WO2007068723A1 - Dispositif de mise en forme de materiau compactable et procede d'utilisation du dispositif. - Google Patents

Dispositif de mise en forme de materiau compactable et procede d'utilisation du dispositif. Download PDF

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WO2007068723A1
WO2007068723A1 PCT/EP2006/069671 EP2006069671W WO2007068723A1 WO 2007068723 A1 WO2007068723 A1 WO 2007068723A1 EP 2006069671 W EP2006069671 W EP 2006069671W WO 2007068723 A1 WO2007068723 A1 WO 2007068723A1
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cylindrical
bore
conical
piston
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PCT/EP2006/069671
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Stéphane VAUDEZ
Laurent Paret
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • G21C21/04—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings by vibrational compaction or tamping of fuel in the jacket

Definitions

  • the invention relates to a device for shaping a compactable material, in a spherical body, and to a method of using the device.
  • the invention relates to a device for forming a sphere of a compactable material, comprising a support having a conical inner bore, two conical shells housed in the conical inner bore of the support, the two shells having a cylindrical bore.
  • pellets or beads from compactable material is known and widely used in the industrial field, particularly in the field of the pharmaceutical industry, when the compactable material is mixed with another product, usually in liquid aqueous phase , so as to form a body more or less pasty.
  • the manufacture of pellets or beads from dry compactable material raises much more difficulty in other industries, such as in the nuclear industry, when environmental and / or safety conditions prohibit the use of a other product in aqueous liquid phase. It is indeed difficult to press a compactable material into a matrix when it is composed from particulate matter, especially when the shape to be obtained is a sphere.
  • pellets of dry compactable material of geometry having an axis of revolution can be obtained by the use of a uniaxial press with one or two punches, but the standard dies are not usable to manufacture spheres directly from powders.
  • dry is meant here substantially free of product in the liquid phase.
  • FR 2 506 210 a device for compressing product from powder material.
  • This device comprises a matrix surrounded by a socket.
  • the socket, conical, is housed in a fixed hoop.
  • a punch made in the form of longitudinally split tongs makes it possible to form spherical elements in cooperation with the matrix.
  • a device of this type has several disadvantages. Its complexity and the large number of parts of which it is made make it unsuitable for the realization of spheres whose diameter is of the order of a millimeter.
  • the spheres are not perfectly formed because they are obtained by the approximation of two hemispherical punches, which leaves a bead on the equator of the sphere.
  • the lower piston has a concave spherical shape and the upper portion of the bore has a widened portion in the form of a complementary spherical zone so as to form a half-sphere with the concave spherical shape of the lower piston.
  • An upper piston includes a hemispherical fingerprint that complements the spherical shape to form a complete sphere. This device has the disadvantage of not solving the problem of demolding the sphere. Indeed it is not enough to compact a sphere. It must also be able to unmold without risk of breaking it. However, in the device described, the upper piston comprises a hemispherical impression. After the step of pressing the powder, radial forces reside in the cavity which may cause a rupture of the sphere during demolding by the shape of the cavity.
  • the object of the invention is to remedy this problem by proposing a device for shaping compactable material, particularly suitable for shaping spherical bodies, the device being particularly easy to use.
  • the spheres must have a very good sphericity. In other words, the ratio of their minimum diameter to their maximum diameter should be as close as possible to 1.
  • the invention comprises two cylindrical shells (2a, 2b) located in the cylindrical bore (16, 17), said two cylindrical shells (2a, 2b) having a through bore
  • a piston located in the through bore (29, 30) of the cylindrical shells, the two conical shells and the two cylindrical shells each having a quarter-sphere-shaped recess so as to reconstitute a complete sphere when the conical and cylindrical shells are clamped against each other, this sphere being intended to receive the material to be compacted.
  • the ratio of the diameter of the piston to the diameter of the sphere is between 85% and 95% and even more preferably equal to 90%.
  • the diameter of the spheres is between 0.5 mm and 4 mm and preferably between 1 mm and 3 mm.
  • the length of the piston is determined in such a way that its spherical cap shape is in the exact alignment of the quarter-sphere shapes of the two cylindrical shells when its end opposite its head is flush with the outer surface of the two. cylindrical shells.
  • the two tapered shells generally fit into most of the tapered bore from the work surface side.
  • the two cylindrical shells generally fit into most, preferably all, of the cylindrical bore from the work surface side.
  • the device further comprises at least one holding element and / or at least one element for facing the conical shells with respect to one another.
  • Such holding and / or such a facing generally correspond to the position where said shells are pressed against each other for interlocking.
  • An element can have both a hold function and a lookup function.
  • the holding members generally have a clamping function, and are therefore generally clamping members.
  • the holding elements are generally also elements usable in facing, and are particularly used for machining, generally without further use for formatting. These are, for example, screw holes each of which comprises mirroring at least one threaded portion intended for a screw to be inserted and tightened within them.
  • each transverse planes of the two conical shells in the interlocked position against each other to interlock, each comprise two screw holes parallel to one another, crossing the solid parts of the two shells, and arranged head to tail.
  • a facing member advantageously allows to maintain the two conical shells with respect to each other, before their nesting, generally simultaneous, in the liner. These are, for example, holes for pins.
  • the device is such that the two cylindrical shells fit snugly in said conical bore, substantially flush with the working surface of said conical shells.
  • the pressure, which is received on the working surface on the cylindrical shells and on the conical shells, is advantageously equally distributed over the surfaces of these shells.
