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La présente invention est relative à des filières pour le tréfi- mage età leur méthode de fabrication à partir de matériaux pulvérulents.
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Une filière de tréfilage comporte d'ordinaire une portion centra- le ou "noyau" , supportée par un dispositif relativement lourd qui enserre le noyau et qu'on appelle la monture ou le porte-filière. Jusqu'à présent, si le noyau était faoriqué avec du carbure de tungstène cimenté, ou avec une matière analogue, on lui donnait sa forme extérieure en comprimant un mélange pulvéru lent d'un carbure réfractaire et d'un liant métallique. Par exemple, on em- ployait 94% de carbure de tungstène et 6% de cobalt, dont le mélange était mou- lé dans une matrice d'acier, sous une pression voisine de 3 à 5 tonnes par
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centimètre carré.
La profil extérieur était choisi légèrement conique, de ma- nière à permettre un démoulage facile du noau. La masse était alors frittée à une température d'environ 900 C. pendant une demi-heure, ce qui donnait une résistance mécanique suffisante au noyau pour permettre la manipulation. On percait alors un trou suivant l'axe du noyau en utilisant un foret en acier: mais l'extrême dureté du carbure entraîne une usure très rapide des arêtes tranchantes du foret, même au cours du travail sur produits frittés à une tem- pérature aussi basse que 900 C. En conséquence, des réaffûtages fréquents é- taient indispensables.
Après le forgge, le noyau était fritté une seconde fois dans l'hydrogène, pendant une heure et demie à 1.400 C.; il acquérait ainsi toute sa dureté et se trouvait prêt au montage dans le porte-filière. Celui-ci com- porte un orifice axial, de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur du noyau, mais l'une des bases de cette ouverture est partiellement obturée par un épaulement qui empêche le noyau de quitter son logement. On introduisait donc le noyau en contact avec cet épaulement, et on entourait le noyau avec une quantité de cuivre suffisante pour emplir à peu près le vide entre la mon- ture et le noyau; l'assemblage était enfin assuré dans un four à hydrogène, par la brasure au cuivre vers 1.100 C. La filière, après refroidissement, de- vait encore âtre mise aux cotes dans unemachine à lapider.
Grâce à un mélange de matières abrasives et d'huile et à l'emploi d'outils de finition possédant les angles convenables, l'ouverture axiale du noyau était peu à peu agrandie jus qu'à réaliser le profil convenant au tréfilage.
Cette description montre combien est long le procédé de fabrica- tion de filières à partir de carbures durs. En outre, ce travail exige des opérateurs exercés et particulièrement habiles, de manière à réaliser très exactement les dimensions et le profil, avec l'extrême précision qui est de rigueur. Souvent l'on doit user plusieurs outils de finition pour profiler une seule filière, ces outils étant généralement en matière relativement douce telle que l'acier.
Suivant l'invention, le procédé de fabrication, à bon marché, permet d'obtenir des filières à partir de matières pulvérulentes telles qu'un carbure réfractaire et un liant métallique. pour comprendre la description suivante, on devra se référer aux dessins qui raccompagnent, donnés ici à ti- tre d'exemple non limitatifs.
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La Fig.l montre une vue en coupe et élévation partielles d'un appareil qui permet de réaliser l'invention.
La Fig.2 est une vue, partie en coupe et partie en élévation, du moule schématisé dans la Fig.l.
La Fig.3 est une coupe d'une filière fabriquée suivant la pré- sente invention.
La Fig.4 est une variante en coupe de l'appareil représenté sur la Fig.2.
La Fig.5 est une vue en perspective, avec coupe partielle, d'une modification à l'appareil qui peut servir à réaliser les filières suivant l'invention.
Les Fig.6, 7, 8 et 9 sont des poupes longitudinales d'une partie du moule en carbone, aux diverses étapes de réalisation d'une filière et de sa monture, toutes deux à partir de poudres convenables.
Sur la Fig.l, on a représenté en 10 et 11 une paire de blocs en graphite susceptibles d'être juxtaposés suivant une face plane, en réservant un passage longitudinal cylindrique, à section circulaire, dont chaque moitié a été entaillée dans l'un de ces blocs.
Cette ouverture cylindrique permet d'insérer le moule, schéma- tisé en 12. Celui-ci (Fig.2) comprend un porte-filière 13 cylindrique creux en métal, et un tube de graphita 14, dont les diamètres intérieur et extérieur sont respectivement égaux aux diamètres correspondants du porte-filière 13.
