DISPOSITIF DE REMPLISSAGE POUR AU MOINS DEUX MATERIAUX

GRANULAIRES ET PROCEDE DE REMPLISSAGE

METTANT EN œUVRE UN TEL DISPOSITIF

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTéRIEUR

La présente invention se rapporte principalement à un dispositif de remplissage d'un récipient avec au moins deux matériaux sous forme granulaire, et à un procédé de remplissage mettant en œuvre un tel dispositif.

Le remplissage de récipients, par exemple des matrices de pressage, par des matériaux granulaires s'effectue de manière habituelle par un tuyau de section circulaire raccordé par une extrémité supérieure à un réservoir de matériau granulaire. Or, les matériaux de type granulaire peuvent présenter une mauvaise coulabilité du fait de leur granulométrie, de leur rugosité intrinsèque et/ou de leur densité. Ce type de remplissage n'est alors pas satisfaisant pour assurer un remplissage uniforme du moule, d'autant plus dans le cas de moules à géométrie complexe.

Il a été proposé d'améliorer la coulabilité des matériaux par fluidisation de ceux-ci, par exemple au moyen d'un flux d'air. Cependant les moyens à mettre en œuvre sont complexes.

Le document FR 2 882 029 décrit un dispositif de remplissage avec un matériau granulaire permettant le remplissage d'une matrice de forme complexe. Ce dispositif comporte un corps rotatif

comportant un passage central entouré d'un déflecteur, en fonction de la vitesse de rotation du corps, il est possible de contrôler la quantité de matériau granulaire déviée vers l'extérieur du corps ou empruntant le passage, ce qui permet d'améliorer l'homogénéité de remplissage d'une matrice, même de forme complexe avec un dispositif relativement simple. Ce dispositif donne entière satisfaction, cependant il ne permet pas d'effectuer un remplissage simultané avec deux matériaux granulaires sans mélanger les deux matériaux .

C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif de remplissage et un procédé de remplissage permettant un remplissage avec au moins deux matériaux granulaires non mélangés, le récipient rempli comportant des zones formées par chacun des matériaux uniquement.

C'est également un but de la présente invention d'offrir un dispositif de remplissage permettant un remplissage uniforme de tout type de récipient, même de forme complexe.

EXPOSé DE L' INVENTION

Les buts précédemment énoncés sont atteints par un dispositif de remplissage comportant une trémie permettant l'alimentation séparée en plusieurs matériaux granulaires et un corps rotatif muni d'un canal central pour le passage d'un premier type de matériau et des moyens déflecteurs entourant le canal central pour dévier un deuxième type de matériau, le remplissage avec les deux types de matériau

s' effectuant sans les mélanger. Ainsi il est possible de réaliser, par exemple dans le cas de fabrication de pièces par la technologie de compression en matrices, des pièces comportant des zones en matériaux distincts, par un remplissage simultané de différents composants sans les mélanger.

En d'autres termes, le dispositif comporte des moyens d' amenée d' au moins deux types de matériaux séparément au droit d'emplacements distincts d'un moyen de répartition, ce moyen de répartition gérant le remplissage sans mélanger les matériaux.

La présente invention permet également de gérer les débits des différents composants.

Par ailleurs, le dispositif selon la présente invention permet une bonne répétabilité du remplissage .

La présente invention a alors principalement pour objet un dispositif de remplissage permettant le remplissage avec au moins deux matériaux granulaires simultanément sans les mélanger, comportant un ensemble de trémies et un distributeur disposé en aval de l'ensemble de trémies dans un sens d'écoulement, l'ensemble de trémies comportant au moins deux trémies, une trémie intérieure pour l'alimentation en un premier type de matériau et une trémie extérieure pour l'alimentation en un deuxième type de matériau, le distributeur comportant un passage central disposé au droit de la trémie intérieure et des moyens de déflexion du deuxième type de matériau vers l'extérieur du distributeur disposés au droit de la trémie extérieure, lesdits moyens de déflexion bordant au

moins partiellement le passage central, le distributeur étant apte à tourner autour d'un axe longitudinal, dont la direction est la direction moyenne d'écoulement.