  • the device is such that the piston is able to fit into said through bore, substantially flush with the work surface side surface of said cylindrical shells.
  • This pressure is also, in a particularly advantageous embodiment, supported both by the cylindrical shells and the conical shells if the two cylindrical shells fit tightly against one another in said cylindrical bore, substantially flush with the working surface of the conical shells.
  • this pressure is supported by the cylindrical shells, the conical shells and the liner.
  • the state of the working surface surfaces is such that these surfaces must avoid as much as possible the retention of compactable material, if it is poured on one of these surfaces.
  • a simple leveling, for example manual, must avoid the excess compactable material that would be poured inadvertently on one of these surfaces.
  • the set of cylindrical shells once clamped against each other, has an axial symmetry along said axis, or else the set of conical shells, when pressed against each other, has an axial symmetry along said axis.
  • the set of cylindrical shells once tightened against each other has an axial symmetry along said axis and the set of conical shells when clamped against each other has an axial symmetry along said axis.
  • the invention also relates to a process for shaping compactable material by using a device according to the invention, as the following successive steps are carried out:
  • the device is put in place, by interlocking the conical shells, possibly held and / or clamped against each other, in the liner, then by interlocking cylindrical shells in the conical shells, the axis being preferably substantially vertical,
  • the compactable material is introduced into the cavity from the working surface, preferably by gravity,
  • a piston is introduced into the substantially cylindrical through bore, to exert a pressure on the compactable material so as to compact substantially in the desired shape.
  • the method according to the invention is such that, the piston being able to fit into said through bore substantially flush with the working surface surface of said cylindrical shells, the end of the shaping process is determined by said outcrop.
  • step 3 it is a very advantageous advantage of the process according to the invention to allow forming into a only step, step 3), during which we pass from a compactable material to a shape, preferably a compacted sphere.
  • the compactable material is a powder or particulate material optionally mixed with at least one binder.
  • binder is intended to mean a set of particles whose dimensions are usually less than 1 millimeter, but the use of a material of greater particle size is possible according to the invention, by of bodies, for example spherical, of larger diameters than for a finer particle size
  • the shaping by the mass of material to be compacted is controlled.
  • the invention is particularly aimed at the case where the compactable material is dry, and where the desired shape is substantially a sphere or spherical body, for which case no solution exists in the prior art.
  • one of the advantages of the process of the invention is that the demolding of the formed form is particularly easy.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a device according to the invention, before assembly;
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the device of Figure 1, after assembly;
  • FIG. 3 is a schematic view of a partial variant of the device of the invention.
  • - Figure 4 is a schematic sectional view of the variant of Figure 3
  • - Figure 5 is a schematic view of a section of the variant of Figure 3
  • FIG. 6 is a schematic view of a section of the variant of Figure 3;
  • FIG. 7 is a photographic reproduction of two spheres made according to the invention
  • FIG. 8 is a photographic reproduction of two spheres made according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a device 1 according to the invention, before assembly.
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the device 1, after assembly. In these figures, the compactable material has not been shown.
  • the device 1 comprises a liner support 4 with a conical bore 14 of given axis (XX) and a large base on a surface 28 called working surface.
  • the bore 14 is able to accommodate two conical shells 3a and 3b, complementary to said conical bore 14 and tightly fitting one against the other 3h in said bore 14.
  • Said bore (16, 17) is adapted to accommodate two cylindrical shells 2a and 2h, complementary to said conical bore (16, 17) and nested tightly against each other in said bore (16, 17).
  • the cylindrical shells 2a and 2b when clamped against each other comprise a cylindrical through bore (29, 30) and axial along the axis (XX).
  • the cylindrical through bore (29, 30) is formed of two similar parts and, according to a preferred shaping of the invention presented in this embodiment, mirror one against the other. These are the parts 29, half cylindrical through bore of the shell 2a, and 30, half-cylindrical through bore of the shell 2b.
  • the conical shells 3a and 3b and the cylindrical shells 2a and 2b are such that, when the cylindrical shells 2a and 2b are clamped against each other in the cylindrical bore (16, 17) (see FIG. cavity is present, formed spaces 10, 11, 12, 13 respectively formed in the shells 2a, 2b, 3a and 3h.
  • This cavity 10-13 is formed on the opposite side to the working surface 28. It is therefore present in the part in which said shells 2a, 2h, 3a and 3b are opposite (see Figure 2).
  • the cavity 10-13 is of course able to receive a compactable material.
  • the through bore (29, 30) of the cylindrical shells 2a and 2b is intended to receive a piston 6 under pressure on said material.
  • the shape of the piston head 31 is a spherical cap.
  • the cavity 10-13 and the piston head 31 determine the shape 7 of the material to be compacted. In this execution, the shape is a sphere 7.
  • the upper surfaces 32 of the tapered shells and 28 of the cylindrical shells are flush.
  • the piston 6 is such that, once nested, its upper surface is flush with said surfaces 28 and 32.
  • the pressure transmitted to the material to be compacted is not higher than the pressure required for the piston 6 is fitted. Any pressure higher than said required pressure, for example transmitted by a hydraulic type press, is exerted on the surfaces 28 and 32 and not on the piston 6. This advantageously makes it possible not to overwork the material once compacted, and therefore to avoid weakening or even breaking it. This is an advantage over the devices of the prior art where compacting is managed by the pressure exerted. In the execution of the invention, the compaction is therefore managed mainly by the mass of material to be compacted.
