboîte étroitement pour augmenter sa ré sistance. La chambre de compression 20 est ouverte à l'extrémité 23 du corps '21 et unie partie plus large de cette ouverture est ta raudée en 24 pour recevoir le raccord fileté 25 d'une tête ou culasse d'explosion 26 pré sentant une chambre d'explosion \? 7 débou chant extérieurement dans le raccord fileté 25.
L'extrémité du raccord de la culasse d'explosion présente un épaulement 28 qui vient. s'appliquer contre un joint. 29 d'étan- ehéité pour le gaz et le liquide, ce joint. s'ap puyant sur un épaulement 30 de la chambre de compression, de manière à. constituer une fermeture étanche au -az et à l'eau. La cu lasse d'explosion 26 est aussi pourvue d'un manchon de renforcement ou frette cylin drique 31a qui s'adapte étroitement sur elle pour augmenter sa résistance.
La chambre d'explosion 27 est cylindrique et contient un piston cylindrique 31 qui s'ajuste dans le cylindre en y confinant une charge explosive 32. L'explosion (le cette charge 32 pousse le piston vers la chambre de compression 20 et exerce une pression sur le fluide 33, qui peut être de l'eau.
Lorsqu'on assemble le dispositif pour effectuer une opération, le corps 20 est. placé debout sur son extrémité 34 et on y intro duit l'objet à former, enfermé dans une gaine en caoutchouc, en forme de sac, de laquelle on a, de préférence, retiré tout l'air ou le gaz. On visse alors la culasse d'explosion avec la charge de poudre 32 qu'elle contient et le piston 31 serré sur cette charge, dans le corps de compression 21, à l'aide d'un outil introduit dans des trous ''6a (fig. 3), jus qu'à ce que l'épaulement 28 soit solidement serré contre le joint 29 qui s'appuie sur l'épaulement 30.
Pendant cet accouplement de la culasse d'explosion et. du corps de com pression, l'excès d'eau est expulsé le long des filets 24 jusqu'à ce que l'accouplement final et l'étanchéité entre ces deux pièces soient réalisés. De cette façon, il ne reste ni air ni gaz dans la chambre de compression 20, ce qui autrement tendrait à. réduire l'effet de l'explosion qui chasse le piston 31 contre le fluide.
Le dispositif d'allumage pour faire déto ner l'explosif contenu dans la chambre 27 comprend deux électrodes 35 et 36 (voir fi-. 1 et 7) entre lesquelles est montée en série une amorce électrique. Un cham pignon 38, pourvu d'une tige 39, est placé, la tige d'abord, dans un trou 40 de l'extrémité 41 de la culasse d'explosion, la tête plus large 38 s'engageant dans une partie plus large 42 (le l'alésage 41 et elle est appliquée de façon étanche par l'intermédiaire d'un joint. 43 contre un épaulement. 44.
La tige 40 présente une extrémité filetée qui s'étend au-delà de l'extrémité 41 de la culasse d'explosion et sur laquelle se visse un écrou de retenue 42' servant à maintenir la tête 38 dans la partie 4'?. De petits trous 44a sont. prévus dans l'écrou 42' pour y introduire un outil de ser rage. L'électrode 35 (fig. 7, 13 et 14) passe dans un trou axial 45 de la tige 39 et dans le trou large 46 de l'extrémité de la tête 38 tourné vers la chambre d'explosion. La partie de l'électrode 35 se trouvant dans la tige 39 est. recouverte d'une gaine isolante 46a. pour empêcher un court-circuit avec cette tige.
Pour permettre à l'assemblage de l'électrode 35 et de la tête 38 de résister à la. pression, une rondelle conique 47 en matière résineuse dure, une rondelle 48 en une matière de gar niture élastomère, une rondelle 49 en une ma tière résineuse dure, une rondelle 50 en -une matière de garniture élastomère et une ron delle 51 en amiante sont. serrées par un écrou 52 vissé sur l'électrode 35, ce qui bloque efficacement cette électrode sur la tête en l'empêchant d'être expulsée et en em pêchant le passage des gaz produits par l'ex plosion au moment de la détonation. L'élec trode 36 est reliée électriquement à la partie large ou tête 38 du champignon qui est en contact. électrique avec la culasse d'explo sion.
L'extrémité filetée, en saillie, de l'élec trode 35 (fig. 7) est munie d'un écrou 55 qu'on peut serrer contre une rondelle iso lante 55a et au moyen duquel on peut fixer un conducteur électrique. Au moment où on désire faire détoner l'explosif, on ferme un circuit électrique pour allumer l'amorce élec trique qui comprend une boucle de fil chaud noyé dans une poudre d'allumage contenue dans un petit cylindre métallique.
