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La Société dite : BOART PRODUCTS SOUTH AFRICA (Proprietary)
LIMITED (Union d'Afrique du Sud) à Johannesburg (Province du Transvaal Procédé et appareil pour la fabrication d'un corps compact en métal pulvérulent.
La présente invention concerne la fabrication de .corps compacts en métal pulvérulent et particulièrement d'outils à diamants comprenant un semblable corps compact contenant de la matière de diamant sous la forme de pierrea séparées ou de grains. L'invention concerne particulièrement la fabrication de couronnes de forage comprenant des diamants séparés enchâssés dans des matrices de métal pulvérulent.
Dans la fabrication de ces outils à diamants dans du métal pulvérulent, deux façons de procéder ont été employées jusqu'à présent, toutes deux comprenant des phases de chauffage et de compression. Dans l'une, la poudre métallique est un mélange comprenant un constituantqui n'est pas sensiblemen affecté par la chaleur et un autre plus facilement fusible qui, pendant le traitement thermique, fond et pénètre dans le métal moins fusible préalablement rendu compact et agit comme
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un liant entre les particules de ce dernier.
Dans ce cas, le pressage est appliqué à la poudre froide et le corps de poudre métallique rendu compact par cette pression à froid n'est pas comprimé davantage ; la fabrication est complétée par un chauffage du corps dans un four dans lequel on maintient une atmosphère neutre ou d'hydrogène et par un refroidissement subséquent du corps.
Dans l'autre façon de procéder, la consolidation principale de la poudre métallique est produite par le fait qu'on l'enferme dans un moule de compression, qu'on chauffe l'ensemble du moule et de la poudre y contenue jusqu'à la température de l'agglomération de la poudre et qu'on comprime la poudre chaude dans le moule. Cette phase de compression à chaud est habituellement précédée d'une phase dans laquelle la poudre esi comprimée dans le moule alors que tous deux dont encore froids.
Lorsque cette façon de procéder est employée il ne faut aucun constituant métallique liant: le métal choisi, -que ce-soit un métal unique ou un alliage,- étant tel que la température d'agglomération n'est pas trop élevée et, dans le cas d'outils à diamants, tel qu'il ne provoque pas de détérioration de la matière du diamant. Il est possible de cette manière d'employer des métaux ayant un point de fusion assez élevé et une dureté correspondante, ce qui a pour résultat que les couronnée produites par ce procédé sont d'une catégorie supérieure à celles produites par la première façon d'opérer.
La méthode est toutefois rendue coûteuse à cause de la détérioration rapide des moules de compression coûteux, due au fait qu'ils sont chauffée à des températures élevées et qu'ils se déforment parce qu'ils
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sont soumis à une pression intérieure lorsqu'ils sont ainsi chauffés.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil au moyen desquels les inconvénients mentio nés ci-dessus peuvent être réduits au minimum.
Suivant cette invention, un procédé de fabrication d'u corps compact en poudre métallique et particulièrement d'un corps contenant de la matière de diamant, telle qu'une couronn de forage avec des diamants séparés et espacés, consiste à fai re un corps cohérent de poudre métallique capable de s'agglomé. rer lorsqu'il est chauffé, à chauffer ce corps cohérent à la température de l'agglomération, à enfermer ensuite le corps chauffé dans un moule de compression et à y comprimer le corps pendant qu'il est à la température d'agglomération. La poudre métallique employée dans cette façon de procéder est de préférence une poudre qui se ramollit à une température modérée, par exemple en dessous de 1000 C, et ne contient pas un constituant de soudure à bas point de fusion.
Un moyen commode de produire le corps cohérent en péndi métallique consiste à mouler la poudre métallique pour lui donner la forme du corps par une pression considérable et à la tem pérature du local.
Une caractéristique importante de l'invention est que le corps cohérent est chauffé en vue de l'agglomération alors qu'il est enfermé dans une enveloppe qui le protège physiquemen Le corps est de préférence formé dans l'enveloppe et maintenu dans celle-ci pendant le restant de l'opération. Dans ce cas, l'enveloppe est faite de façon à pouvoir se contracter nous la
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pression en vue d'effectuer la compression de la poudre et elle est elle-même enfermée dans un moule de compression suffisamment massif pour résister à la force d'éclatement provoquée par la compression de la poudre ou du corps et pour conserver le diamètre du corps de poudre.