  • the ratio of the diameter of the piston to the diameter of the sphere is between 85% and 95%. It is preferably equal to 90%.
  • the diameter of the spheres is preferably between 0.5 mm and 4 mm and even more preferably between 1 mm and 3 mm.
  • the device could also be applied to the manufacture of spheres of larger diameter.
  • the demolding operation is carried out according to the following steps.
  • the assembly constituted by the two conical shells 3a and 3b, the two cylindrical shells 2a and 2b and the piston is extracted from the support 4. Then the shells 3a and 3b are separated. All other parts remain on one of the conical shells, for example the shell 3a.
  • the cylindrical shell 2b is extracted.
  • the piston 6 is slid to remove it.
  • the cylindrical shell 2a is removed and the sphere is recovered.
  • the surface of the sphere is decomposed into five parts (four quarters of sphere / the head of the piston) of which none form a half sphere.
  • the surface of the sphere is decomposed into five pieces, which makes it possible to avoid any jamming of the sphere in the mold at the time of demolding.
  • the demolding angle is always positive.
  • FIG 3 is a schematic view of a partial variant of the device of the invention.
  • the two conical shells 3a and 3h of the device 1 of FIGS. 1 and 2 have been replaced by conical shells 3 'a and 3h, which comprise holding and facing means.
  • the shells 3 'a and 3'b respectively define half-cylindrical bores 16 and 17', and spaces 12 'and 13' intended to form a cavity.
  • the shells 3 'a and 3h can form a device according to the invention, in combination with the liner 4 and the cylindrical shells 2a and 2h.
  • Sections IV-IV, V-V and VI-VI, respectively shown in FIGS. 4 and 5 and 6, complete FIG. 3 for this embodiment.
  • Figure 5 shows, in a transverse plane, two holes 18 and 19 for pins. The insertion of two pins (not shown) allows the facing of the two conical shells 3 'a and 3h.
  • Figure 6 shows two holes for screw 26 and its threaded portion 22, and 27 and its threaded portion 23.
  • FIG. 4 shows two screw holes 21 and its threaded portion 20, 25 and its threaded portion 24. These holes are all parallel to each other and through the solid parts of the two shells in head-to-tail position one on the other hand, that is to say that the hole (26, 22) is in the head-to-tail position with respect to the hole (27, 23).
  • FIG. 4 shows two screw holes 21 and its threaded portion 20, 25 and its threaded portion 24.
  • these holes are all parallel to each other and through the solid parts of the two shells in head-to-head position one on the other, that is to say that the hole (21,20) is in the upside-down position relative to the hole (25,24).
  • these holes (21, 20; 25, 24; 26, 22; 27, 23) are means for holding the conical shells in a tight position relative to one another, which are advantageously used when machining to allow very precise machining.
  • a device 1 according to the invention was used for compaction of dry particulate material, for which all the parts were made of steel.
  • stainless steel type 316, and the punch or piston used was steel Z16OCDU12 (after heat treatment 6OHRC),
  • the dimensions of the pieces were, for a sphere shape of 3.4 mm in diameter: •
  • For the two tapered half-shells a height of 58 mm, a large base diameter (work surface side) of 45 mm, a cylindrical bore depth of 15.8 mm, and a cylindrical bore diameter of 15 mm. mm, and a spherical portion space of diameter 1.7 mm formed in all of these shells;
  • FIG. 7 is a photographic reproduction of two titanium nitride spheres made according to the invention, in spherical dies 1 mm and 3.4 mm in respective diameters.
  • Figure 8 is a photographic reproduction of two spheres made according to the invention, in the same spherical matrix of 2.7 mm in diameter.
  • the invention is preferably applied to the manufacture of small spheres for laboratory applications, especially for the manufacture of spheres in a glove box.

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Abstract

Dispositif de mise en forme de sphère d'un matériau compactable. Il comporte un support (4) comportant un alésage inférieur conique (14) deux coquilles coniques (3a,3b) logées dans l'alésage intérieur conique (14) du support (4), les deux coquilles comportant un alésage cylindrique (16, 17). Deux coquilles cylindriques (2a, 2b) sont situées dans l'alésage cylindrique (16, 17), lesdites deux coquilles cylindriques (2a, 2b) comportant un alésage traversant (29, 30) d'axe (X', X). Un piston est situé dans l'alésage traversant (29, 30) des coquilles cylindriques. Sa tête présente une forme concave en forme de calotte sphérique. Les deux coquilles coniques et les deux coquilles cylindriques comportant chacune un évidement en forme de quart de sphère de manière à reconstituer une sphère complète lorsque les coquilles coniques et cylindriques sont serrées les unes contre les autres, cette sphère étant destinée à recevoir le matériau à compacter.

Description

DISPOSITIF DE MISE EN FORME DE MATERIAU COMPACTABLE ET PROCEDE D'UTILISATION DU DISPOSITIF
L' invention concerne un dispositif de mise en forme d'un matériau compactable, en corps sphérique, ainsi qu'un procédé d'utilisation du dispositif.
Plus précisément l'invention concerne un dispositif de mise en forme de sphère d'un matériau compactable, comportant un support comportant un alésage intérieur conique, deux coquilles coniques logées dans l'alésage intérieur conique du support, les deux coquilles comportant un alésage cylindrique.
