FR2969016A1 - Agencement pour le moulage d'un melange a base de poudre metallique autour d'un noyau ceramique - Google Patents

Agencement pour le moulage d'un melange a base de poudre metallique autour d'un noyau ceramique Download PDF

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Abstract

L'invention propose un agencement pour le moulage d'un mélange à base de poudre métallique autour d'un noyau (12), qui comporte un moule (18) délimitant une cavité (24), et qui comporte une partie déformable élastiquement (30) sur laquelle le noyau (12) est en appui, de manière à adapter les dimensions de la cavité (24) aux dimensions du noyau (12), caractérisé en ce que la partie déformable élastiquement (30) comporte une lame (34) métallique déformable élastiquement sur une face de laquelle le noyau (12) est directement en appui.

Description

AGENCEMENT POUR LE MOULAGE D'UN MELANGE A BASE DE POUDRE METALLIQUE AUTOUR D'UN NOYAU CERAMIQUE.
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un agencement pour former une pièce en deux parties comportant un noyau et un corps externe en matériau polymère à base de poudre métallique ou céramique recouvrant en partie le noyau céramique. L'invention propose un moule permettant de 10 résister aux contraintes d'injection, tout en ne détériorant pas le noyau qui est fragile. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le moulage par injection de poudre, 15 communément appelé "Powder injection moulding" (PIM) en anglais, permet de réaliser des composants céramiques ou métalliques de forme complexe en utilisant un outillage qui est utilisé dans le domaine du moulage de matières plastiques. 20 Un tel procédé de moulage par injection de poudre comporte une première étape consistant à réaliser un mélange dit "maître", communément appelé "feedstock", qui est constitué d'un mélange d'une matière organique formant liant polymère et d'une 25 poudre inorganique céramique ou métallique. La proportion de poudre inorganique dans le feedstock est comprise entre 40% et 70% en volume. 2 Une deuxième étape du procédé de moulage par injection de poudre consiste à réaliser la ou les pièces par injection du feedstock, en utilisant un outillage conventionnel de la plasturgie.
Ensuite, selon une troisième étape, le liant organique est éliminé puis la pièce obtenue est frittée. La réalisation d'une pièce en deux matériaux distincts utilisant un tel procédé de moulage consiste à réaliser une première partie, ou noyau, en un premier matériau, par exemple en céramique, puis à former le corps externe de cette pièce par moulage par injection du feedstock contenant la poudre. Selon la conception du composant, il est 15 parfois nécessaire que des faces du noyau ne soient pas recouvertes par le feedstock. A cet effet, il est d'usage de réaliser le moule de manière telle que les faces qui doivent rester découvertes par le corps externe, soient chacune en 20 contact direct avec une partie du moule. Aussi, pour empêcher que le feedstock s'infiltre entre le moule et chaque face découverte du noyau, une certaine pression est appliquée entre le noyau et le moule pour maintenir un bon contact des 25 faces respectives du noyau et du moule. Le noyau céramique est fabriqué avec certaines tolérances dimensionnelles. Cela oblige à prendre garde à ne pas provoquer la casse du noyau lors de la fermeture du moule car la pression appliquée sur 30 le noyau pourrait provoquer la casse de celui-ci. 3 Le document n° FR 2.485.987 décrit un moule réalisé en matériau élastomère. Un tel moule permet de compenser les variations dimensionnelles du noyau sans risquer de le briser. Cependant, du fait de la pression importante mise en oeuvre lors de l'injection du feedstock, le matériau élastomère se déforme et le contact entre les parois du moule et le noyau céramique est rompu, de sorte qu'une partie du feedstock peut s'infiltrer entre le noyau et le moule, recouvrant alors une face devant rester découverte, ou bien formant des bavures. Aussi, la poudre contenue dans le feedstock est particulièrement abrasive, ce qui peut détériorer les parois du moule et donc entraîner des défauts sur le composant obtenu. Le document FR.2.707.205 décrit un moule dont seule une partie recouvrant le noyau est en matière synthétique. Bien qu'une telle solution permette aussi d'éviter la casse en adaptant les dimensions de la cavité aux variations dimensionnelles du noyau, l'utilisation d'un matériau synthétique rend cette pièce sensible à la pression d'injection et à l'abrasion. L'invention a pour but de proposer un agencement pour le moulage par injection de feedstock autour d'un noyau qui permette de s'adapter aux variations dimensionnelles du noyau et aussi qui est 4 apte à résister à la pression d'injection et à l'abrasion de la poudre constituant le feedstock. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un agencement pour le surmoulage par injection d'un mélange à base de poudre métallique et/ou inorganique autour d'un noyau comportant une face horizontale supérieure et une face horizontale inférieure, qui comporte un moule délimitant une cavité dans laquelle le noyau est reçu, de manière que la face supérieure du noyau est en appui vers le haut contre une face supérieure en vis-à-vis de la cavité et la face inférieure du noyau est en appui vers le bas contre une face inférieure en vis-à-vis de la cavité, et qui comporte une partie déformable élastiquement sur laquelle au moins l'une des faces supérieure ou inférieure du noyau est en appui, caractérisé en ce que la partie déformable élastiquement comporte une lame métallique déformable élastiquement sur au moins une face de laquelle le noyau est directement en appui. La réalisation de la partie déformable élastiquement à partir d'une plaque métallique permet à cette partie déformable de résister à l'abrasion et la pression provenant de l'injection du feedstock, tout en adaptant les dimensions de la cavité aux dimensions du noyau céramique. De préférence, la partie déformable élastiquement comporte une plaque en matière plastique qui est comprimée entre la lame métallique et une partie rigide du moule. De préférence, le moule comporte un logement creux ouvert vers la cavité, qui reçoit la 5 partie déformable élastiquement de manière telle que la lame métallique est située à distance du fond du logement creux. De préférence, la plaque plastique est agencée entre la lame métallique et le fond du logement 10 creux. De préférence, la lame métallique est agencée au niveau de l'ouverture du logement creux. De préférence, la lame métallique est réalisée en acier à ressort. De préférence, la plaque plastique est comprimée entre la lame métallique et le fond du logement creux. De préférence, la plaque plastique est réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE). De préférence, la plaque plastique est réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) chargé de 15 % de graphite. De préférence, la partie déformable élastiquement est montée de manière démontable dans le 25 logement creux. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description 30 détaillée qui va suivre pour la compréhension de 15 20 6 laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'une pièce réalisée grâce à un agencement selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique en perspective d'un éclaté d'un agencement selon l'invention ; - la figure 3 est un éclaté vu en section axiale de l'agencement représenté à la figure 1 ; - la figure 4 est une section similaire à celle de la figure 3, montrant les différences dimensionnelles entre la cavité du moule et le noyau céramique ; - la figure 5 est une vue similaire à celle des figures 3 et 4, dans laquelle le moule est fermé et la partie déformable du moule est déformée. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 une pièce 10 réalisée en deux parties qui comporte un noyau central 12 en céramique et un corps externe 14 métallique. Le corps externe 14 est réalisé à partir d'un mélange de poudre en matière inorganique, c'est-à-dire par exemple une poudre métallique ou céramique, combinée avec un liant organique. Par la suite, on utilisera la dénomination commune "feedstock" pour désigner ce mélange. 7 Par exemple, le feedstock est réalisé à partir d'une poudre métallique constituée de billes sphériques de diamètre inférieur à 45pm et le liant est un mélange à base de polyéthylène ou de paraffine et d'acide stéarique. Le corps externe 14 est réalisé par surmoulage du feedstock autour du noyau central 12 puis le liant du feedstock est éliminé et la pièce 10 est ensuite frittée.