Une forme commode et peu coûteuse de l'enveloppe pour fabriquer une couronne de forage consiste en une paroi cylindrique qui est inoapable par elle-même de résister à une pression intérieure considérable, en un bouchon placé dans une extrémité du cylindre, fournissant la face de moulage pour l'extrémité du corps compact et en un plongeur fermant l'autre extrémité du cylindre. On peut faire en sorte que ce plongeur se soude au corps compact et constitue lui-même le manche de la couronne de forage.
L'invention fournit un appareil pour la mise en pratique du procédé, comprenant une enveloppe pour le corps compact un moule de compression comportant une paroi circonférentiellf massive capable de résister à des efforts d'éclatement: consi- dérables et procurant un trou dans lequel l'enveloppe s'adapte exactement tout en pouvant être enlevée de celui-ci, l'envoie] pe procurant une chambre intérieure pour la poudre de métal e étant capable de s'affaiser sous une pression axiale pour effectuer la compression de la poudre. -
Pour donner la certitude que l'enveloppe est saisie d' façon serrée à l'intérieur du moule de compression, un manchoi est interposé entre elle et la paroi circonférentielle du mou:
Ce manchon procure le trou pour l'enveloppe et est co@ truit de façon à s'affaiser diamétralement pour se serrer sur
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l'enveloppe tandis que lui-même est embrassé de façon serrée par la paroi circonférentielle. Le manchon peut par exemple être fendu longitudinalement pour permettre sa dilatation et sa contraction diamétrales, et sa surface extérieure et la surface intérieure du manchon vont en se rétrécissant.
Le moule de compression forme de préférence une partie d'une presse qui comprend également une table et une tête, le moule de compression étant fixé par charnières à la presse pour pouvoir prendre une position dans laquelle le trou pour l'enveloppe s'étend transversalement entre la table et la tête, ou bien une position horizontale pour laquelle le trou n'est pas obstrué, à une extrémité au moins, pour permettre l'introductio; de l'enveloppe et son enlèvement.
Des exemples de l'invention sont représentés aux dessin: annexés dans lesquels:
La fig,l est une vue en perspective d'une couronne de forage à diamants, ne produisant pas de noyau, partiellement achevée.
La fig.2 est une coupe de l'enveloppe enfermant un corp: de poudre métallique pour former le corps de la fig.l.
La fig.3 montre le bouchon de base de l'enveloppe.
La fig.4 est une coupe d'une presse et du moule de pression.
La fig. 5 est une coupe transversale par la ligne 5-5 de la fig.4.
La fig.6 montre l'enveloppe pour une couronne à diamants formant un noyau.
La fig.7 montre la préparation d'un outil à diamant de dressage d'une roue.
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La fig.8 montre un moule de pression pour un certain nombre d'outils de ce genre.
La fig.9 est une vue en perspective de l'extrémité portant le diamant de l'outil de dressage d'une roue, après l'usinage.
On a désigné par 2 à la fig.l le manche de la couronne de forage, manche fait en acier doux et pourvu à une extrémité du corps compact 3 en poudre métallique. Ce corps compact procuee ia face de travail 4 qui a la forme circulaire en assiette usuell pour les couronnes ne formant pas de noyau. Des pierres séparées de diamant 5 sont comprises dans cette face 4 et des pierres 6 d'élargissement du trou sont placées dans le côté du corps compac 3.
On voit aux fig.2 et 3 que l'enveloppe comprend un cyliné 7 à extrémités ouvertes, dont le diamètre intérieur est égal au diamètre du corps compact 3 envisagé. L'épaisseur de paroi de cylindre est insuffisante pour résister à la pression d'éclatement à laquelle il est soumis pendant la ou les phases de compression du métal pulvérulent qui y est contenu,
Dans l'extrémité inférieure du cylindre 7 on a adapté le bouchon 8. La face interne 9 de ce bouchon à la forme du complément de la face de travail 4 du corps compact et de petites cavi- tés 10 sont formées dans la face 9 pour contenir temporairement les pierres 5, Un plongeur 11 ferme l'autre extrémité du cylindre 7.