La fabrication de pastilles ou de billes à partir de matériau compactable est connue et largement utilisée dans le domaine industriel, notamment dans le domaine de l'industrie pharmaceutique, lorsque le matériau compactable est mélangé à un autre produit, le plus souvent en phase aqueuse liquide, de manière à former un corps plus ou moins pâteux. Mais la fabrication de pastilles ou de billes à partir de matériau compactable sec soulève beaucoup plus de difficulté dans d'autres industries, comme dans l'industrie nucléaire, lorsque les conditions d'environnement et/ou de sécurité interdisent l'utilisation d'un autre produit en phase liquide aqueuse. Il est en effet délicat de presser un matériau compactable dans une matrice lorsqu' il est composé à partir de matière particulaire, tout particulièrement quand la forme à obtenir est une sphère. Dans le domaine de l'industrie nucléaire, des pastilles de matériau compactable sec de géométrie comportant un axe de révolution peuvent être obtenues par l'utilisation d'une presse uniaxiale avec un ou deux poinçons, mais les matrices standards ne sont pas utilisables pour fabriquer des sphères directement à partir de poudres. Actuellement, seuls des procédés par voie chimique liquide et/ou sol-gel sont utilisés pour l'obtention de corps sphériques. Il reste donc à mettre en forme un procédé efficace de réalisation de mise en forme de corps sphérique à partir d'un matériau sec. Par sec, on entend ici substantiellement exempt de produit en phase liquide.
On connaît déjà (FR 2 506 210) un dispositif pour la compression de produit à partir de matériau en poudre. Ce dispositif comporte une matrice entourée d'une douille. La douille, de forme conique, est logée dans une frette fixe. Un poinçon, réalisé sous la forme de pinces fendues longitudinalement permet de former des éléments sphériques en coopération avec la matrice. Cependant, un dispositif de ce type présente plusieurs inconvénients. Sa complexité et le grand nombre de pièces dont il est constitué le rendent inapte à la réalisation de sphères dont le diamètre est de l'ordre du millimètre . De plus, les sphères ne sont pas parfaitement formées parce qu'elles sont obtenues par le rapprochement de deux poinçons hémisphériques, ce qui laisse un bourrelet sur l'équateur de la sphère. Un tel bourrelet est peu gênant pour des sphères d'un diamètre de plusieurs dizaines de millimètres. Il est en revanche rédhibitoire lorsque l'on souhaite obtenir de petites sphères dont le diamètre est de l'ordre du millimètre et présentant une forme sphérique aussi parfaite que possible . On connaît également (US 4 230 653, Desantis et al.) un dispositif pour comprimer un matériau en poudre en forme de sphère. Le dispositif comprend un moule monté dans une plaque de moule. Le moule comporte un alésage longitudinal dans lequel coulisse un piston inférieur. Le piston inférieur possède une forme sphérique concave et la partie supérieure de l'alésage possède une partie élargie en forme de zone sphérique complémentaire de manière à former une demi sphère avec la forme sphérique concave du piston inférieur. Un piston supérieur comprend une empreinte hémisphérique qui complète la forme sphérique pour former une sphère complète . Ce dispositif présente l'inconvénient de ne pas résoudre le problème du démoulage de la sphère. En effet il ne suffit pas compacter une sphère. Il faut aussi pouvoir la démouler sans risque de la briser. Or, dans le dispositif décrit, le piston supérieur comprend une empreinte hémisphérique. Après l'étape de pressage de la poudre, des forces radiales résident dans la cavité ce qui peut entraîner une rupture de la sphère lors du démoulage de par la forme de la cavité.
L' invention vise à remédier à ce problème en proposant un dispositif de mise en forme de matériau compactable, particulièrement adapté à la mise en forme de corps sphérique, le dispositif étant particulièrement simple d'utilisation. Les sphères doivent présenter une très bonne sphéricité. En d'autres termes, le rapport de leur diamètre minimal à leur diamètre maximal doit être aussi proche que possible de 1.
A cet effet, l'invention comporte deux coquilles cylindriques (2a, 2b) situées dans l'alésage cylindrique (16, 17), lesdites deux coquilles cylindriques (2a, 2b) comportant un alésage traversant
(29, 30) d'axe (X', X), un piston, situé dans l'alésage traversant (29, 30) des coquilles cylindriques, les deux coquilles coniques et les deux coquilles cylindriques comportant chacune un évidement en forme de quart de sphère de manière à reconstituer une sphère complète lorsque les coquilles coniques et cylindriques sont serrées les unes contre les autres, cette sphère étant destinée à recevoir le matériau à compacter.
De préférence le rapport du diamètre du piston au diamètre de la sphère est compris entre 85% et 95% et encore plus préférentiellement égal à 90%.
Avantageusement le diamètre des sphères est compris entre 0,5 mm et 4 mm et préférentiellement entre 1 mm et 3 mm.
Avantageusement encore la longueur du piston est déterminée de telle manière que sa forme de calotte sphérique soit dans l'alignement exact des formes en quart de sphère des deux coquilles cylindriques lorsque son extrémité opposée à sa tête affleure exactement au niveau de la surface extérieure des deux coquilles cylindriques .
Les deux coquilles coniques s'emboîtent généralement dans la majeure partie de l'alésage conique, depuis le côté surface de travail.
Les deux coquilles cylindriques s'emboîtent généralement dans la majeure partie, de préférence dans la totalité, de l'alésage cylindrique, depuis le côté surface de travail.