Un piston ou plongeur de graphite 15, ferme l'ouverture inférieure du porte- filière 13. Ce piston 15 est muni d'une aiguille 16, taillée vers sa partie inférieure de manière à reproduire le porfil exact de l'ouverture à réaliser dans le noyau. L'aiguille 16 comporter en outre, une région cylindrique assez , longue pour traverser le porte filière de part en part, et une embase plus large, @ portion cylindrique assez courte, 17, à peu près du même diamètre que le diamètre intérieur du porte-filière 13.
La Fig.2 représente l'assemblage du noyau , du porte-filière 13, du cylindre de graphite 14 et du plongeur 15, prêt au moulage d'un noyau, La matière pulvérulente à comprimer, 18, par exemple du carbure de tungstène et du cobalt mélangés en proportions voulues, est alors introduite dans le moule.
Un second plongeur en graphite 19, est disposé dans le cylindre 14, de manière à permettre de comprimer la poudre 18. Il possède une ouverture axiale où cou-
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lisse la partie cylindrique de l'aiguille 16 pendant la compression. Cet assem- -blage est ensuite disposé entre les blocs de carbone 10 et 11, comme représen- té (Fig.l). Le tout est alors chauffé par un courant électrique amené par les bornes 20 et 21 connectées chacune à un pôle d'unesource convenable de courant L'intensité doit être suffisante pour porter la poudre 18 à sa température de frittage, soit en général, au-dessus de 1.000 C. L'appareil décrit, ne permet pas de déterminer directement la température de la matière. On peut enwoir une idée en mesurant la température de la monture 13.
A cet effet, chacun des blocs 10 et 11 porte une fenêtre semi-circulaire 22 dont la juxtaposition cons- -titue un orifice irculaire qui permet de déterminer directement la tempéra- ture du porte-filière, par visée au pyromètre optique. En même temps, que la poudre est chauffée, on lui applique la pression par l'intermédiaire du plon- geur en graphita 19 : la matière en poudre 18 devient alors une masse dense, pratiquement exempte de pores. La pression et la température ne doivent être maintenues que peu de minutes, ce qui suffit également à souder énergiquement le noyau sur la monture 13. üne fois le frittage terminé, on enlève le moulai la filière n'exige plus qu'une légère opération de polissage pour être prêta à l'emploi.
Il est particulièrement nécessaire, dans une telle filière, que le noyau n'ait ni pores visibles, ni vides. Bien que le piston de graphite 19 y suffise, moyennant la compression du mélange pulvérulent pendant qu'il est porté à sa température de frittage, il peut arriver que ce piston devienne trop faible. Tel est le cas si l'on désire obtenir un produit extrêmement dense exigeant des pressions plus élevée8.$qi
On peut alors prendra un plongeur 17 en matière quelconque dure et réfractaire : molybdène, tungstène, quartz, alumine, magnésie, etc.. Dans le cas d'un plongeur métallique, il faut éviter que celui-ci se soude à la ma- tière réfractaire.
On y arrive en intercalant un disque de papier de carboran- dun à grains très fine.antre la matière en poudre et le piston.
De préférence, on débute par appliquer une basse pression à la matière pulvérulente, pour éviter la rupture du cylindre de graphite 14. Tou- tefois, dès que l'aiguille 16 a pénétré dans le canal du plongeur 19, le cy- làndre 14 ne sert plus qu'à guider le plongeur 19: on peut alors élever la pression sur la matière chauffée, puisque la force qui tend à rompre le moule @
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est alors appliquée directement au métal de la monture 13.
Une fois que la filière a été utilisée quelque temps, et que le noyau présente de l'usure, on peut restaurer à celui-ci ses dimensions ini- tiales, en le plaçant entre les pistons de graphite 15 et 19, puis en insérant au noyau 1'assemblage entre les blocs 10 et 11, et appliquant la pression/au moyen du plongeur 19, tandis que le noyau est chauffé à une température supérieure à 1.000 C..
La description ci-dessus se réfère à un mélange de carbure de tungstène et de cobalt, mais elle peut âtre réalisée avec toutes autres matiè- res: carburas réfractaires(ceux de molybdène, de tantale, de niobium. etc...), mélanges de carbures, métaux relativement fusibles, (nickel, fer) ou alliages de ces métaux avec d'autres comme le molybdène, le tyngstène, le chrome, l'alu- minium, etc...
De marne, la description ci-dessus concerne une filière à ouver- ture circulaire, mais toute forme différente est aisément réalisable suivant l'invention. Par exemple, on a pu réaliser des noyaux à ouverture carrée, hexa- gonale, etc.... Dans tous les cas, il suffit d'employer une aiguille de gra- phite, ou de quartz taillée de manière à réaliser le profil qu'on veut donner au noyau.
L'aiguille de graphite 15 (Fig.2) est réalisée d'une seule pièce Toutefois, il est avantageux dans certains cas, par exemple lorsque l'ouverture du noyau est très petite (1,5 nm. ou moins) d'utiliser une aiguille en matière dure, quartz par exemple. C'est le dispositif de la Fig.4; une tige de quartz 9 traverse à frottement dur le plongeur de graphite 15.