Dans l'exemple représenté, le plongeur 11 est destiné à forme: le manche de la couronne achevée et le procédé comprend la coudui du corps compact 3 à la face d'extrémité 12 de ce plongeur, Cette face d'extrémité 12 du plongeur
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est représentée concave pour correspondre grossièrement à la face d'extrémité convexe 4 du corps compact 3; en outre elle est découpée en une série de gradins grossiers 13 qui facili- tent l'adhérence du corps compact à cette face.
Pour la fabrication du corps compact, la face 9 du bouchon 8 est enduite de noir de fumée pour empêcher l'adhérenc du corps compact à celle-ci, et les diamants 5 sont, après avoi été plongés dans une matière adhésive, placés séparément dans les cavités 10. Le cylindre 7 est pressé par-dessus le bouchon
8 qui s'adapte dans celui-ci avec serrage produit par la main.
Les diamants 6 d'élargissement du trou, également enduits de matière adhésive, sont placés autour de la paroi intérieure du cylindre.
Une quantité mesurée de poudre 14 est versée dans l'en- semble 7, 8 et l'air entraîné dans la poudre est évacué par un frappement sur le cylindre 7. Le plongeur 11 est alors introdui dans l'extrémité supérieure du cylindre 7 et avec le cylindre 7 et le bouchon 8 il enferme complètement la poudre métallique 14
L'enveloppe avec la poudre enfermée, est alors pressée dans la presse de moulage.
Cette dernière, représentée aux fig. 4 et 5, comprend le -cylindre 15 ouvert aux deux extrémités, pourvue d'une paroi ao- lide épaisse tien adaptée à résister aux efforts transverseaux d'éclatement, provoqués par la compression axiale de la poudre métallique sous une pression valant par exemple 20 tonnes par pouce carré.
La surface intérieure 16 du cylindre 15 va en se rétré- cissant vers l'extrémité de gauche du cylindre et dans Celui-ci en a adapté un manchon 17 à surface extérieure 18 évasée eu
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correspondance. Le manchon est pourvu d'un trou cylindrique 19 qui reçoit l'enveloppe 7, 8, 11 et ce manchon est fendu longitudinalement en 20 pour former des segments de façon que lorsqu'il est presse vers l'extrémité la plus petite de la surface intérieure 16, son trou 19 diminue par force. Les segments sont emboîtes en 21 de façon à se mouvoir ensemble longitudinalement. A sa grande extrémité, le manchon est pourvu d'un rebord intérieur 22 venant en prise avec l'extrémité de l'enveloppe 7. Un anneau d'arrêt 23 empêche le manchon de quit ter le trou 16 du cylindre 15.
Le cylindre 15 est articulé en 24 à la table 25 d'une presse, laquelle comprend également la tête transversale 26 pourvue du plongeur de presse 27.
Pour introduire l'enveloppe chargée 7, 8, 11 dans le moule de compression 15, on fait basculer ce dernier de façon qu'il se place sur la table 25 avec son axe 28 horizontalement comme on l'a représenté en traits pleins à la fig.l. Le mancho 17 est posé à la grande extrémité du trou oonique 16, où il n'est pas enfermé diamétralement, et son trou 19 est suffisam- ment grand pour recevoir facilement l'enveelippe . L'enveloppe 7 est introduite par la gauche dans ce trou de façon qu'elle soit retenue par le rebord intérieur 22 et le piston 11 s'éten dant au-dèlà de l'extrémité du manchon 17.
L'ensemble compre- nant le manchon 17 et l'enveloppe est déplacé vers la gauche, ce qui oblige le manchon à saisir l'enveloppe 7 de façon serré et à être lui-même coincé de façon serrée dans le trou 16 du cylindre 15.
Le moule est alors basculé autour de sa charnière 24
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pour amener son extrémité inférieure en contact avec la table 25, comme on l'a indiqué par les lignes en pointillé à la fig.