De préférence, le dispositif comporte en outre au moins un élément de maintien et/ou au moins un élément de mise en regard des coquilles coniques l'une par rapport à l'autre. Un tel maintien et/ou une telle mise en regard correspondent généralement à la position où lesdites coquilles sont serrées l'une contre l'autre pour emboîtement . Un élément peut avoir à la fois une fonction de maintien et une fonction de mise en regard. Les éléments de maintien ont généralement une fonction de serrage, et sont donc généralement des éléments de serrage. Les éléments de maintien sont généralement aussi des éléments utilisables en mise en regard, et sont plus particulièrement utilisés pour l'usinage, généralement sans utilisation ultérieurement pour la mise en forme. Ce sont par exemple des trous pour vis comportant en miroir chacun au moins une partie filetée destinée à ce qu'une vis soit introduite et serrée en leur sein. Dans le cadre de l'invention, il est par exemple possible que deux plans transversaux des deux coquilles coniques, en position serrées l'une contre l'autre pour emboîtement, comportent chacun deux trous pour vis parallèles l'un à l'autre, traversant les parties pleines des deux coquilles, et disposés tête-bêche. Un élément de mise en regard permet avantageusement de maintenir les deux coquilles coniques l'une par rapport à l'autre, avant leur emboîtement, généralement simultané, dans la chemise. Ce sont par exemple des trous pour goupilles.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif est tel que les deux coquilles cylindriques s'emboîtent de façon serrée dans ledit alésage conique, sensiblement en affleurement de la surface de travail desdites coquilles coniques. Ainsi la pression, qui est reçue côté surface de travail sur les coquilles cylindriques et sur les coquilles coniques, est de façon avantageuse également répartie sur les surfaces de ces coquilles.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif est tel que le piston est apte à s'emboîter dans ledit alésage traversant, sensiblement en affleurement de la surface côté surface de travail desdites coquilles cylindriques. Cela permet avantageusement de réaliser la forme désirée, par exemple une sphère, à affleurement du piston avec ladite surface. Ainsi, il est possible de diminuer les risques de trop presser le matériau compactable une fois la mise en forme obtenue, c'est-à-dire que, quand le piston est en affleurement, la pression qui est reçue côté surface de travail pour insérer puis enfoncer le piston dans le dispositif, est supportée au moins par les coquilles cylindriques et non par le piston. Ce qui protège très avantageusement le matériau compacté. Cette pression est d'ailleurs, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, supportée à la fois par les coquilles cylindriques et les coquilles coniques si les deux coquilles cylindriques s'emboîtent de façon serrée l'une contre l'autre dans ledit alésage cylindrique, sensiblement en affleurement de la surface de travail des coquilles coniques. Dans un mode de réalisation encore plus avantageux, quand toutes les surfaces côté surface de travail sont coplanaires, cette pression est supportée par les coquilles cylindriques, les coquilles coniques et la chemise.
Dans tous les cas, l'état des surfaces côté surface de travail est tel que ces surfaces doivent éviter au maximum la rétention de matériau compactable, si il en est versé sur une de ces surfaces. Un simple arasement, par exemple manuel, doit permettre d'éviter l'excès de matériau compactable qui serait versé par mégarde sur une de ces surfaces.
De préférence, l'ensemble des coquilles cylindriques une fois serrées l'une contre l'autre présente une symétrie axiale selon ledit axe, ou bien l'ensemble des coquilles coniques une fois serrées l'une contre l'autre présente une symétrie axiale selon ledit axe. De façon particulièrement préférée, l'ensemble des coquilles cylindriques une fois serrées lune contre l'autre présente une symétrie axiale selon ledit axe et l'ensemble des coquilles coniques une fois serrées l'une contre l'autre présente une symétrie axiale selon ledit axe .
L' invention concerne aussi un procédé de mise en forme de matériau compactable par utilisation d'un dispositif selon l'invention, tel que l'on procède aux étapes successives suivantes :
1) le dispositif est mis en place, par emboîtement des coquilles coniques, éventuellement maintenues et/ou serrées l'une contre l'autre, dans la chemise, puis par emboîtement des coquilles cylindriques dans les coquilles coniques, l'axe étant de préférence sensiblement vertical,
2) le matériau compactable est introduit dans la cavité à partir de la surface de travail, de préférence par gravité,
3) un piston est introduit dans l'alésage traversant sensiblement cylindrique, pour exercer une pression sur le matériau compactable de façon à le compacter sensiblement dans la forme désirée.
De préférence, le procédé selon l'invention est tel que, le piston étant apte à s'emboîter dans ledit alésage traversant sensiblement en affleurement de la surface côté surface de travail desdites coquilles cylindriques, la fin du procédé de mise en forme est déterminée par ledit affleurement .
C'est un bénéfice très avantageux du procédé selon l'invention de permettre la mise en forme en une seule étape, l'étape 3), au cours de laquelle on passe d'un matériau compactable à une forme, de préférence une sphère, compactée.
De façon particulièrement préférée selon l'invention, le matériau compactable est une poudre ou matériau particulaire éventuellement mélangé à au moins un liant. Au sens de la présente invention, on entend définir par "poudre' un ensemble de particules dont les dimensions sont habituellement inférieures à 1 millimètre. L'utilisation d'un matériau d'une granulométrie supérieure est néanmoins possible selon l'invention, par réalisation de corps, par exemple sphériques, de plus gros diamètres que pour une granulométrie plus fine. Selon une mise en oeuvre particulièrement avantageuse du procédé selon l'invention, on gère la mise en forme par la masse de matériau à compacter.
