FR3141867A1 - Injection device for amorphous metal alloy - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant : (i) un moule présentant au moins deux chambres d’injection reliées à au moins une empreinte ; et (ii)au moins un moyen de chauffage apte à mettre en fusion des éléments métalliques ; et un système multipiston comprenant: (1) au moins deux pistons d’injection dont les axes principaux respectifs sont alignés chacun à celui de leur chambre d’injection correspondante et (2) un support coopérant avec chacun des pistons d’injection ; et tel que le support et/ou le moule sont aptes à se déplacer le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection de façon à permettre le chargement des éléments métalliques et l’injection des éléments métalliques en fusion dans les chambres d’injection. L’invention concerne un procédé d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe.[Fig. 1] The invention relates to an injection device for the production of at least one molded part made of amorphous metal alloy, comprising: (i) a mold having at least two injection chambers connected to at least one cavity; and (ii) at least one heating means capable of melting metal elements; and a multipiston system comprising: (1) at least two injection pistons whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber and (2) a support cooperating with each of the injection pistons; And such that the support and/or the mold are able to move along an axis parallel to the main axes of the injection pistons so as to allow the loading of the metal elements and the injection of the molten metal elements into the chambers injection. The invention relates to an injection process for the production of at least one molded part made of amorphous metal alloy.[Fig. 1]
Description
La présente invention relève du domaine de la production par moulage sous pression de pièces en alliage métallique amorphe.The present invention relates to the field of die-casting production of amorphous metal alloy parts.
Les « alliages métalliques amorphes » (AMAs) ou « verres métalliques » présentent des propriétés mécaniques exceptionnelles par rapport à leurs homologues cristallins traditionnels : limite d'élasticité et dureté élevées, capacité de déformation élastique importante, haute résistance à la fatigue, à la corrosion et à l’abrasion.“Amorphous metal alloys” (AMAs) or “metallic glasses” exhibit exceptional mechanical properties compared to their traditional crystalline counterparts: high yield strength and hardness, high elastic deformation capacity, high resistance to fatigue, corrosion and abrasion.
Longtemps limitées par des procédés de fabrication induisant des géométries peu enclines à l'industrialisation, les pièces en AMA peuvent désormais être obtenues industriellement via notamment des procédés de moulage d’un alliage métallique apte à former un verre métallique. De tels procédés consistent tout d’abord à remplir une empreinte d’un moule avec un alliage métallique préalablement mis en fusion. L’alliage ainsi moulé est alors refroidi suffisamment rapidement pour obtenir une pièce à la forme de l’empreinte dont la phase amorphe est majoritaire par rapport à la phase cristalline. Différents types de moulage ont été développés pour la fabrication de pièces en AMA tels que le moulage par succion, le moulage centrifuge ou encore le moulage sous pression.Long limited by manufacturing processes inducing geometries that are not very suitable for industrialization, AMA parts can now be obtained industrially, in particular via processes for molding a metal alloy capable of forming a metallic glass. Such processes consist first of all in filling an imprint of a mold with a previously melted metal alloy. The alloy thus molded is then cooled sufficiently quickly to obtain a part with the shape of the imprint, the amorphous phase of which is predominant compared to the crystalline phase. Different types of molding have been developed for the manufacture of AMA parts, such as suction molding, centrifugal molding or even pressure molding.
On appelle « procédé de moulage sous pression », un procédé pendant lequel une pression est appliquée sur l’alliage en fusion lors de l’étape de remplissage de l’empreinte. La pression est exercée afin de garantir un remplissage optimum de l’empreinte et "compacter" l’alliage dans cette dernière. Cette pression est généralement exercée par une action mécanique, par exemple à l’aide d’un piston, et peut être renforcée par l’action conjointe d’une dépression ou d’une surpression de l’atmosphère au sein du moule ou d’autre système mécanique tel que, par exemple, un insert mobile dans le moule.A "die casting process" is a process in which pressure is applied to the molten alloy during the cavity filling step. The pressure is applied to ensure optimum filling of the cavity and to "compact" the alloy in it. This pressure is generally applied by mechanical action, for example using a piston, and can be reinforced by the joint action of a depression or an overpressure of the atmosphere within the mold or another mechanical system such as, for example, a movable insert in the mold.