Afin de pouvoir évacuer la pression créée dans la chambre d'explosion par la détona tion de l'explosif à la fin de l'agglomération, en vue de séparer la culasse d'explosion du corps de compression, il est prévu une sou pape de décharge qui est représentée en dé tail sur les fig. 9, 10, 11 et 12. Le corps de cette soupape est représenté sur la fig. 1 comme étant vissé dans une ouverture tarau dée 60 ménagée dans l'extrémité 41 de la culasse d'explosion.
En se reportant aux fig. 9 à 12, plus dé taillées, on voit que le corps 61 est fileté en 62, de manière à pouvoir se visser dans le trou taraudé 60 de la chambre d'explosion (voir fi-. 1), un épaulement 63 de ce corps venant buter contre un épaulement 64 (fig. 1) de la culasse d'explosion, avec inter position d'un joint 65.
Le corps 61 présente im alésage axial taraudé en 65a pour rece voir, à travers l'ouverture 66, un pointeau 67 rendu étanche à la pression par une bague de presse-étoupe 68 et une garniture 69 main- tenues en place par ii écrou 70 vissé sur l'extrémité filetée 71 du corps 61. L'extré mité intérieure de l'alésage de ce corps forme un siège 72 dans lequel débouche un passage très étroit 73 conduisant à l'extrémité inté rieure 74 du corps 61.
Le pointeau présente une extrémité conique 76 qui pénètre dans le siège 72 lorsque ce pointeau est vissé inté rieurement jusqu'à sa limite, en fermant ainsi le passage pour le gaz ou l'eau à tra vers la petite partie 73 de l'alésage axial du corps de soupape. Le pointeau présente un méplat près de son extrémité 76, en 77, de façon à laisser un jeu 78 dans lequel dé bouche une ouverture 79 en communication avec un alésage axial 80 qui s'étend jusqu'à L'ouverture 81 située à l'extrémité extérieure de la tige 67 du pointeau, de sorte que, lors qu'on dévisse cette tige pour écarter le poin teau de son siège, en tournant la partie pris- matique 83, les gaz de l'explosion peuvent s'échapper,
de façon réglée; par le conduit 80. L'extrémité de la tige 67, par laquelle le gaz s'échappe, peut présenter des gorges en 82, de manière à former raccord sur lequel peut se fixer un tuyau souple, de sorte que les gaz, qui peuvent être toxiques ou corro sifs, peuvent être amenés à tout endroit convenable. En se reportant à la fig. 1, on voit un petit conduit 85 qui va de la chambre d'explosion 27 au fond de l'alésage 60 dans lequel on introduit le corps du pointeau, de sorte que, lorsqu'on dévisse le pointeau 76 pour l'écarter de son siège, il existe un petit passage continu pour l'évacuation des gaz de l'explosion.
Sur les fig. 1 et 2, on a représenté respec tivement l'état du dispositif avant que se pro duise une explosion et l'état après l'explosion et on a représenté l'effet de celle-ci sur un objet en forme de cube ou une masse de poudre enfermée dans une gaine en caout chouc dont on a préalablement. retiré l'excès d'air et de gaz. On voit que l'objet contenu dans le sac 86, comme le montre la fig. 1, a des dimensions linéaires légèrement. plus grandes que le même objet. après l'explosion, comme le montre la fig. 2, le changement volumétrique étant égal an déplacement du fluide provoqué par la partie du piston 31 qui a pénétré dans la chambre à fluide 20 à la fin de l'explosion.
La forme particulière de l'objet à traiter représenté a été choisie cubique uniquement pour la commodité de la représentation et il est bien entendu que l'objet peut. avoir une forme quelconque et qu'il est aggloméré -uniformément. du fait de la préssion hydraulique égalisatrice. La quantité de fluide déplacée par le piston 31 dans la chambre de compression est une me sure de l'agglomération obtenue par l'explo sion.
Il est bien entendu que l'objet n'est pas nécessairement en foi-nie de briquette obtenue par un premier tassage léger de la matière, car on peut mettre dans ces sacs de la poudre métallique non tassée en lui donnant une conformation déterminée par les propriétés élastiques du sac, cette conformation se con- servant et donnant un corps cohérent. après que l'explosion a eu lieu.
Lorsqu'on applique le procédé pour faire, de façon analogue, tin certain nombre d'ob jets en une série d'opérations, il est bon que les résultats obtenus dans chaque cas soient les mêmes. Dans ce but, les dimensions ini tiales, le degré de tassage initial, la charge de poudre et sa densité de charge doivent être les mêmes pour chaque opération.
