DESCRIPTION

Le sujet de l'invention est un outillage de presse.

La fabrication des pièces mécaniques par un pressage de poudres pour donner une ébauche compacte, suivi d'un frittage, peut impliquer l'emploi de machines de compression uniaxiale comprenant une matrice constituée d'un logement dans lequel la poudre est versée et un poinçon s' engageant dans le logement pour réaliser la compression de la poudre ou, en variante, une paire de poinçons s' engageant par deux extrémités opposées du logement dans deux sens opposés. Ces presses fonctionnent à des cadences relativement élevées. Les applications sont nombreuses: elles peuvent concerner des pièces mécaniques en métal ou en céramique comme les engrenages, les aimants, les pastilles des combustibles nucléaires, etc. Ce genre de procédé présente toutefois des inconvénients. L'un des plus importants apparaît au démoulage de la pièce comprimée en la sortant progressivement du logement par un mouvement axial de poussée du poinçon. La compression a produit des contraintes radiales dans la pièce, qui se libèrent à mesure qu'elle sort du logement en produisant une dilatation radiale. Les risques d' endommagement de la pièce par fissuration ou rupture sont fréquents à l'orifice du logement, entre les portions encore contraintes et les portions subitement relâchées, où des concentrations de contrainte apparaissent. Divers procédés ont été employés pour améliorer la qualité des pièces. On peut citer l'utilisation d'additifs lubrifiants ou liants dans les poudres ou le choix de séquences particulières de compression par les poinçons; mais les additifs nuisent au frittage puisqu'ils sont volatils et peuvent être polluants, et les seconds procédés ralentissent beaucoup les cadences de production. Ces deux groupes de procédés remédient d'ailleurs plutôt à d'autres défauts, comme une cohésion insuffisante de la matière après la compression .

D'autres procédés consistent à pourvoir l'orifice du logement de la matrice d'un chanfrein ou d'un rayon de raccordement pour éviter à la pièce en cours de démoulage une transition brusque entre l'état contraint et l'état relâché, mais ce procédé est efficace seulement avec des profils d'orifice bien déterminés et particuliers à chaque variétés de pièces, de sorte qu'il est difficile à mettre en œuvre.

D'autres procédés encore consistent à ajouter dans la matrice des tubes de caoutchouc ou d'autres matières souples qui facilitent le démoulage et sont ensuite sacrifiés, mais cela est aussi coûteux. Enfin, un autre genre de procédés, décrit par exemple dans le document US-B-7 128 547, consiste à diviser la matrice en secteurs qui sont assemblés pendant l'exécution de la compression et écartés ensuite de manière à relâcher les contraintes de compression résiduelle à la fois pour toute la pièce. Les réalisations de tels procédés souvent ne comprennent pas de moyen pour retenir les secteurs de matrice une fois qu'elle a été desserrée, ce qui les rend inaptes à l'automatisation. D'autres comportent un mécanisme de commande des mouvements des secteurs permettant d'automatiser le procédé, mais ils sont complexes, imposant l'emploi d'actionneurs des secteurs, et ils ne garantissent pas vraiment que les secteurs sont bien jointifs quand la poudre est versée, ce qui est nécessaire pour une bonne fabrication. Une variante de cette conception consiste à serrer la matrice par des ressorts, une pression externe ou tout autre moyen pour réduire son diamètre pendant le pressage ; elle est exposée dans les documents EP - A - I 602 473, US - A - 5 694 640 et dans l'article de Holownia « Balanced die method for métal powder compaction », paru dans Powder Metallurgy, vol.39, n°3, Money Publishing. Le serrage est arrêté après le pressage, ce qui permet à la matrice de se dilater pour réduire le frottement d'extraction de la pièce formée et faciliter ainsi le démoulage. Le problème technique est quelque peu différent, et ces procédés ne contribuent pas à améliorer la transition des contraintes à la sortie de la matrice entre la portion démoulée et la portion encore retenue dans la matrice. Il est d'ailleurs à remarquer que, dans ces exemples, la pression centripète est appliquée seulement au centre de la matrice, alors que les bords sont retenus rigidement dans l'appareil et ne possèdent donc aucune souplesse. L'invention a été conçue pour obvier à ces inconvénients et permettre une compression automatique et fiable de pièces à cadence élevée tout en réduisant les risques de dommages au démoulage et les défauts ultérieurs de forme et de dimension.

Sous une forme générale, l'invention concerne ainsi un outillage de presse comprenant une matrice, une armature extérieure à la matrice, un tube flexible délimitant un logement central dans lequel des pressages de pièces sont effectués, et un insert, disposé entre le tube flexible et l'armature et mobile sous l'action d'un mécanisme, caractérisé en ce que 1' insert glisse sur le tube et s'étend jusqu'à une extrémité du tube par laquelle les pièces pressées sont extraites du logement, et en ce que l' insert dégage ladite extrémité, qui est séparée de l'armature par un jeu, dans une autre position.

Cette disposition a pour effet de permettre au tube de fléchir en se dilatant à proximité de l'orifice de démoulage, et de céder ainsi partiellement aux contraintes internes de compression de la pièce. Ces contraintes internes se relâchent partiellement avant le démoulage, avec une progression vers l'orifice de démoulage, de sorte que la transition entre les parties démoulées et les parties encore présentes dans le logement est beaucoup atténuée au démoulage de la pièce, et que les concentrations de contrainte traditionnellement observées à la jonction entre ces deux états de la pièce sont extrêmement réduites ou même ont disparu.

