CH332915A - Procédé pour comprimer une poudre - Google Patents

Description

Procede pour comprimer une poudre La prdsente invention a pour objet un pro- cede pour comprimer une poudre.

Ce procede se prete ä la fabrication d'arti- cles de forme et, plus specialement, ä la produc- tion d'articles en metal ou en matiere cdrami- que par pressage dune poudre rdfractaire pour lui donner la forme voulue et frittage de 1'ar- ticle presse'.

Comme bien connu, la technique de la me- tallurgie des poudres a commence par la fa- brication de filaments de tungstene ä partir de billettes preparees en soumettant de la poudre de tungstene ä une pression elevee, de maniere ä former une tige pressde qui est ensuite soumise ä un frittage en faisant passer un courant dlec- trique ä travers la tige. Dans les dernieres an ndes, an s'est servi des principes de cette tech- nique dans plusieurs branches diffdrentes de 1'industrie et la seule difficulte, s'opposant ä ce que cette technique puisse servir ä des applica- tions plus dtendues, est le probleme de pou- voir presser la poudre de maniere qu'on ob- tienne un retrait uniforme de 1'article presse, sur toutes ses surfaces, au cours de la consoli- dation pendant 1'operation de frittage. La com- pression se faisait, jusqu'ici, dans des matrices metalliques, la pression etant exercde par un plongeur capable de se ddplacer dans un sens seulement. Des metaux et des matieres c6ra- miques en poudre ne se comportent pas comme des liquides, meme s'ils sont lubrifies ä 1'aide de liants tels que la cire de paraffine, le glycol ou 1e polyethylene, de sorte qu'il se produit une perte de pression ä la base d'un produit com- pact quand la pression est exercee sur la par- tie superieure de celui-ci et il en resulte que la Base de ce produit West pas aussi fortement comprimee et se retrecit davantage au cours du frittage, ce qui donne lieu ä des deformations dans 1'article final.

Pour la fabrication dune longue barre cylin- drique par pressage direct, la pression peut seu- lement etre appliquee aux deux extremites, ce qui a pour resultat que la partie mediane de la barre est insuffisamment comprimde et que la barre frittee est plus mince au milieu qu'aux deux extremites. Pour la fabrication dune tige ou d'un cylindre de grande longueur, an a pro- pose de faire intervenir une pression hydrosta- tique et, ä cet effet, la poudre a ete placee dans un tube en caoutchouc rendu etanche pour em- p8cher 1'acces du liquide, ce tube etant ensuite place dans une chambre ä pression, de forme appropriee, dans laquelle an a fait agir une pression convenable. Il existe, toutefois, des difficultes pratiques pour atteindre les pres- sions elevees necessaires, en se servant des moyens ordinaires, les pompes hydrauliques n'etant generalement pas construites pour des pressions tres elevees. Des pressions elevees peuvent etre exercees ä 1'aide dune explosion dans une chambre ä pression. Les explosions sont toutefois, difficiles ä regler. Neanmoins, une pression uniforme a pu etre exercee sui- vant tous les axes par cette methode, excepte en ce qui concerne une legere perte resultant de la presence du manchon en caoutchoue. Une evolution plus recente de cette derniere methode a ete Fusage d'un moule profile et flexible ä la place du tube en caoutehouc, ce moule etant egalement, comme 1e tube en caoutchouc, ren- du etanche au liquide et etant plonge dans un liquide Sur lequel an exerce ensuite une pres- sion hydrostatique. Cette methode, tout en per- mettant d'obtenir des formes plus compli- quees, presente, neanmoins, les memes incon- v6nients que la methode precedente.

Le present procede permet de presser une poudre dans un moule flexible, de maniere telle que la pression soit exercee dans tous les sens, sans que les inconvenients indiques plus haut se produisent, et d'obtenir autant que possible, 1e retrait necessaire quand an passe de la poudre ä 1'article presse et fritte au cours de 1'op6ra- tion de pressage.

Dans 1e procede selon 1'invention, an ap- plique une pression Sur la poudre enfermee dans un espace, ladite pression etant appliquee au moins en partie par 1'intermediaire d'un corps flexible. Le procede est caracterise en ce que ledit corps est forme d'un gel lyophile re versible de dimensions stables, de Sorte que la pression est repartie uniformement autour de la poudre enfermee.