L' invention vise tout particulièrement le cas où le matériau compactable est sec, et où la forme désirée est sensiblement une sphère ou corps sphérique, cas pour lequel aucune solution n'existe dans l'art antérieur .
De plus, un des avantages du procédé de l'invention est que le démoulage de la forme réalisée est particulièrement aisé.
L' invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention, avant assemblage ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif de la figure 1, après assemblage ; - la figure 3 est une vue schématique d'une variante partielle du dispositif de l'invention ;
- la figure 4 est une vue d'une coupe schématique de la variante de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue schématique d'une coupe de la variante de la figure 3 ; et
- la figure 6 est une vue schématique d'une coupe de la variante de la figure 3 ;
- la figure 7 est une reproduction photographique de deux sphères réalisées selon l'invention, et la figure 8 est une reproduction photographique de deux sphères réalisées selon 1' invention . La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif 1 selon l'invention, avant assemblage. La figure 2 est une vue schématique en coupe du dispositif 1, après assemblage. Dans ces figures, le matériau compactable n'a pas été représenté. Le dispositif 1 comporte un support formant chemise 4 à alésage conique 14 d'axe donné (XX) et de grande base sur une surface 28 dite surface de travail. L'alésage 14 est apte à loger deux coquilles 3a et 3b coniques, complémentaires dudit alésage conique 14 et s' emboîtant de façon serrée l'une 3a contre l'autre 3h dans ledit alésage 14. Il reste un petit espace en partie côté inférieur des figures 1 et 2, non rempli par lesdites coquilles 3a et 3b coniques. Cet espace permet avantageusement de s'assurer que les coquilles coniques sont bien positionnées (bon emboîtement conique et bon serrage des coquilles entre elles) . Les coquilles 3a et 3b une fois emboîtées comportent en leur partie côté surface de travail 28 (qui est ici le côté supérieur des figures 1 et 2) un alésage cylindrique (16, 17) axial selon l'axe (XX). L'alésage cylindrique (16, 17) est formé de deux parties semblables et, selon une mise en forme préférée de l'invention présentée dans cette exécution, en miroir l'une de l'autre. Ce sont les parties 16, alésage demi-cylindrique de la coquille 3a, et 17, alésage demi-cylindrique de la coquille 3b. Ledit alésage (16, 17) est apte à loger deux coquilles cylindriques 2a et 2h, complémentaires dudit alésage conique (16, 17) et s' emboîtant de façon serrée l'une contre l'autre dans ledit alésage (16, 17) . Les coquilles cylindriques 2a et 2b une fois serrées l'une contre l'autre comportent un alésage traversant cylindrique (29, 30) et axial selon l'axe (XX). L'alésage traversant cylindrique (29, 30) est formé de deux parties semblables et, selon une mise en forme préférée de l'invention présentée dans cette exécution, en miroir l'une contre l'autre. Ce sont les parties 29, alésage traversant demi-cylindrique de la coquille 2a, et 30, alésage traversant demi-cylindrique de la coquille 2b. Les coquilles coniques 3a et 3b et les coquilles cylindriques 2a et 2b sont telles que, lorsque les coquilles cylindriques 2a et 2b sont serrées l'une contre l'autre dans l'alésage cylindrique (16, 17) (voir figure 2), une cavité est présente, formée des espaces 10, 11, 12, 13 respectivement formés dans les coquilles 2a, 2b, 3a et 3h. Cette cavité 10-13 est formée du côté opposé à la surface de travail 28. Elle est donc présente dans la partie dans laquelle lesdites coquilles 2a, 2h, 3a et 3b sont en regard (voir figure 2) . La cavité 10-13 est bien sûr apte à recevoir un matériau compactable. L'alésage traversant (29, 30) des coquilles cylindriques 2a et 2b est destiné à recevoir un piston 6 en pression sur ledit matériau. La forme de la tête du piston 31 est une calotte sphérique. La cavité 10-13 et la tête de piston 31 déterminent la forme 7 du matériau à compacter. Dans cette exécution, la forme est une sphère 7.
Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, les surfaces 5 supérieures 32 des coquilles coniques et 28 des coquilles cylindriques sont en affleurement. De plus, le piston 6 est tel que, une fois emboîté, sa surface supérieure est en affleurement desdites surfaces 28 et 32. Cela veut aussi dire que la pression transmise au matériau à compacter n'est pas plus élevée que la pression nécessaire pour que le piston 6 soit emboîté. Toute pression plus élevée que ladite pression nécessaire, par exemple transmise par une presse de type hydraulique, s'exerce sur les surfaces 28 et 32 et non sur le piston 6. Cela permet avantageusement de ne pas trop travailler le matériau une fois compacté, et donc d'éviter de le fragiliser voire de le briser. Cela est un avantage par rapport aux dispositifs de l'art antérieur où l'on gère le compactage par la pression exercée. Dans l'exécution de l'invention, on gère donc le compactage principalement par la masse de matériau à compacter.
Le rapport du diamètre du piston au diamètre de la sphère est compris entre 85% et 95%. Il est de préférence égal à 90%. Le diamètre des sphères est de préférence compris entre 0,5 mm et 4 mm et encore plus préférentiellement entre 1 mm et 3 mm. Toutefois, le dispositif pourrait aussi s'appliquer à la fabrication de sphères de diamètre plus grand. L'opération de démoulage s'opère selon les étapes suivantes.