La presse est alors actionnée de sorte que le plongeur de presse 27 vienne en contact avec le plongeur 11 et refoule ce dernier dans l'enveloppe 7 sous une pression de l'ordre de 20 tonnes par pouce carré. Le moule 15 est ensuite basculé de nouveau vers sa position horizontale, l'ensemble du manchon 17 et de l'enveloppe 7. 8, 11 est chassé vers l'extrémité la plus grande du trou conique 16 pour libérer l'enveloppe du manchon 17 et l'enveloppe est retirée et placée dans le four pour être chauffée en vue de l'agglomération.
Elle reste dans le four pendant 20 minutes environ pour atteindre la température d'agglomération, qui varie suivant le métal pulvérulent mais vaut de préférence de 850 à 950 C, L'enveloppe est alors retirée du four et est réintroduite dans le moule 15 où elle est de no veau pressée à environ la même pression de 20 tonnes par pouce carré.
L'enveloppe 7, 8, 11 est de nouveau retirée du moule 1 on la laisse refroidir à l'air et on la désassemble alors pour dégager le produit consistant en un corps compact 3 dans leque les diamants 5, 6 sont enfermés et qui est soudé à l'organe 11.
Ce dernier est usiné pour former le manche de la couronne avec ses pas de vis extérieurs 29 indiqués en pointillé à la fig.l, son trou central 30 et les trous d'eau 31.
Dans le cas d'une couronne formant un noyau, représent à la fig.6, une broche de noyau 32 est introduite dans l'envoi: pe de façon que le corps compact soit moulé sono la ferme d'un anneau. Le bouchon 8a et le plongeur lla ont une forme d'anneau
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correspondante.
Les fig.7, 8 et 9 montrent la fabrication d'un outil de dressage de roue par le procédé suivant l'invention. Le man- che 32 de l'outil est foré par le bout pour former la douille 33 dans laquelle le corps compact 3a est formé et retenu de fa- çon permanente, la paroi 34 de la douille remplissant la même fonction que le cylindre d'enveloppe 7. La façon de procéder consiste à remplir la douille 33 partiellement de poudre métal- lique 14a, à placer le diamant 35 en position et à charger une nouvelle quantité de métal pulvérulent pour recourvrir l'équateu du diamant. Un disque de papier 36 est placé au-dessus de la pou dre ainsi introduire et de la poudre 14b supplémentaire est char gée; cette dernière addition a pour fonction seulement de proté- ger le diamant de l'accès de l'air.
L'ensemble de la tige 32, du diamant 35 et de la poudre métallique 14a, 14b est alors introduit dans un trou 37 formé dans le moule de pression 38 qui est représenté comme possédant un certain nombre de trous 37 et comme étant capable de tourner sur une plaque de base 39 autour d'un pivot vertical 40, pour amener les trous 37 successivement sous un plongeur 41. Le plon- geur 41 est actionné pour comprimer la poudre métallique froide 14a 14b dans la douille 33. La tige est alors retirée de son trou 37 par-exemple par le fait qu'on amène ce trou au-dessusd' trou 42 de la plaque de base et qu'on repousse la tige vers le bas à travers ce trou 42. La tige retirée est chauffée dans le four et après enlèvement du four, elle est réintroduite dans un trou 37 du moule de pression.
Le corps pulvérulent est alors com- primé à l'état chaud, ce qui achève la consolidation du corps @ compact.
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La tige est alors retirée du moule et est usinée pour recevoir la forme de pointe de crayon représentée à la fig. 9 avec le diamant 35 faisant saillie. Le disque de papier 36 sert de marque aidant le mécanicien à déterminer la position du diamant dans la masse compacte 3a.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication d'un corps compact en métal pulvérulent consistant à faire un corps cohérent de poudre de métal capable de s'agglomérer lorsqu'on le chauffe, à chauffer ce corps cohérent à la température d'agglomération, à enfermer le corps chaud dans un moule de compression et à l'y comprimer tandis qu'il est à la température d'ag'glomération.