Un gel lyophile reversible presente, du mo- ment que ses dimensions sont stables, de nom- breux avantages en ce sens qu'il peut etre aise- ment reconverti en un sol et qu'on peut lui donner la forme necessaire pour la coulee du sol; apres quoi an 1e transforme en un gel pour former ainsi un moule flexible. Parmi les gels lyophiles que Fon peut utiliser, an peut citer les gels hydrophiles, tels que la gelatine, 1'agar- agar, les gels de 1'acide alginique et 1'albumine des oeufs. Un gel hydrophile approprie peut eire prepare ä partir dune solution aqueuse ä 25 de gelatine.

Des organogels peuvent egalement RTI ID="0002.0278" WI="6" HE="4" LX="1720" LY="324"> etre uti- lis6s et ils presentent, comme explique plus loin, des avantages considerables Sur les gels hydro- philes. Des organogels appropries sont des re- sines synthetiques thermoplastiques plastifiees, telles que 1e chlorure de polyvinyle et ses co- polymeres. Les plastisols vinyliques conviennent particulierement bien au but poursuivi par Fin- vention. Ces plastisols sont des dispersions dans lesquelles 1e plastifiant est 1e seul milieu de dispersion qui puisse etre converti en plastigel, dans certains cas, par un chauffage ä des tem- peratures de Fordre de 110 . Des gels de ce genre sont prepares et vendus pour la fabri- cation de moules flexibles pour couler du plä- tre, du ciment, de la cire et des produits r6si- neux. Un gel, qui convient particulierement bien, est prepare en plastifiant fortement et en gelifiant du chlorure de polyvinyle et il est vendu sous la marque de fabrique Vinamold mais il est evident que de nombreux elastome- res naturels ou synthetiques peuvent etre utüi- ses pour la fabrication d'un gel ayant les pro- prietes susindiquees.

La proportion du milieu de dispersion dans 1e sol, ä partir duquel 1e gel est prepare, est reglee de maniere ä donner au gel la rigidite necessaire pour la fabrication d'un moule com- portant 1'empreinte nettement definie du mo dele utilise, mais en Sorte qu'il ne soit pas as- sez rigide pour qu'il perde les proprietes d'un gel lui permettant de se deformer sans subir de changement substantiel de son volume et, en outre, de se comporter, en ce qui concerne la compression, comme s'il etait un liquide. La proportion du colloide au milieu de dispersion West, pour cette raison, pas critique, car il s'agit uniquement d'obtenir un equilibre entre la resistance du gel et sa flexibilite, de Sorte que, du moment que 1e gel obtenu a une stabilite de dimensions suffisante pour qu'il conserve sa forme en n'etant pas soumis ä une compression et meme apres un usage repete, plus 1e gel est mou et mieux il peut servir au but poursuivi par 1'invention. Suivant un mode de realisation de 1'in- vention, an fa@onne et tasse la poudre avant de 1'introduire dans la cavite d'un moule flexible constitue en un gel lyophile reversible, an Loge 1e moule dans une matrice rigide ayant la forme et les dimensions de la face externe du moule flexible, de sorte que, lorsque 1e plongeur est engage dans 1e corps de la matrice, 1'espace dudit corps reserve au moule soit completement rempli par celui-ci, apres quoi an exerce la Pression necessaire sur 1e plongeur de la ma- trice.

Avantageusement, an peut constituer un moule flexible en versant 1e gel liquefie, par exemple un plastigel vinylique, autour d'un modele place dans un corps de matrice rigide, apres quoi an retire 1e modele.

Pour fabriquer un corps cylindrique avec une extremite pointue et constitue en carbure de tungstene, an peut proceder comme suit. Un modele cylindrique en acier, ayant une forme correspondant ä Gelle que Fon veut obtenir, est place dans un corps de matrice, convenant au Pressage de matieres pulverulentes et consti- tue par un tube cylindrique avec un plongeur ä chaque extremite. Les dimensions du modele en acier sont augmentees, dans toutes les di- rections, de la meme quantite, en pourcent, par rapport ä Gelles que 1'on veut donner ä 1'article desire, 1e surplus des dimensions correspondant au retrait obtenu quand an passe d'abord de la poudre legerement tassee ä Far- ticle presse et, ensuite, de 1'article presse ä Far- ticle fritte. L'intervalle entre 1e modele surdi- mensionn6 et la paroi de la matrice est alors rempli en versant un chlorure de polyvinyle fortement plastifie et fondu, par exemple 1e produit marque Vinamold , dans Fintervalle susdit et quand la mutiere coulee est refroidie, an retire 1e modele Profile sans difficulte, ce qui laisse dans 1e Vinamold une empreinte correspondant exactement au modele en acier surdimensionne. La mutiere pulverulente ä com- primer, par exemple un melange de carbure de tungstene-cobalt connu sous 1e nom de metal dur et contenant environ 1 % en poids de eire de Paraffine, est alors introduite uniformement Jans 1e moule en remplissant completement la cavite. Le plongeur en acier est alors introduit dans 1e moule et la Pression est exercee par un belier hydraulique et, en admettant que la ma- trice soit construite dune maniere suffisam- ment solide, des Pressions atteignant 3500 kg/cm2 peuvent etre obtenues. Quand la Pres sion cesse et que 1e plongeur est retire, an cons- tate que la matiere pulverulente est tassee uni form6ment, de sorte que toutes ses dimensions lineaires sont proportionnellement reduites par rapport ä Gelles du modele Profile initial dune valeur correspondant ä peu pres ä un quart (20-25 0/0).