Le noyau 12 est ici de forme globalement cylindrique d'axe principal A vertical. Il est réalisé de manière conventionnelle ou selon un procédé de moulage par injection de poudre. De ce fait, des variations dimensionnelles, concernant notamment sa longueur axiale, sont envisagées. Le corps externe 14 est réalisé par surmoulage du feedstock autour du noyau 12 de manière que la face horizontale d'extrémité supérieure 12a et la face horizontale d'extrémité inférieure 12b du noyau 12 ne sont pas recouvertes par le feedstock. On a représenté aux figures 2 et suivantes un agencement pour réaliser le corps externe 14 de la pièce 10 par surmoulage du feedstock autour du noyau 12.
Cet agencement est destiné à être monté dans une carcasse métallique d'une presse à injecter conventionnelle. L'agencement comporte principalement un moule 18, qui peut aussi consister en une partie de moule ou un cadre, qui est constitué d'une première 8 partie inférieure fixe 20 et d'une partie supérieure mobile 22. La partie fixe 20 et la partie mobile 22 délimitent une cavité 24 dans laquelle le noyau 12 est disposé et dans laquelle le feedstock est destiné à être injecté pour former le corps externe 14 de la pièce 10. La partie fixe 20 et la partie mobile 22 du moule 18 comportent en outre des doigts 26 pour leur positionnement l'une par rapport à l'autre, et des moyens 28, consistant ici en un système à vissage, pour exercer un effort de serrage des deux parties 20, 22 du moule 18 l'une contre l'autre, pour résister à la pression d'injection.
Les dimensions des deux parties 20, 22 du moule sont relativement importantes comparées aux dimensions de la cavité 24 et de la pièce 10 à réalisées car la déformation des deux parties 20, 22 du moule 18 doit être la plus faible possible lors de l'injection du feedstock. Comme on l'a représenté de manière schématique à la figure 3, le noyau 12 est inséré dans la cavité 24 avant la fermeture du moule 18. Lorsque le noyau 12 est en position dans la cavité 24, la face supérieure 12a du noyau 12 est en appui contre une face supérieure 24s de la cavité 24 et la face inférieure 12b du noyau 12 est en appui vers le bas contre une face inférieure 24i de la cavité 24. Du fait des tolérances dimensionnelles sur le noyau 12, la longueur axiale du noyau peut être supérieure ou inférieure à une dimension nominale. 9 La distance entre la face supérieure 24s et la face inférieure 24i de la cavité 24, lorsque le moule 18 est fermé, est définie de manière que quelle que soit la longueur axiale du noyau 12, les faces supérieure 12a et inférieure 12b du noyau 12 sont toujours en appui contre les faces supérieure 24s et inférieure 24i de la cavité 24. C'est-à-dire que cette distance entre les faces supérieure 24s et inférieure 24i de la cavité 24, est toujours inférieure ou égale à la longueur axiale du noyau 12. Cela permet de garantir que le feedstock ne peut pas recouvrir les faces supérieure 12a et inférieure 12b du noyau 12. Comme on peut le voir à la figure 4, puisque cette distance est inférieure à la longueur réelle du noyau 12, lors de la fermeture du moule 18, les faces supérieure 12a et inférieure 12b du noyau 12 sont respectivement en appui contre les faces supérieure 24s et inférieure 24i de la cavité 24 avant que les parties inférieure 20 et supérieure 22 du moule 18 soient en appui l'une contre l'autre. Le noyau 12 est en céramique et risque de se casser si l'effort de serrage des deux parties 20, 22 du moule 18 est appliqué sur le noyau 12.