La présente invention concerne plus particulièrement le moulage sous pression de pièces en AMA, généralement considéré comme le procédé le plus adapté à l’industrialisation. Il est en effet connu qu’un tel procédé permet de fabriquer des pièces de formes complexes mais il est cependant difficile de garantir une excellente qualité de celles-ci, par exemple en raison de cristaux ou de porosités au sein des pièces (Lehua Liu et al. Near-Net Forming Complex Shaped Zr-Based Bulk Metallic Glasses by High Pressure Die Casting. Materials 2018, 11, 2338; doi:10.3390/ma11112338).The present invention relates more particularly to the die casting of AMA parts, generally considered to be the most suitable process for industrialization. It is indeed known that such a process makes it possible to manufacture parts with complex shapes, but it is however difficult to guarantee excellent quality of these, for example due to crystals or porosities within the parts (Lehua Liu et al. Near-Net Forming Complex Shaped Zr-Based Bulk Metallic Glasses by High Pressure Die Casting. Materials 2018, 11, 2338; doi:10.3390/ma11112338).
Ainsi, pour garantir une excellente qualité des pièces en AMA produites, la quantité d’alliage mise en fusion puis injectée doit être limitée et les temps de cycles du procédé généralement supérieurs à la minute. La limitation de volume injectable et les temps de cycle imposent donc une limite en termes de cadence de production et/ou de volume des pièces en AMA pour une production industrielle.Thus, to ensure excellent quality of the AMA parts produced, the quantity of alloy melted and then injected must be limited and the process cycle times generally greater than one minute. The limitation of injectable volume and cycle times therefore impose a limit in terms of production rate and/or volume of AMA parts for industrial production.
Problème techniqueTechnical problem
Il existe donc un besoin d’un dispositif d’injection et d’un procédé de moulage sous pression pour la fabrication de pièces en AMA de bonne qualité, éventuellement de plus gros volume, ledit procédé ayant par ailleurs une productivité élevée. L’augmentation de productivité du procédé ne doit cependant pas impacter la qualité des pièces par rapport à un procédé de productivité moindre car nécessitant de travailler à plus petits volumes.There is therefore a need for an injection device and a die casting process for the manufacture of good quality AMA parts, possibly in larger volumes, said process also having a high productivity. The increase in productivity of the process must however not impact the quality of the parts compared to a process with lower productivity because it requires working at smaller volumes.
Il est donc proposé un dispositif d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant :
- un moule 1 présentant au moins deux chambres d’injection 3 reliées à au moins une empreinte 2 ; et
- au moins un moyen de chauffage 5 apte à mettre en fusion des éléments métalliques 8 ; et
- un système multipiston 6 comprenant :
- au moins deux pistons d’injection 4 dont les axes principaux respectifs sont alignés chacun à celui de leur chambre d’injection 3 correspondantes et
- un support 7 coopérant avec chacun des pistons d’injection 4 ; et
tel que le support 7 et/ou le moule 1 sont aptes à se déplacer le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection 4 de façon à permettre :
i. le chargement des éléments métalliques 8 ; et
ii. optionnellement, la mise en fusion desdits éléments métalliques 8 ; et
iii. l’injection des éléments métalliques 8 en fusion dans les chambres d’injection 3.
- a mold 1 having at least two injection chambers 3 connected to at least one imprint 2; and
- at least one heating means 5 capable of melting metal elements 8; and
- a multi-piston system 6 comprising:
- at least two injection pistons 4 whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber 3 and
- a support 7 cooperating with each of the injection pistons 4; and
such that the support 7 and/or the mold 1 are able to move along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4 so as to allow:
i. loading of metal elements 8; and
ii. optionally, melting said metallic elements 8; and
iii. the injection of the molten metal elements 8 into the injection chambers 3.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant les étapes :
- charger des éléments métalliques 8 dans le dispositif précédemment décrit, les éléments métalliques 8 étant chargés sous forme solide ou en état de fusion ;
- optionnellement, mettre en fusion les éléments métalliques introduits sous forme solide ;
- déplacer relativement le support 7 et le moule 1 le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection 4 afin d’injecter sensiblement simultanément, par l’intermédiaire des pistons d’injection 4, les éléments métalliques en fusion dans l’empreinte 2 ou les empreintes 2 du dispositif pour obtenir, après refroidissement, au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe.According to another aspect, there is provided an injection method for producing at least one amorphous metal alloy casting, comprising the steps:
- loading metal elements 8 into the device described above, the metal elements 8 being loaded in solid form or in a molten state;
- optionally, melt the metallic elements introduced in solid form;
- relatively moving the support 7 and the mold 1 along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4 in order to inject substantially simultaneously, via the injection pistons 4, the molten metal elements into the imprint 2 or imprints 2 of the device to obtain, after cooling, at least one molded part made of amorphous metal alloy.
Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre. Elles peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres.The features set out in the following paragraphs may optionally be implemented. They may be implemented independently of each other or in combination with each other.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’injection est tel que chaque piston d’injection 4 comprend un système d’amortissement précontraint 10 apte à exercer, lorsque le piston d’injection 4 est en position d’injection, une pression sur l’élément métallique 8 en fusion correspondant audit piston d’injection 4, cet effort, compris dans une plage d’effort déterminée, pouvant être différent de celui du ou des autres pistons d’injection 4.According to one embodiment, the injection device is such that each injection piston 4 comprises a pre-stressed damping system 10 capable of exerting, when the injection piston 4 is in the injection position, pressure on the molten metal element 8 corresponding to said injection piston 4, this force, included in a determined force range, possibly being different from that of the other injection piston(s) 4.
Selon un mode de réalisation, le système d’amortissement précontraint 10 est choisi parmi : les ressorts mécaniques, un système utilisant un gaz sous pression et un système utilisant un fluide sous pression.According to one embodiment, the pre-stressed damping system 10 is chosen from: mechanical springs, a system using a pressurized gas and a system using a pressurized fluid.
Selon un mode de réalisation, le moyen de chauffage 5 est choisi parmi : les chauffages par induction, par arc électrique, par faisceau laser, par faisceau d’électrons.According to one embodiment, the heating means 5 is chosen from: induction heating, electric arc heating, laser beam heating, electron beam heating.
Selon un mode de réalisation du dispositif d’injection, la direction d’injection est :
- verticale et le sens d’injection de bas en haut ou de haut en bas,
- horizontale,
- inclinée d’un angle compris entre 0 et 90 degrés par rapport à la verticale,
préférentiellement la direction d’injection est verticale et plus préférentiellement encore la direction d’injection est verticale et le sens d’injection de bas en haut.According to one embodiment of the injection device, the injection direction is:
- vertical and the injection direction from bottom to top or from top to bottom,
- horizontal,
- inclined at an angle between 0 and 90 degrees from the vertical,
preferably the injection direction is vertical and even more preferably the injection direction is vertical and the injection direction from bottom to top.
Selon un mode de réalisation, les éléments métalliques 8 sont chargés dans le dispositif d’injection sous forme liquide ou solide, préférentiellement les éléments métalliques sont chargés sous forme solide.According to one embodiment, the metal elements 8 are loaded into the injection device in liquid or solid form, preferably the metal elements are loaded in solid form.
Selon un mode de réalisation, le moule 1 ne comprend qu’une empreinte 2 unique.According to one embodiment, the mold 1 only comprises a single imprint 2.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics, details and advantages of the invention will appear on reading the detailed description below, and on analyzing the attached drawings, in which:
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.The drawings and the description below contain, for the most part, elements of a certain character. They may therefore not only serve to better understand the present invention, but also contribute to its definition, if necessary.
On entend ici par « verre métallique » ou « alliage métallique amorphe » ou « AMA », des métaux ou des alliages métalliques qui ne sont pas cristallins, c’est-à-dire dont la distribution atomique est majoritairement aléatoire. Néanmoins, il est difficile d’obtenir un alliage métallique amorphe à cent pour cent car il subsiste le plus souvent une fraction du matériau qui est de nature cristalline. On peut donc généraliser cette définition à des métaux ou des alliages métalliques qui sont partiellement cristallins et qui, donc, contiennent une fraction de cristaux, tant que la fraction amorphe est majoritaire par rapport à la fraction cristalline. Les verres métalliques selon la présente invention ont une fraction de phase amorphe supérieure à 50%, préférentiellement supérieure à 60%, plus préférentiellement encore supérieure à 70% et même supérieure à 80%.Here, the term "metallic glass" or "amorphous metal alloy" or "AMA" means metals or metal alloys that are not crystalline, that is to say whose atomic distribution is predominantly random. However, it is difficult to obtain a one hundred percent amorphous metal alloy because there most often remains a fraction of the material that is crystalline in nature. This definition can therefore be generalized to metals or metal alloys that are partially crystalline and which, therefore, contain a fraction of crystals, as long as the amorphous fraction is in the majority compared to the crystalline fraction. The metallic glasses according to the present invention have an amorphous phase fraction greater than 50%, preferably greater than 60%, more preferably still greater than 70% and even greater than 80%.