Les adjectifs « intérieur » et « extérieur » qualifient la position des trémies relativement l'une par rapport à l'autre et ne limitent pas l'invention à une position géométrique des trémies par rapport à la forme géométrique du dispositif selon 1' invention . Les moyens de déflexion peuvent avoir une forme de couronne dont la surface de réflexion est torique concave ou une forme de couronne dont la surface de réflexion a une section transversale en forme de V. Le distributeur peut comporter un arbre central d'axe longitudinal relié à une paroi du passage central par des pales, permettant une connexion aisée à des moyens d'entraînement.

Les pales sont contenues avantageusement dans des plans inclinés par rapport à l'axe X, ce qui améliore la répartition des particules de matériaux granulaires .

Le distributeur peut comporter un axe central dont une surface supérieure en regard de la trémie intérieure forme une surface de déflexion pour le premier type de matériau, cette surface de déflexion a par exemple un profil en V ou en U.

L'ensemble de trémies peut comporter un canal central formant la trémie intérieure et un canal périphérique formant la trémie extérieure.

Le canal extérieur est par exemple continu pour former une sécession de canaux adjacents.

La présente invention a également pour objet un procédé de remplissage d'un récipient au moyen d'un dispositif de remplissage selon la présente invention, comportant les étapes : a) introduction du distributeur dans une zone supérieure du récipient, b) mise en rotation du distributeur autour de l'axe longitudinal, c) alimentation du distributeur avec les deux types de matériau par l'ensemble de trémies.

Le procédé peut avantageusement comporter l'étape d'ajustement de la vitesse de rotation du distributeur et ou des sections de passage de l'une ou des deux trémies au cours du remplissage.

La vitesse de rotation est avantageusement fixée à une valeur permettant un débit identique pour les deux types de matériau.

BRèVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins annexés, sur lesquels :

- les figures IA à ID sont des schémas de principe d'un dispositif de remplissage selon la présente invention dans quatre phases de remplissage,

- les figures 2A et 2B sont des vues en perspective de deux exemples de réalisation d'un dispositif de remplissage selon la présente invention,

- les figures 3A et 3B sont des vues en coupe schématique du dispositif de la figure 2B en cours de remplissage,

- la figure 4 est une représentation graphique de l'évolution du débit en fonction de la vitesse de rotation du dispositif de remplissage selon l'invention pour chacun des matériaux ;

- la figure 5 est une représentation graphique d'un exemple d'une évolution de la vitesse de rotation du distributeur selon l'invention au cours du temps pour obtenir le remplissage de la figure 3B ;

- la figure 6 est une vie en coupe schématiques d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention ; - la figure 7 est une représentation graphique de l'évolution du débit dans les deux matériaux en fonction de la vitesse de rotation du distributeur selon l'invention.

EXPOSé DéTAILLé DE MODES DE RéALISATION PARTICULIERS

Les matériaux de type granulaire sont entendus dans le présent exposé comme tous matériaux formés d'un ensemble d'éléments distincts de tailles uniformes ou variables, par exemple comprises entre quelques nanomètres et plusieurs centimètres. Les matériaux en poudre sont bien entendu couverts par cette expression.

La description qui suit est faite en relation avec le remplissage d'une matrice ou empreinte pour réaliser des pièces par compression. Mais la présente invention s'applique à tout type de

remplissage, dans lequel on souhaite un remplissage simultané avec plusieurs matériaux granulaires mais sans mélange de ceux-ci.

Sur les figures IA à ID, on peut voir différentes étapes de remplissage d'une matrice 2 au moyen d'un dispositif de remplissage 4 selon la présente invention représentées de manière schématique.

Le dispositif comporte un ensemble de trémies d'alimentation 6 permettant d'amener plusieurs types de matériaux granulaires, deux dans l'exemple représenté, au niveau d'un moyen de distribution 8 de ces matériaux sans les mélanger. Chacune des trémies peut être formée de compartiments distincts contenant des matériaux différents dans le but de les mélanger au moment du remplissage.

L'ensemble de trémies comporte une première trémie 10 formée par un canal central 10 pour l'alimentation en un premier type de matériau A, et une deuxième trémie formée par un canal périphérique 12 bordant le canal central 10 pour l'alimentation en un deuxième type de matériau B. Le canal périphérique 12 a par exemple une forme annulaire ou est formé par une succession de canaux répartis de manière circonférentielle. Le premier type de matériau granulaire A est schématisé par des billes grises ; et le deuxième type de matériau granulaire B est représenté par des billes blanches.