Dans une première étape, l'ensemble constitué par les deux coquilles coniques 3a et 3b, les deux coquilles cylindriques 2a et 2b et le piston est extrait du support 4. Puis on sépare les coquilles 3a et 3b. Toutes les autres pièces restent sur l'une des coquilles coniques, par exemple la coquille 3a. Tout en tenant la coquille cylindrique 2a avec la coquille sphérique 3a, on extrait la coquille cylindrique 2b. Tout en tenant la coquille cylindrique 2a, on fait glisser le piston 6 pour le retirer. On retire la coquille cylindrique 2a et on récupère la sphère. En d'autre termes, la superficie de la sphère est décomposée en cinq parties (quatre quarts de sphère/la tête du piston) dont aucune ne forme une demi sphère. En fait, la superficie de la sphère est décomposée en cinq morceaux ce qui permet d'éviter tout arc-boutement de la sphère dans le moule au moment du démoulage. L'angle de démoulage est toujours positif.
La figure 3 est une vue schématique d'une variante partielle du dispositif de l'invention. Dans cette variante, les deux coquilles coniques 3a et 3h du dispositif 1 des figures 1 et 2 ont été remplacées par des coquilles coniques 3' a et 3h, qui comportent des moyens de maintien et de mise en regard.
Les coquilles 3' a et 3'b définissent respectivement des alésages demi-cylindriques 16 et 17', et des espaces 12' et 13' destinés à former une cavité. Les coquilles 3' a et 3h peuvent former un dispositif l' selon l'invention, en combinaison avec la chemise 4 et les coquilles cylindriques 2a et 2h. Les coupes IV-IV, V- V et VI-VI, respectivement montrées dans les figures 4, et 5 et 6, complètent la figure 3 pour cette exécution. La figure 5 montre, dans un plan transversal, deux trous 18 et 19 pour goupilles. L'insertion de deux goupilles (non représentées) permet la mise en regard des deux coquilles coniques 3' a et 3h. La figure 6 montre deux trous pour vis 26 et sa partie filetée 22, et 27 et sa partie filetée 23. Ces trous sont tous parallèles l'un à l'autre et traversant les parties pleines des deux coquilles en position tête-bêche l'un de l'autre, c'est- à-dire que le trou (26,22) est en position tète bêche par rapport au trou (27, 23) . La figure 4 montre deux trous pour vis 21 et sa partie filetée 20, 25 et sa partie filetée 24. Ces trous sont tous parallèles l'un à l'autre et traversant les parties pleines des deux coquilles en position tête-bêche l'un de l'autre, c'est-à-dire que le trou (26,22) est en position tète bêche par rapport au trou (27, 23) . La figure 4 montre deux trous pour vis 21 et sa partie filetée 20, 25 et sa partie filetée 24. Ces trous sont tous parallèles l'un à l'autre et traversant les parties pleines des deux coquilles en position tête- bêche l'un de l'autre, c'est-à-dire que le trou (21,20) est en position tête-bêche par rapport au trou (25,24). Dans cette exécution, ces trous (21, 20 ; 25, 24 ; 26, 22 ; 27, 23) sont des moyens de maintien des coquilles coniques en position serrée l'une par rapport à l'autre, qui sont avantageusement utilisés lors de l'usinage pour permettre un usinage très précis. Mais il est possible selon l'invention de disposer d'un autre dispositif dans lequel les moyens de maintien ne sont pas présents, l'usinage étant alors réalisé différemment, et le moyen de mise en regard (18,19) étant seul présent.
Les figures 7 et 8 sont explicitées ci-après dans les exemples de mise en oeuvre.
EXEMPLES DE MISE EN OEUVRE
II a été utilisé un dispositif 1 selon l'invention, pour compactage de matériau particulaire sec, pour lequel toutes les pièces étaient en acier inoxydable de type 316, et le poinçon ou piston utilisé était en acier Z16OCDU12 (après traitement thermique 6OHRC) , Les dimensions des pièces étaient, pour une forme de sphère de 3,4 mm de diamètre : • Pour la chemise, une forme externe cylindrique de hauteur de 60 mm et de diamètre de 70 mm, et un alésage conique de grande base (côté surface de travail) de 45 mm, une profondeur d~alésage conique de 60 mm, et un angle de conicité de 7 ° ; • Pour les deux demi coquilles coniques, une hauteur de 58 mm, un diamètre de grande base (côté surface de travail) de 45 mm, une profondeur d'alésage cylindrique de 15,8 mm, et un diamètre d'alésage cylindrique de 15 mm, et un espace de partie sphérique de diamètre 1,7 mm ménagé dans l'ensemble de ces coquilles ;
Pour les deux demi coquilles cylindriques, une longueur de 15,8 mm, et un espace de partie sphérique de diamètre 1,7 mm ménagé dans l'ensemble de ces coquilles ; • Pour le piston une longueur de 15,8mm pour un diamètre de 3mm, une calotte creuse pour sphère de 3,4 mm étant ménagée en extrémité.
Il a été validé des dispositifs dans lesquels le diamètre des formes sphériques (matrices) réalisées était respectivement de 3,4 mm et de 1 mm. Des essais de poudre de nitrure de titane ont été concluants pour ces deux diamètres.
La figure 7 est une reproduction photographique de deux sphères en nitrure de titane réalisées selon l'invention, dans des matrices sphériques de 1 mm et de 3,4 mm de diamètres respectifs.