Le tube flexible est supérieur au chanfrein ou à l'arrondi traditionnel au sommet du logement en tant qu' il fléchit en fonction de la répartition des contraintes internes dans la direction de démoulage et donc qu' il prend de lui-même un profil permettant de réduire fortement les concentrations de contrainte. Et il donne une matrice de conception plus simple que les matrices segmentées, et dépourvue du risque d'une mauvaise fermeture du logement.

Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le tube est uni à l'armature par une collerette à une extrémité de l'armature opposée à l'emplacement d'extraction, l'armature englobe un évidement délimité partiellement par la collerette, et 1' insert comprend une excroissance mobile dans 1' évidement entre des états de butée sur des parois opposées de l' évidement. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes: la figure 1 illustre une presse munie d'un outillage,

- la figure 2 illustre le phénomène qu'on rencontre,

- la figure 3 illustre la matrice,

-la figure 4 illustre un autre état de la matrice,

- et la figure 5 illustre le démoulage. La figure 1 représente une presse comprenant un système de commande 1, un poinçon supérieur 2, un poinçon inférieur 3 et un outillage 4 spécifique à l'invention qui comprend une matrice 5. Le poinçon supérieur 2 et le poinçon inférieur 3 comprennent des tiges 6 et 7 dirigées l'une vers l'autre. La matrice 5 comprend un logement 8 dans l'alignement des tiges 6 et 7, qui peuvent y pénétrer entre des orifices 9 et 10 opposés. Le piston inférieur 3 et sa tige 7 comprennent une aiguille 37 qui y coulisse, et la tige 6 du piston supérieur 2 comprend un logement 11 en face de l'aiguille 37, qui peut y pénétrer. Cette disposition permet de comprimer des pièces creuses, de forme annulaire. L'invention n'est pas limitée à cette situation et concerne aussi des presses dépourvues d'aiguille, éventuellement à poinçon unique; le logement serait alors pourvu d'un seul orifice et comprendrait un fond de l'autre côté. Le système de commande 1 régit le mouvement des poinçons 2 et 3 et de l'aiguille 37.

Le problème affronté au cours du démoulage est illustré à la figure 2, dans le cas où le piston inférieur 3 effectue le démoulage, la pièce étant référencée par 12. En dépassant l'orifice 13 du logement 8, la libération des contraintes internes en direction radiale produit une dilatation en forme de coin 14, qui cause des concentrations de contrainte importantes et qu'on cherche à éviter avec l'invention.

On se reporte à la figure 3. La matrice 5 est composée d'une armature 15 qui en est une portion principale, un tube 16 flexible entouré par l'armature 15 avec un jeu et qui délimite le logement 8, et un insert 17 de forme cylindrique et introduit entre les deux précédents sous un ajustement glissant. Le tube 16 est uni à l'armature 15 par une collerette 18 inférieure (du côté du poinçon inférieur 3) , et qui délimite un évidement 19 avec l'armature 15. L' insert 17 comprend une excroissance 20 radiale présente dans l'évidement 19, dans lequel elle peut se déplacer en direction verticale jusqu'à entrer en butée sur des surfaces opposées de l'évidement 19. Un mécanisme de commande 21 agit sur l' insert 17 en lui permettant de se déplacer verticalement entre les deux positions de butée évoquées ci-dessus. Il peut s'agir d'une tige pénétrant dans un passage 22 de l'armature 15 et attachée à l'excroissance 20. La tige est commandée par un moyen tel qu'un vérin lié à l'armature 15. Pendant la plus grande partie du processus de fabrication, l'état est celui de la figure 3, où 1' insert 17 est relevé et arrive au ras du tube 16, affleurant à l'orifice 13 du logement, l'excroissance 20 butant contre la face supérieure de l'évidement 19. Et quand le démoulage est entrepris, l' insert 17 est abaissé jusqu'à entrer en butée avec la face inférieure de l'évidement 19. Cet état est représenté à la figure 4. Il apparait un jeu 23 entre le sommet du tube 16 et l'armature 15. Quand le démoulage se produit, ce qu'on a illustré à la figure 5, le sommet du tube 16, situé devant le jeu 23, a la faculté de se dilater quand la pièce 12 arrive à sa hauteur puis subit le démoulage, ce qui réduit les concentrations de contrainte à l'orifice 13 du logement 8. Une propriété essentielle du tube 16 est qu' il doit être suffisamment souple pour pouvoir se dilater, cette souplesse est dictée par son épaisseur. Il doit donc être fin, par exemple d'épaisseur comprise entre 0,5 et lmm s'il est construit en carbure de tungstène, qui présente une bonne résistance à l'usure. L' insert 17 est normalement plus épais, mais ses dimensions ne sont pas critiques, et il peut consister en un tube en acier de 2 à 10mm d'épaisseur. Enfin, l'armature 15 peut être en forme de manchon cylindrique de 10 à 15mm d'épaisseur, encore en acier. Selon un développement de l'invention, dans le cadre de son fonctionnement, on peut prévoir que 1' insert se retire totalement du contact avec le tube de manière à éliminer les forces de friction lors du démoulage. Il convient alors d'aménager une zone de glissement suffisamment importante pour dégager ces deux éléments l'un de l'autre.