La compression dune pike moulee pleine en Vinamold a ete mesuree et an a ob- serv6 une contraction de 9 % en volume sous une Pression de 15 kg/mm2. 0n compense ge- n6ralement cette contraction en volume du Vi- namold par 1e mouvement d'un ou de plu- sieurs plongeurs suivant un axe seulement. 0n doit tenir compte de cet effet en etablissant 1e modele surdimensionne utilise pour 1e moulage du Vinamold . A Part cette tolerance, il se produit une variation apparente tres faible du retrait, Pendant 1e Pressage, entre les dimen- sions, qui sont paralleles ä Faxe suivant lequel est exercee la Pression et Gelles considerees sui- vant les autres axes.

Quand an utilise de la gelatine comme mu tiere constitutive du moule flexible, an cons- tate qu'une solution ä 25 % de gelatine procure un gel ayant une consistance appropriee pour la mise en oeuvre de Finvention. La composition suivante convient bien gelatine broyee . . 25 II/o en poids eau ... . . . 70 % en poids glycerol . . ... 4,75 % en poids germicide <B>......</B> 0,25 0/a en poids Comme dans 1e Gas du Vinamold , 1a formule susdite West pas critique mais 1e rap- port gelatine/eau indique dans la composition ci-dessus procure un compromis approprie en- tre la rigidite et la flexibilite du gel. Le glycerol est utilise en vue de reduire 1'evaporation de 1'eau et d'ameliorer ainsi la stabilite des di- mensions Pendant que 1e produit est conserve. Le germicide empeche la croissance des bac- teries. Il r6sulte de ce qui precede que les orga- nogels de vinyle pr6sentent des avantages mar- qu6s sur la g61atine.

Il West pas n6cessaire que la matiere, in- troduite dans 1e moule flexible, ait la forme dune poudre, car la masse peut avoir 6t6 com- primee partiellement dans une matrice ordinaire avant d'etre introduite dans 1e moule et toute irr6gularit6 dans 1e tassement peut etre suppri- m6e au cours de la compression dans 1e moule flexible. Ceci est important car, avec la m6 thode de pressage usuelle, toute modification Idgere de la forme, qui r6sulte dune compres- sion irr6guliere, se manifeste seulement apres 1e frittage. 0r, une correction de cette alt6ration de la forme nkessite un meulage de 1'article fritte et dur. Des poudres, comprim6es par des metho- des usuelles, peuvent subir un pressage ultdrieur conform6ment ä 1'invention et apres ce pressage ulterieur, 1'alt6ration de la forme peut etre corrig6e sur 1'article non fritt6 et il se produit un retrait absolument r6gulier au cours du frittage. Par exemple, une pike profil6e cylindrique, qui a et6 comprimee ä 1'aide d'un plongeur dans un sens parallele ä son axe, aura une forme 16ge- rement tronconique apres frittage, mais si, avant 1e frittage, an la soumet ä un nouveau pressage par la m6thode selon 1'invention et ä la meme pression que celle utilis6e auparavant, an peut constater la forme tronconique avant frittage et an peut y remMier ä ce moment, la piece su- bissant alors un retrait parfaitement r6gulier au cours du frittage. Ort a d6couvert que 1e Vi- namold agit comme s'il 6tait un liquide, de sorte que 1'effet dune pression sur une extr6- mit6 seulement procure une contraction uni forme suivant les trois axes. Le Vinamold a des dimensions stables et revient ä sa forme initiale apres chaque pressage, de sorte qu'un moule peut etre utilis6 plusieurs fois. Dans 1e cas oü il s'use il peut etre refondu et moule 'a, nouveau. Les dessins ci-annex6s illustrent quelques modes d'execution du proc6d6 selon 1'inven- tion. La fig. 1 montre, en coupe verticale, un corps de matrice constitue par un cylindre en aeier dans lequel sont ajust6s des plongeurs et illustre en<I>A, B, C, D,</I> et E, cinq phases dif ferentes de fabrication d'un moule flexible, ainsi que 1e pressage dune poudre dans 1e moule, quand celui-ci est forme.