Pour éviter que le noyau 12 ne casse, le moule 18 comporte une partie 30 déformable élastiquement et qui est apte à se déformer à la fermeture du moule 18 pour compenser la différence entre la longueur du noyau 12 et la distance entre les faces supérieure 24s et inférieure 24i de la cavité 24. 10 Ici, la partie déformable 30 est agencée dans un logement creux 32 formé dans la partie fixe 20 du moule 18 de manière qu'une face supérieure de la partie déformable 30 délimite au moins en partie la face inférieure 24i de la cavité 24. Ici, la face supérieure de la partie déformable 30 affleure avec la face supérieure 20s de la partie fixe 20 du moule 18. Le logement creux 32 est de forme complémentaire à la forme de la partie déformable 30. Comme on peut le voir à la figure 5, lorsque le moule 12 est fermé, le noyau 12 est en appui sur la partie déformable 30 qui se déforme élastiquement, de manière que le noyau 12 est soumis à un effort de pression limité. Pendant l'opération de surmoulage pour former le corps extérieur 14, c'est-à-dire lors de l'injection du feedstock, l'effort de compression axiale du noyau 12 entre la partie supérieure 22 du moule et la partie déformable 30, résultant de la déformation élastique de la partie déformable 30, est suffisamment important pour empêcher que le feedstock ne s'infiltre entre les faces supérieure 12a et inférieure 12b du noyau 12 et les faces 24s, 24i en vis-à-vis de la cavité 24, respectivement, ainsi qu'entre la face inférieure 22i de la partie supérieure 22 du moule 18 et la face supérieure 24s de la partie déformable 30. La partie déformable 30 comporte une lame 30 métallique 34 qui est déformable élastiquement, dont 11 une face supérieure forme au moins en partie la face inférieure 24i de la cavité 24. De préférence, la face supérieure de la lame métallique 34 forme en totalité la face inférieure 24i de la cavité 24. Le noyau 12 est directement en appui vers le bas sur la face supérieure horizontale de la lame 34 et il provoque une déformation élastique vers le bas de la lame lors de la fermeture du moule 18, pour compenser la différence de valeurs entre la hauteur du noyau 12 et la distance entre les faces 24s, 24i en vis-à-vis de la cavité 24. En contrepartie de cette déformation élastique, la lame 34 produit sur le noyau 12 un effort élastique correspondant à sa déformation. La lame 34 est réalisée en acier à ressorts du type connu sous la dénomination X10. La dureté d'un tel métal est particulièrement avantageuse dans le cas présent de l'injection du mélange à base de poudre métallique. En effet, la poudre formant le feedstock est particulièrement abrasive, et un tel métal constitutif de la lame 34 est suffisamment résistant à l'abrasion pour que la lame 34 ne soit pas détériorée lors de l'injection du feedstock.
Aussi, ce métal constitutif de la lame 34 permet de limiter les déformations résultant de la pression d'injection. La partie déformable comporte aussi une plaque en matière plastique 36 qui est comprimée entre la lame métallique 34 et le fond du logement creux 32 recevant la partie déformable 30.
12 La plaque plastique 36 fonctionne comme un amortisseur à la déformation de la lame 34, elle se déforme élastiquement par compression lors de la fermeture du moule 18 et produit un effort élastique sur la plaque métallique 34 qui est transmis au noyau 12. L'élasticité de la plaque plastique 36 est déterminée de manière telle que quelles que soient les dimensions du noyau 12, l'effort élastique produit par la plaque plastique 36, combiné à l'effort produit par la lame 34 après la fermeture du moule 18, est suffisamment important pour empêcher toute infiltration de feedstock sur les faces supérieure 12a et inférieure 12b du noyau 12, et de manière que cet effort élastique soit inférieur à un effort risquant de provoquer la casse du noyau 12 par compression. Aussi, la plaque plastique 36 permet de limiter l'étendue de la déformation de la lame 34 en une zone centrée sur la surface de contact en noyau 12 sur la face supérieure de la lame 34. Ainsi, le corps périphérique 14 formé comportera une légère surépaisseur située au niveau de l'extrémité inférieure 12b du noyau 12. Selon une variante de réalisation non représentée, la partie déformable 30 du moule consiste uniquement en une lame métallique 34. Un espace vide est maintenu entre la lame 34 et le fond du logement creux 32, par exemple par l'intermédiaire de cales pour permettre à la lame 34 de se déformer élastiquement vers le bas dans le logement creux 32.