Dans le cadre de l'utilisation d'un seul dispositif pour réalisation de sphères de matières combustibles UPuN et UPuC, huit essais concluants ont aussi été réalisés pour des formes sphériques de diamètre 2 , 7 mm,
Pour la réalisation de sphères de matières combustibles UPuN, ces 15 essais sont repris ci-après dans le Tableau, qui reprend les mesures effectuées sur UPuN après un traitement de densification .
Figure imgf000017_0001
Où: MVG: Masse Volumique Géométrique et DTh:
Densité 20 Théorique.
Il a été constaté, sur les sphères ainsi formées, un retrait à la mise en forme (sphères obtenues d'environ 2,3 à 2,5 mm de diamètre), pour ce matériau UPuN.
Les essais ainsi réalisés ont été jugés concluants car le procédé de mise en forme était facile à mettre en oeuvre et n'a fourni que très peu de rebuts. De plus, la dispersion de taille était très faible, la sphéricité était bonne et les sphères obtenues après mises en forme étaient de bonne tenue mécanique.
La figure 8 est une reproduction photographique de deux sphères réalisées selon l'invention, dans la même matrice sphérique de 2,7 mm de diamètre .
APPLICATION INDUSTRIELLE.
L'invention s'applique préférentiellement à la fabrication de sphères de petite dimension pour des applications de laboratoire, notamment pour la fabrication des sphères en boîte à gants.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mise en forme de sphère d'un matériau compactable comportant : - un support (4) comportant un alésage inférieur conique (14) ;
- deux coquilles coniques (3a, 3b) logées dans l'alésage intérieur conique (14) du support (4), les deux coquilles comportant un alésage cylindrique (16, 17), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte deux coquilles cylindriques (2a, 2b) situées dans l'alésage cylindrique (16, 17), lesdites deux coquilles cylindriques (2a, 2b) comportant un alésage traversant (29, 30) d'axe (X', X), un piston, situé dans l'alésage traversant (29, 30) des coquilles cylindriques, la tête du piston présentant une forme concave en forme de calotte sphérique, les deux coquilles coniques et les deux coquilles cylindriques comportant chacune un évidement en forme de quart de sphère de manière à reconstituer une sphère complète lorsque les coquilles coniques et cylindriques sont serrées les unes contre les autres, cette sphère étant destinée à recevoir le matériau à compacter.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport du diamètre du piston au diamètre de la sphère est compris entre 85% et 95% et de préférence égal à 90%.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre des sphères est compris entre 0,5 mm et 4 mm et préférentiellement entre 1 mm et 3 mm.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur du piston est déterminée de telle manière que sa forme de calotte sphérique soit dans l'alignement exact des formes en quart de sphère des deux coquilles cylindriques lorsque son extrémité opposée à sa tête affleure exactement au niveau de la surface extérieure des deux coquilles cylindriques .
5. Dispositif (1, l') selon l'une des revendications précédentes comportant en outre au moins un élément de maintien (20-27) et/ou au moins un élément de mise en regard (18, 19) des coquilles coniques (3a, 3h) l'une par rapport à l'autre.
6. Dispositif (1, l') selon l'une des revendications précédentes tel que les deux coquilles cylindriques (2a, 2h) s'emboîtent de façon serrée l'une contre l'autre dans ledit alésage conique (16, 17 ; 16', 17'), sensiblement en affleurement (32) de la surface de travail (28) desdites coquilles coniques (3a, 3h ; 3' a, 3h) .
7. Dispositif (1, l') selon l'une des revendications précédentes tel que le piston (6) est apte à s'emboîter dans ledit alésage traversant (29, 30), sensiblement en affleurement de la surface (32) côté surface de travail (28) desdites coquilles cylindriques (2a, 2h) .
8. Dispositif (1, l') selon l'une des revendications précédentes tel que l'ensemble des coquilles cylindriques (2a, 2b) une fois serrées l'une contre l'autre présente une symétrie axiale selon ledit axe (X', X), et/ou l'ensemble des coquilles coniques (3a, 3b ; 3' a, 3h) une fois serrées l'une contre l'autre présente une symétrie axiale selon ledit axe (X' , X) .
9. Procédé de mise en forme de matériau compactable par utilisation d'un dispositif (1, l') selon l'une des revendications précédentes, tel que l'on procède aux étapes successives suivantes 1) le dispositif
(1, l') est mis en place, par emboîtement des coquilles coniques (3a, 3h) , éventuellement maintenues et/ou serrées l'une contre l'autre, dans la chemise (4), puis par emboîtement des coquilles cylindriques (2a, 2h) dans les coquilles coniques (3a, 3b), l'axe (X', X) étant de préférence sensiblement vertical,
2) le matériau compactable est introduit dans la cavité (10-13) à partir de la surface de travail (28), de préférence par gravité,
3) un piston (6) est introduit dans l'alésage traversant sensiblement cylindrique (29, 30), pour exercer une pression sur le matériau compactable de façon à le compacter sensiblement dans la forme (7) désirée.
10. Procédé de mise en forme de matériau compactable selon la revendication précédente, tel que, le piston (6) étant apte à s'emboîter dans ledit alésage traversant (29, 30) sensiblement en affleurement de la surface (32) côté surface de travail (28) desdites coquilles cylindriques (2a, 2h) , la fin du procédé de mise en forme est déterminée par ledit affleurement.
11. Procédé de mise en forme de matériau compactable selon l'une des revendications 9 ou 10, tel que le matériau compactable est une poudre.
12. Procédé de mise en forme de matériau compactable selon l'une des revendications 9 à 11 dans lequel on gère la mise en forme par la masse de matériau à compacter.
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