La compression

Cette phase s'accompagne de fortes évolutions de la densité moyenne dues à une réduction de grande amplitude du volume de l'outillage. Le volume initial après remplissage ou transfert est réduit du tiers ou de moitié selon la nature de la poudre comprimée. Dans le cas des poudres de fer, la réduction de volume correspond à un facteur 2 environ. Ceci conduit à une augmentation de la masse volumique moyenne de $3.5 g/cm^3$ vers $7.0 g/cm^3$. L'outillage se compose de pistons et d'une matrice comme indiqué sur la figure 1.4.5. Ces outils sont animés par des presses mécaniques ou hydrauliques. Les presses mécaniques permettent un fort taux de frappes mais elles sont généralement peu flexibles pour le réglage de cinématiques à la fois complexes et variées des outils. Cette possibilité est par contre largement exploitée avec les presses hydrauliques, mais pour un coût plus important ainsi que l'expose Rödiger & al. [RBKO99].

Figure 1.4.5: Les flèches en noir indiquent le déplacement des outils lors de la phase de compression. L'absence de flèche indique que l'outil est fixe.

La vitesse de compression est de l'ordre de quelques cm/s pour la compression conventionnelle. Des vitesses plus importantes peuvent être mises en uvre pour une compression dynamique de poudres. Les déplacements des outils induisent une déformation volumique globale et du cisaillement. Une première cause de cisaillement interne au massif de poudre est la mise en forme de pièce présentant des angles. Le cisaillement est dû également au frottement de la poudre sur les surfaces de contact avec l'outillage. Pendant la compression, une partie des efforts axiaux est transformée en efforts radiaux appliqués sur les outils par l'intermédiaire du massif de poudre. La pression moyenne augmente significativement sur la surface circonférentielle interne à la matrice. Les contraintes tangentielles de frottement sont alors particulièrement élevées car les pressions moyennes mises en jeux sont de l'ordre de plusieurs centaines de Méga Pascal. Le frottement a des effets d'autant plus accentués que les géométries de pièces sont à élancements prononcés (rapport entre le diamètre et la hauteur). Les contraintes de frottement générées à l'interface poudre-outils sont une source avérée d'hétérogénéité de la densité au sein des pièces formées. Le degré d'hétérogénéité du champ de densité correspond pour certaines valeurs jugées trop élevées à un critère de non-qualité de la production. De plus, des corrélations semblent possibles entre forts gradients de densité dans une zone et ligne de rupture du massif devenu cohésif dans cette zone au cours de la compression. Parmi les éléments qui conditionnent fortement la qualité des pièces produites, la définition et la mise au point des cinématiques de compression sont des étapes importantes. L'optimisation de cette phase centrale du procédé est donc d'un grand intérêt lors de la définition d'une gamme de fabrication d'une nouvelle géométrie de pièce. Des études ont été menées afin de caractériser d'une part, le comportement du matériau pendant la compression par Dorémus & al. [DTA01] et Pavier [PAV98], d'autre part de caractériser le frottement et les interactions entre la poudre et les outils par Dorémus & al. [DP98].