Dans l'exemple représenté, le canal central 10 et le canal périphérique 12 ont une forme conique d'axe commun, formant un entonnoir. Mais on

pourrait prévoir qu'ils aient une forme cylindrique, ou que l'un des deux seulement ait une forme conique et l'autre est une forme cylindrique.

Il est également possible d'utiliser deux trémies distinctes, i.e. dans lequel la paroi du canal central 10 ne forme pas la paroi intérieure du canal périphérique 12, comme cela est représenté sur les figures 3A et 3B qui seront décrites en détail par la suite . Le moyen de distribution 8 est disposé en dessous de la trémie d'alimentation 6, celui-ci est apte à être entraîné en rotation autour d'un axe longitudinal X. L'axe X a une direction qui est la direction moyenne d'écoulement. On entend par direction moyenne d'écoulement la direction générale des particules des matériaux, qui s'étend de l'ensemble de trémies 6 au fond du récipient, qui est dans l'exemple représenté la direction verticale.

Le moyen de distribution comporte un passage central 14 au droit d'une extrémité inférieure 10.1 du canal central 10 de la trémie 6 pour le guidage du premier type de matériau A vers une zone centrale A3 de la matrice 2.

Le moyen de distribution comporte également des moyens de déflexion 16 entourant le passage central 14. Les moyens 16 sont destinés à dévier les particules du matériau granulaires B vers l'extérieur en éloignement de l'axe X.

De manière avantageuse, les moyens de déflexion 16 sont répartis de manière uniforme autour du passage central 14 et entourent de manière continue

le passage central 14, ce qui permet d'effectuer un remplissage homogène dans une zone B3 du récipient externe de la matrice 2, entourant la zone centrale A3.

Les moyens de déflexion 16 se trouvent au droit d'une extrémité inférieure 12.1 du canal périphérique 12 du deuxième type de matériau B.

Dans l'exemple représenté, l'axe de rotation du moyen de distribution 8 et celui du passage central 14 sont confondus, mais on pourrait prévoir qu'ils soient distincts.

Par ailleurs, le passage central 14 a été représenté sous forme de cône de conicité orientée vers le bas, mais une forme cylindrique peut convenir. La forme est choisie pour maîtriser la trajectoire que l'on veut imposer à la poudre.

Nous allons maintenant décrire les différentes étapes de remplissage mettant en œuvre le dispositif selon la présente invention.

Sur la figure IA, le distributeur 8 est mis en place dans la matrice 2 dans sa partie supérieure, l'ensemble de trémies se trouvant au-dessus, les extrémités 10.1 du canal central 10 et 12.1 du canal périphérique 12 de la trémie au droit du passage central 14 et des moyens de déflexion 16. Le canal central 10 et le canal périphérique 12 sont remplis de matériaux A et B respectivement.

Sur la figure IB, le distributeur est mis en rotation autour de l'axe X et les matériaux A et B s'écoulent vers le distributeur 8. La rotation est symbolisée par la flèche 15.

Le matériau A s'écoule dans le passage central 14 et les particules du matériau B sont déviées radialement vers l'extérieur en éloignement de l'axe X.

Sur la figure IC, une partie de ces particules vient frapper la paroi intérieure de la matrice 2 et est déviée une deuxième fois, l'autre partie tombe directement dans le fond de la matrice 2.

Sur la figure ID, qui schématise la fin du remplissage, on peut voir la répartition des particules A et B obtenue grâce au dispositif de la présente invention .

On peut également envisager que le distributeur soit disposé près du fond de la matrice 2 au début du remplissage et remonte le long de l'axe X pendant le remplissage. Ainsi, en gérant la hauteur, on maîtrise la trajectoire et donc la précision du remplissage .

La zone centrale A3 de la matrice comporte uniquement du matériau A et la zone périphérique B3 comporte uniquement du matériau B.

Ainsi, grâce à la présente invention, il est possible d'obtenir un remplissage de plusieurs matériaux granulaires non mélangés.