La fig. > 2 montre, semblablement, un corps de matrice analogue et illustre les phases A-E de la fabrication d'un moule flexible dif- f6rent et de 1'article press6 forme dans celui-ei.

La fig. 3 montre, semblablement, un corps de matrice analogue ä celui de la fig. 1 et illus tre les phases A-E de la fabrication d'un autre moule flexible et de 1'article presse dann celui-ci quand an utilise un noyau en acier. Des organes analogues sont designes par les memes chiffres de ref6rence sur les diff6rentes figures.

Sur la fig. 1, 1e corps de matrice 1 com- porte un plongeur inf6rieur 2 et un plongeur sup6rieur 3 ainsi qu'un modele surdimensionne 4 qui peut etre constitue en une matiere ri gide quelconque mais, de preference, en acier, ce modele Aant place au centre de la matrice, comme montre pour la phase A. Comme d6jä dit, 1e modele doit eire surdimensionne de la quantite voulue, en pourcent, pour toutes les di- mensions, afin que cette quantite corresponde au changement de dimension du produit com- pact forme par la poudre, d'abord au cours du pressage et, ensuite, au cours du frittage. Le modele 4 sert, dans ce cas, ä la fabrication dune bille sph6rique. Le Vinamold fondu est verse, ä 1'aide d'un r6cipient approprie 5 dans 1e moule jusqu'ä ce qu'il atteigne un niveau bien au-dessus de la partie sph6rique du modele, comme indique par 1'horizontale en traits inter- rompus pour la phase A. 0n permet alors au Vinamold de refroidir jusqu'ä ce qu'il se soit solidifie sous la forme d'un gel bien ferme. Le moule flexible ainsi forme est alors sorti du corps de la matrice et renverse, comme montre dans la phase B, apres quoi 1e modele est retire hors du moule. 0n forme un bouchon 6, en Vinamold , par une op6ration separ6e. La poudre metallique, n6cessaire pour 1e pressage, est versee dans 1e moule jusqu'ä ce qu'elle rem- plisse la partie spherique du moule, comme mon- tre en 7 pour la phase C. Le bouchon 6 en Vinamold et 1e plongeur 3 sont alors mis en place et une pression de 15 kg/mm2 est exer- cee Sur 1e plongeur comme montre pour la phase D. Le Vinamold agit, dans Ces conditions, comme s'il Aait un liquide, de Sorte que, lors- que la poudre est tassee pour former 1'article presse, 1e Vinamold se deforme comme 1e ferait un liquide et la pression est transmise uniformement dans toutes les directions. Dans Ces conditions, il se produit une diminution de 40 ä 50 ü/o en volume de 1'espace occupe par la poudre. 11 est sans importance que la pression soit exercee Sur ]es deux plongeurs 2 et 3 ou Sur un plongeur et dans un sens seulement, lau- tre plongeur formant alors un appui solide, comme entre les platines dune presse.

Quand la pression cesse d'agir, 1e Vina- mold revient brusquement ä sa forme et ä ses dimensions initiales en laissant 1'article presse dans 1'espace vide 8, cet article ayant alors une forme spherique mais avec un volume conside- rablement plus petit, comme montre pour la phase E.

Sur la fig. 2, 1e modele a, dans ce cas, la forme d'un cylindre 4 et 1e Vinamold > est verse dans la cavite du modele, jusqu'ä ce qu'il atteigne un niveau bien au-dessus du mo dele cylindrique, comme indique par 1'hori- zontale en traits interrompus pour la phase A. Apres refroidissement, 1e moule flexible est re- tourne comme montre pour la phase B et 1e bouchon 6, en Vinamold , est loge avec pre- cision dans 1e Corps de la matrice, ce bouchon etant, dans ce cas, forme par un simple disque. La poudre ä presser est ensuite versee dans 1'es- pace annulaire 7 compris entre 1e moule flexi ble et 1e Corps de la matrice jusqu'ä ce qu'elle atteigne la partie superieure du moule flexible, comme montre pour la phase C, et 1e bouchon 6 en Vinamold et 1e plongeur sont mis en place. La pression est alors exercee comme dans 1e cas du Corps spherique de la fig. 1. La pression diminue les dimensions de la poudre remplissant 1'espace annulaire 7, comme mon- tre pour la phase D. Quand la pression cesse, an obtient egalement un cylindre dont la pa- roi a une longueur et une epaisseur moindres que celles de 1'espace initial forme par 1e moule flexible, comme montre en 8 pour la phase E.