Le porte-filière 13, exécuté de préférence en molybdène ou allia- ge de ce métal, peut être préparé de toute manière appropriée, par exemple à partir d'une barre frittée* Une telle barre peut être rendue cylindrique par martelage, et découpée en tronçons d'épaisseur appropriée. Chaque tronçon est alors percé en anneau, comme on le voit en 13 sur les Fig.2 et 3. De préférence on utilisera une monture fabriquée à partir de molybdène pulvérulent ou d'un mélange de molybdène en poudre avec un autre métal. Dans ce cas, il est commode d'exécuter la préparation dans l'appareil représenté sur les Fig.6, 7,8 et 9.
La Fig.5 montre les pièces en graphi@e 24 qui donnent les con- tacts opposés sur le moule et dont les entailles semi-circulaires constituent, ¯n
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par leur ensemble, une ouverture cylindrique dans laquelle peuvent coulisser les pistons de graphite 25 et 26. Sur les Fig.6 à 9 ces mâchoires sont repré- sentées en coupe, et seulement sur une faible partie de leur totalité.
Pour fabriquer la monture 13 à partir de matières en poudre, on fait pénétrer d'abord le plongeur 26 dans un moule en graphitée, puis on insère là baguette de graphite 27 dans l'ouverture du plongeur 26, de manière à former joint (Fig.6 et 7.. On met alors une quantité suffisante de métal en poudre 28, laquelle constituera le porte-filière, et cette poudre vient entourer la ba- guette 27. Le plongeur 25 glisse alors ,en coulissant sur la baguette 27, vient en contact avec la matière pulvérulente 28, et permet d'appliquer la pression @ en même temps que sur le piston antagoniste 26, par exemple au moyen des maca- rons amovibles 29 et 30 (Fig.5).
Pendant la compression, on fait passer le courant de chauffage par les bornes ou pièces 31 et 32, et la matière en pou- dre se trouve frittée.
Une fois ce résultat obtenu (Fig.7) , on enlève du moule 24 l'as- semblage des plongeurs 25 et 26 et de la baguette 27, puis l'on guide et sou- tient la monture 28 au moyen du plongeur 26, suivant l'axe duquel on introduit l'aiguille 33, analogue à la pièce 15 de la Fig.2. Cette aiguille est profilée suivant 34, exactement comme la partie 16 de la Fig.2. Ce profil a été exécutée de manière à réaliser celui désiré sur le noyau à mouler. On verse alors en quantité convenable la poudre dure à fritter 35: on insère le plongeur supérieur 36 muni d'un canal longitudinal, où coulisse l'extrémité de l'aiguille 34 et l'on effectue la compression et le chauffage exactement comme il a été dit ci- dessus. La pression et la température sont réglées de manière à réaliser les conditions nécessaires au frittage.
Le passage du courant est assuré par les bornes 31 et 32.
Lorsque la monture est frittée, l'opération est rapide, efficace et économique, mais elle a pour avantage complémentaire que le porte-filière peut avoir pratiquement le même coefficient de dilatation que le noyau, grâce au choix des poudres métalliques dont il est constitué. Par exemple, une montu- -re de molybdène et de tungstène peut être employée avec un noyau renfermant 37% de carbure de tungstène et 13% de cobalt, ou 94% de carbure de tungstène et 6% de cobalt.
Les coefficients de dilatation rel&tifs à ces deux dernières compositions sont respectivement un peu plus élevé et un peu plus faible que celui du molybdène./
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Si l'on ajoute à ces métaux une quantité convenable de tungstène en poudre, métal moins dilatable que le molybdène, on ;peut ajuster le coefficient de di- latation à toute valeur désirée comprise entre ces extrêmes. C'est là un grand avantage, car ainsi on ne risque pas de rupture du noyau à sa zone de contact avec le porte-filière ce qui arrive parfois quand les coefficients de dilata- tion sont assez différents.
Les filières fabriquées suivant ce procédé représentant donc maints avantages : elles économisent temps et mains d'oeuvre par comparaison avec les anciens procédés de fabrication pour les filières en carbures métal- liques durs. Le profil du noyau peut être réalisé très exactement conforme à celui exigé pour l'emploi de la filière, de sorte qu'il n'y a presque plus de travail à effectuer pour ajuster au profil définitif. Le trou du noyau se prou- ve exactement dans l'axe de la filière et le noyau fait corps avec sa monture supprimant tout brasage.
:Enfin, le loyau n'exige plus d'épaulement spécial sur le porte- filière, nécessitant un usinage particulier préalable.