Sur la figure 2A, on peut voir un premier exemple de réalisation d'un distributeur selon la présente invention.

Le distributeur comporte un arbre central 18 d'axe X raccordé rigidement à la paroi 22 du passage central 14 par des moyens de connexion 20.

L'arbre 18 est en prise avec un moyen d'entraînement en rotation (non représenté), permettant de mettre en rotation le distributeur.

Dans l'exemple représenté, les moyens de connexion 20 sont sous forme de pales planes contenues dans un plan contenant l'axe X, celles-ci sont au nombre de quatre, mais on pourrait également prévoir des bras.

De manière avantageuse, les pales sont inclinées par rapport à l'axe X de manière à améliorer l'écoulement du matériau granulaire A.

Les moyens de déflexion 16 sont, dans cet exemple formés par une couronne 17 torique concave, le fond étant, vu en coupe transversale, délimité par un arc de cercle.

La couronne est délimitée par une bordure circulaire radialement intérieure 26 et une bordure circulaire radialement extérieure 28.

Dans l'exemple représenté, la bordure radialement intérieure 26 est disposée verticalement en dessous de la bordure radialement extérieure 28. Mais ceci n'est aucunement limitatif, les deux bordures pourraient être de la même hauteur, ou la bordure radialement intérieure 26 pourrait être disposée verticalement au dessus de la bordure radialement extérieure 28

Le deuxième mode de réalisation du distributeur représenté sur la figure 2B se distingue du dispositif de la figure 2A, en ce que les moyens de déflexion 16 sont formés par une couronne 17' ayant une section transversale en forme de V.

La couronne est délimitée par une bordure circulaire radialement intérieure 26' et une bordure circulaire radialement extérieure 28'.

Dans l'exemple représenté, la bordure radialement intérieure 26' est disposée verticalement en dessous de la bordure radialement extérieure 28'.

Les sections transversales en V et en U offrent des évolutions du débit en fonction de la vitesse de rotation V D _v et D ₁₁ respectivement différentes, comme cela est représenté sur la figure 4, ce qui permet d'adapter la vitesse.

Sur la figure 3A, on peut voir le dispositif selon le deuxième exemple de réalisation du distributeur de la figure 2B en cours de remplissage. Les flèches désignées par Al symbolisent le trajet des particules du matériau A, et les flèches désignées par Bl symbolisent le trajet des particules du matériau B.

En outre, la qualité des remplissages obtenus dépend de la gestion des débits de matériaux granulaires A et B.

Grâce à la présente invention, les débits en matériau A et en matériau B peuvent être contrôlés indépendamment . II est par exemple possible de contrôler le débit en contrôlant les sections de passage des trémies. Dans ce cas, les débits seront constants tout au long de la phase de remplissage. Les remplissages ne sont alors pas évolutifs au cours du temps, et sont donc constants sur la hauteur.

On pourrait également envisager des trémies à section de passage variable.

Afin de réaliser la gestion des débits, l'invention permet de réguler le débit du matériau B, indépendamment du débit du matériau A.

Il est également possible d'anticiper le type de remplissage possible en utilisant les évolutions du débit de chacun des matériaux A et B en fonction de la vitesse de rotation du distributeur, ces évolutions étant représentées sur la figure 4.

La vitesse V est en tour/min et le débit D est en g/s, le matériau A est de l'inox et le matériau B est de la poudre de fer.

La droite A2 représente l'évolution du débit en matériau A en fonction de la vitesse, celle-ci apparaît comme indépendant de la vitesse, en effet la vitesse du distributeur n'a aucune influence sur l'écoulement du matériau A dans le passage central 14.

Par contre, la variation du débit du matériau B en fonction de la vitesse de rotation du distributeur est du type polynomial.

On peut alors déterminer automatiquement la vitesse de rotation à utiliser.

Dans le cas où les volumes que l'on souhaite remplir sont identiques et constants suivant la hauteur, la vitesse de rotation à utiliser sera donc le point d' intersection entre les deux courbes A2 et B2, i.e. une vitesse V _E l'ordre de 480 tr/min.