Sur la fig. 3, un modele 4, convenant ä la fabrication dune piece moulee tubulaire est place dans 1e Corps de la matrice, 1e modele comprenant une partie en saillie 9a destinee ä<RTI ID="0005.0277" WI="10" HE="3" LX="1072" LY="430"> former une cavite dans 1e moule flexible en vue de permettre 1'introduction d'un noyau en acier. Le Vinamold remplit la matrice jus- qu'au niveau de la partie superieure du modele. Dans ce cas, il West pas necessaire d'inverser 1e moule flexible mais, apres 1'enlevement du modele, 1e noyau 9 est introduit dans la cavite 9a et s'etend jusque au-dessus de 1'espace cy- lindrique B. Le bouchon 6, en Vinamold comporte, dans ce cas, egalement une encoche 9b dont la section transversale a la meine forme et les meines dimensions que 1e noyau, la pro- fondeur de cette encoche etant calculee de ma- niere ä laisser de la place pour 1e noyau quand la poudre 7, qui est introduite dans 1'espace 8, est tassee par 1'effet de la pression quand 1e Corps principal du moule flexible 5, apres la mise en place du bouchon 6, est comprime. En mettant 1e bouchon 6, en Vinamold et 1e plongeur 3 en place, comme montre pour la phase C, et en faisant agir la pression comme montre pour la phase D, la poudre 7, contenue dans 1'espace 8, est comprimee uniformement de tous les cötes dans 1e cylindre plus petit ainsi forme et quand la pression cesse, ce cy- lindre plus petit est laisse dans 1'espace 8, comme montre poür 1'etage E.

Le procede, faisant 1'objet de 1'invention, peut eire utilise pour toutes les variantes con- nues dans ce domaine par exemple celles avec introduction de mandrins ou noyaux en vue de former des cavites dans 1e Corps presse. Suivant une autre variante, 1e mandrin ou 1e noyau lui-meme peut etre constitue en une pou- dre comprimee mais non frittee qui n'a pas necessairement la meine composition que la poudre que Fon veut comprimer autour de ce mandrin ou noyau. De cette maniere, an peut obtenir un article dont la section transversale peut avoir une composition complexe Sur toute son etendue. Les articles presses peuvent etre frittes dune maniere tres uniforme, ce qui prou- ve que la pression est exercee regulierement dans tous les sens et les valeurs uniformes du retrait, que 1'on peut observer, sont une autre preuve de ce fait. .

Le procede selon 1'invention, peut etre utüi- se dans n'importe quel cas oü une uniformite de pression est necessaire pour former un ar- ticle presse ä partir dune poudre, mais il est surtout interessant pour comprimer des pou- dres de metaux et d'alliages ayant des points de fusion eleves, en vue d'obtenir des artieles frit- t6s, tels que des outils de coupe, ä partir de ces poudres.

Claims (7)

1. REVENDICATION Procede pour comprimer une poudre par ap- plication dune pression sur la poudre enfermee dans un espace, ladite pression etant appliquee au moins en partie par l'intermediaire d'un corps flexible, caractdrise en ce que ledit corps est forme d'un gel lyophile reversible de di- mensions stables, de Sorte que la pression est repartie uniformement autour de la poudre en ferm6e. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procede selon la revendication, caract & rise en ce que Fon enferme la poudre dans la cavite d'un moule flexible forme dudit gel et place dans une matrice rigide s'adaptant etroi- tement aux dimensions externes dudit moule et pourvue d'un plongeur.
2. 2. Procede selon la sous-revendication 1, caracterise en ce que Fon forme 1e moule flexi ble en coulant le gel liquefie autour d'un mo dele place dans la matrice, puis en retirant 1e modele apres solidification du gel.
3. 3. Procede selon la sous-revendication 1, caracterise en ce que Fon tasse la poudre avant de 1'enfermer dans la cavite du moule flexible.
4. 4. Procede selon la revendication, carac- t6ris6 en ce que 1e gel est un organogel.
5. 5. Procede selon la revendication, caracte- rise en ce que 1e gel est un chlorure de polyvi- nyle plastifie.
6. 6. Procede selon la revendication, caracte- ris6 en ce que 1e gel est un copolymere de chlo- rure de vinyle plastifie.
7. 7. Procede selon la revendication, caracte- rise en ce que la poudre ä comprimer est com- posee d'un mAal dur. B. Procede selon la revendication, caracte- ris6 en ce que 1'on exerce la pression au moyen dune presse hydraulique.