La. meilleure gamme de pressions pour le moulage de corps en carbure métallique dur, tel que le carbure de tungstène ou des car bures de tungstène mélangés, ou d'autres car bures, est comprise entre 3500 et 4200 hg/cm2, ce qui nécessite de 2 à 3 g de poudre explo sive par em3 de tassage du ou des articles si l'on utilise des poudres sans fumée ordinaires, à. simple ou double base, d'épaisseur de 0,55 à 3,8 mm. Les poudres du type de l'armée, avec grains perforés, sont utilisables de facon sa tisfaisante avec le dispositif ci-dessus, mais de la poudre noire convient également.
Dans le fonctionnement de ce dispositif, il est bon due la pression ne se développe pas trop rapidement.; pour obtenir le meilleur ré sultat, la pression maximum doit être obtenue au bout de 25 à. 50 milliseeondes.
Certaines dimensions des différentes par ties du dispositif ont. donné satisfaction et on les indique ci-après, mais on peut admettre de grandes différences dans les dimensions et même dans la forme de construction. Dans un dispositif tel que celui qui est représenté, avec une chambre d'explosion de 7,6 cm de diamètre et 17,7 cm de lon-ueur, un piston de 15,2 cm de longueur et un diamètre don nant un jets de 0,012 mm,
a donné satisfac tion en l'utilisant avec une chambre de com- pr ession cylindrique ayant une longueur d'en- viron 33 cm et un diamètre d'environ 9,5 cm.
Dans un dispositif ayant. ces dimensions, tin boudin de carbure de tungstène, tassé à. la main, ayant un volume initial de 185 eni3, est finalement a-gloméré en utilisant. l.30 â de poudre sans fumée à base unique, d'épais seur de 0,55 min et chargée à une densité comprise entre 0,70 et 0,90. Le volume final du boudin a été d'environ 130 cm", en réali sant une compression de 55 cm3, ce qui équi vaut à environ 2,4 g de poudre par cm3 de compression.
La pression atteinte dans ces conditions est d'environ 3570 kg par cm2. L'exemple ci-dessus donne une idée des résul tats qu'on peut attendre pour l'agglomération.
En pratique, il est bon de placer le dis positif dans une fosse en béton, à parois épaisses, les fils d'allumage venant à l'opéra teur qui se trouve à une certaine distance et qui est protégé. De faon commode, on peut libérer les gaz de l'explosion en environ 1/2 minute en ouvrant le pointeau. Si l'utilité s'en fait sentir, avec un type particulier de poudre de moulage, on peut maintenir une pression appréciable pendant longtemps, sui vant l'efficacité du système de fermeture utilisé.
On a constaté que la densité de charge ment de la poudre n'a pas besoin d'être supé rieure à 0,70 à 0,90, ces chiffres représentant le rapport entre le poids de l'explosif formant la charge et le poids d'eau qui remplirait complètement le même volume de la chambre d'explosion occupé par l'explosif.
Dans la mise en aeuvre du procédé avec le dispositif ci-dessus, on met le sac contenant la poudre, tassée ou non, dans la chambre de compression, et on remplit celle-ci d'eau jus- qu'au bord. On visse alors la culasse d'explo sion chargée, avec le piston serré contre la poudre dans l'extrémité contenant cette poudre, sur le corps de la chambre de com pression de façon que le piston s'appuie contre l'eau sans qu'il y ait d'air ou de gaz restant pour amoindrir l'effet de choc du piston lorsque l'explosion se produit. La culasse d'explosion et le corps de la chambre de com pression sont accouplés étroitement, de ma nière à maintenir la pression.
On allume alors la charge explosive en établissant un circuit électrique passant par l'amorce élec trique qui se trouve dans la chambre conte nant la poudre, par exemple en utilisant une batterie reliée, d'un côté du circuit, à l'élec trode centrale et, de l'autre côté, au corps de la culasse d'explosion. Après que l'explosion a eu lieu, on supprime la pression en ouvrant le pointeau, au bout d'environ 1/2 minute, on enlève la tête d'explosion, on prend le produit final dans la chambre à fluide et on le retire de la gaine.
La gaine étant résistante au fluide, em pêche ce dernier de pénétrer, pendant que s'exerce la pression provoquée par l'explosif, dans l'objet plus ou moins poreux, pendant que l'agglomération a lien.
Il est important que le fluide soit enfermé de faon étanche dans le dispositif alors même que l'atmosphère ou le gaz en a par ailleurs été retiré, de telle sorte que la poussée du piston sur le fluide et son déplacement ne provoquent pas l'expulsion de ce fluide et que le piston ne puisse se déplacer dans le fluide pour venir frapper la pièce qu'il contient.