Si l'on souhaite modifier la répartition des matériaux A et B suivant la hauteur, il suffit de faire varier la vitesse de rotation du distributeur

pendant le remplissage afin de réaliser des remplissages du type de celui représenté sur la figure 3B, dans lequel la zone composée du matériau A a, vue en coupe, la forme sensiblement d'une ellipse. Sur la figure 5, est représentée l'évolution de la vitesse du distributeur pour obtenir la répartition de la figure 3B. On peut voir que la vitesse est augmentée pendant une première phase I jusqu'à atteindre la zone de plus grand diamètre, puis la vitesse est réduite jusqu'à la fin du remplissage pendant une deuxième phase II. Les deux phases étant de durée égale et les vitesses extrêmes étant les mêmes, on obtient une forme symétrique par rapport à un plan horizontal P. Ainsi, afin de déterminer les paramètres du procédé de remplissage, il convient donc, à partir des volumes mis en jeux et du type de répartition souhaitée, de remonter aux paramètres de vitesse de rotation du distributeur. Sur la figure 6, on peut voir une variante de réalisation de la présente invention, dans lequel le distributeur comporte un arbre central 18 délimitant avec la paroi un canal annulaire pour la poudre A, cet arbre central 18 comporte sur son extrémité supérieure du côté de la trémie 10 une surface de déflexion 32 pour le matériau A. Cette surface peut avoir un profil en U ou en V, i.e. elle peut voir la forme d'une cuvette à fond arrondie ou à fond conique.

Cette surface de déflexion permet d'améliorer la répartition du matériau A, comme cela est schématisé sur la figure 6.

Par ailleurs, cette variante présente l'avantage de permettre de conserver les trémies 10, 12 pleines, en dehors des opérations de remplissage.

En effet, lorsque le distributeur est à l'arrêt, les poudre A et B s'entassent dans les cuvettes et finissent par boucher les orifices des trémies 10 et 12, l'écoulement s'arrête alors naturellement sans avoir à vider complémentent les trémies, comme cela est visible sur la figure 7 représentant l'évolution du débit D _A et D _B de chaque matériaux A et B respectivement, en fonction de la vitesse V de rotation du distributeur. Vl désigne la vitesse en dessous de laquelle le débit en matériau A est nulle, i.e. en dessous de laquelle l'écoulement en matériau A est arrêté.

La remise en route du dispositif de remplissage est donc plus rapide, de plus il n'y a plus ou très peu de matériaux perdus puisqu'il n'est plus nécessaire de vidanger les trémies. Grâce à la présente invention, il est donc possible en contrôlant les débits, par exemple en modifiant simplement la vitesse de rotation du distributeur et/ ou les sections de passage de la trémie de réaliser une répartition de forme complexe de chaque matériau.

Le dispositif de remplissage selon la présente invention a été décrit pour deux matériaux A et B, mais un dispositif de remplissage permettant le remplissage simultané et distinct de plus de deux matériaux ne sort pas du cadre de la présente invention .

En effet on pourrait prévoir trois trémies concentriques ou plus, et un distributeur muni d'un canal central, un canal périphérique et des moyens de déflexion entourant le canal périphérique et disposés chacun au droit d'une trémie correspondante.

Le dispositif peut, par exemple avoir un diamètre de 15 mm et une hauteur de 10 mm, et les grains de la poudre utilisée peuvent avoir un diamètre de 150 μm. Ce dispositif permet un remplissage de quelques grammes à plusieurs kilogrammes, l'objet aura alors un volume compris entre 1 mm ³ et 1 dm ³ .

On peut également envisager que le dispositif de remplissage (trémie et distributeur) tourne autour d'un axe parallèle à l'axe X et distinct celui-ci et/ou se déplace parallèlement à celui-ci afin de réaliser des répartitions encore plus complexes.

Le dispositif selon la présente invention est de réalisation très simple, notamment le distributeur peut par exemple être réalisé en une seule pièce, par exemple en plastique, en métal, il peut être fabriqué par frittage, laser, par usinage ou par moulage .

Le moteur peut être déporté de l'axe ou situé sur l'axe, il peut par exemple être porté par l'axe du distributeur dans le cas où celui-ci en comporte un. Dans le cas contraire, on peut aussi associer uns système d'entraînement lié au distributeur, par exemple du type courroie, mâchoire ou pion .