13 Les dimensions de la lame 34 sont alors déterminées de manière à produire un effort élastique sur le noyau 12 qui empêche que le feedstock ne recouvre les faces du noyau 12 et qui ne provoque pas la casse du noyau 12. Malgré le fait que la lame 34 est résistante à l'abrasion de la poudre métallique, elle peut s'endommager au fur et à mesure de l'utilisation du moule 18. A cet effet, la lame 34, et éventuellement la plaque plastique 36, est apte à être retirée du logement creux 32 pour être remplacée par une nouvelle lame 34, ou une nouvelle plaque plastique 36, respectivement. Pour faciliter cet échange, la lame 34 et la plaque plastique 36 ne sont pas fixées dans le logement creux 32, leur maintien en position s'effectue d'une part par la partie mobile 22 du moule et d'autre part par la pression d'injection du feedstock. A titre d'exemple non limitatif, la lame 34 est réalisée en Acier ressort X10 CrNi18-8, sa dureté HV est comprise entre 170 et 250, son module d'Young est de 195 GPA et la limite de résistance à la traction (Rm) est de 690 à 900 MPa. Aussi la plaque plastique 36 est selon un premier exemple réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) non chargé, sa dureté Shore D est de 50 à 65, sa dureté Rockwell est de 25, son module de Young est de 300 à 800 MPa, sa résistance à la traction : 10 à 30 40 MPa, son allongement à la rupture est compris entre 100 et 400 %.
15 20 25 14 Selon un deuxième exemple, la plaque plastique 36 est en PTFE chargé de 15 % de graphite. Sa dureté Shore D est supérieure à 55, sa densité de 2.14 à 2.19 g/cm3 et son allongement à la rupture est 5 supérieure à 200 %. 10

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Agencement pour le surmoulage par injection d'un mélange à base de poudre métallique et/ou inorganique autour d'un noyau (12) comportant une face horizontale supérieure et une face horizontale inférieure, qui comporte un moule (18) délimitant une cavité (24) dans laquelle le noyau (12) est reçu, de manière que la face supérieure (12a) du noyau (12) est en appui vers le haut contre une face supérieure (24s) en vis-à-vis de la cavité (24) et la face inférieure (12b) du noyau (12) est en appui vers le bas contre une face inférieure (24i) en vis-à-vis de la cavité (24), et qui comporte une partie déformable élastiquement (30) sur laquelle au moins l'une des faces supérieure ou inférieure (12a, 12b) du noyau (12) est en appui, caractérisé en ce que la partie déformable élastiquement (30) comporte une lame (34) métallique déformable élastiquement sur au moins une face de laquelle le noyau (12) est directement en appui.
  2. 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie déformable élastiquement (30) comporte une plaque (36) en matière plastique qui est comprimée entre la lame (34) métallique et une partie rigide du moule (18).
  3. 3. Agencement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moule (18) comporte un 16 logement creux (32) ouvert vers la cavité (24), qui reçoit la partie déformable élastiquement (30) de manière telle que la lame (34) métallique est située à distance du fond du logement creux (32).
  4. 4. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque plastique (36) est agencée entre la lame (34) métallique et le fond du logement creux (32).
  5. 5. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la lame (34) métallique est agencée au niveau de l'ouverture du logement creux (32)
  6. 6. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lame (34) métallique est réalisée en acier à ressort. 20
  7. 7. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque plastique (36) est comprimée entre la lame métallique et le fond du logement creux (32). 25
  8. 8. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque plastique (36) est réalisée en polytétrafluoroéthylène 30 (PTFE). 10 15 5
  9. 9. Agencement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la plaque plastique (36) est réalisée en polytétrafluoroéthylène (PTFE) chargé de 15 % de graphite.
  10. 10. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie déformable élastiquement (30) est montée de manière démontable dans le logement creux (32).
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