On précise ici qu’une structure métallurgique est dite « totalement amorphe » au sens de la présente invention lorsqu’une analyse par diffraction des rayons X telle que décrite ci-dessous ne met pas en évidence de pic de cristallisation. Une structure métallurgique est dite « partiellement amorphe » au sens de la présente invention lorsqu’une analyse par diffraction des rayons X telle que décrite ci-dessous met en évidence quelques pics de cristallisation. Sauf spécification contraire, le terme « amorphe » est utilisé tant pour les alliages dits « totalement amorphes » que pour les alliages dits « partiellement amorphes » au sens de l’invention. Une telle évaluation du caractère amorphe d’un alliage métallique est détaillée dans l’article Cheung et al., 2007 (Cheung et al. (2007) « Thermal and mechanical properties of Cu–Zr–Al bulk metallic glasses) » doi:10.1016/j.jallcom.2006.08.109). Elle permet de faire une analyse moyenne sur une surface et de s’affranchir des quelques défauts métallurgiques inévitables, tout en analysant uniquement les cristaux de taille significative, c’est-à-dire supérieure à quelques nanomètres et/ou en quantité significative. Des figures de la demande WO2020/128170 A1 représentent une analyse DRX telle que décrite précédemment. Ces figures montrent l’intensité du faisceau diffracté en fonction de l’angle entre le faisceau incident et le faisceau diffracté. La demande WO2020/128170 A1 comprend une illustration d’une analyse DRX d’un alliage métallique à l’état « totalement amorphe », la fraction amorphe étant très largement majoritaire par rapport à la fraction cristalline. La demande WO2020/128170 A1 comprend une illustration d’une analyse similaire réalisée sur un alliage à l’état « partiellement amorphe », la fraction amorphe étant majoritaire par rapport à la fraction cristalline. Sur cette figure, on retrouve la bosse caractéristique des structures amorphes, mais avec la présence également de pics. La demande WO2020/128170 A1 comprend également une illustration d’une analyse similaire réalisée sur un alliage cristallin, la fraction cristalline étant majoritaire par rapport à la fraction amorphe. Sur cette dernière figure, la bosse caractéristique des AMAs n’est pas présente et les pics de cristallinité sont bien visibles.It is specified here that a metallurgical structure is said to be “completely amorphous” within the meaning of the present invention when an X-ray diffraction analysis as described below does not reveal any crystallization peak. A metallurgical structure is said to be “partially amorphous” within the meaning of the present invention when an X-ray diffraction analysis as described below reveals a few crystallization peaks. Unless otherwise specified, the term “amorphous” is used both for alloys said to be “completely amorphous” and for alloys said to be “partially amorphous” within the meaning of the invention. Such an evaluation of the amorphous nature of a metal alloy is detailed in the article Cheung et al., 2007 (Cheung et al. (2007) “Thermal and mechanical properties of Cu–Zr–Al bulk metallic glasses)” doi:10.1016/j.jallcom.2006.08.109). It allows an average analysis to be carried out on a surface and to avoid the few inevitable metallurgical defects, while only analyzing crystals of significant size, i.e. greater than a few nanometers and/or in significant quantity. Figures in application WO2020/128170 A1 represent an XRD analysis as described above. These figures show the intensity of the diffracted beam as a function of the angle between the incident beam and the diffracted beam. Application WO2020/128170 A1 includes an illustration of an XRD analysis of a metal alloy in the “totally amorphous” state, the amorphous fraction being very much in the majority compared to the crystalline fraction. Application WO2020/128170 A1 includes an illustration of a similar analysis carried out on an alloy in the “partially amorphous” state, the amorphous fraction being in the majority compared to the crystalline fraction. In this figure, we find the characteristic bump of amorphous structures, but with the presence of peaks as well. Application WO2020/128170 A1 also includes an illustration of a similar analysis carried out on a crystalline alloy, the crystalline fraction being in the majority compared to the amorphous fraction. In this last figure, the characteristic bump of AMAs is not present and the crystallinity peaks are clearly visible.
On entend ici par « capacité de déformation élastique, εe » la déformation maximale réversible qu’un matériau peut subir. Au-delà de cette valeur, le matériau cassera ou se déformera plastiquement (déformation irréversible). La déformation élastique est exprimée en % et est déterminée lors d’un essai de flexion. Ainsi, selon la présente description, la limite élastique, σel, et la contribution plastique à la flèche, fp, sont évaluées comme suit.
Les essais mécaniques sont réalisés sur une machine d’essai mécanique DY34 (Adamel Lhomargy). Ce sont des essais de flexion 3 points dans la direction de l’épaisseur de l’échantillon.
Les paramètres de l’essai sont les suivants :
- Longueur entre appuis L=10 mm
- Largeur échantillon b=10 mm
- Epaisseur échantillon h=0,50 mm
- Longueur échantillon l=15 mm
- Vitesse de traverse v=0,005 mm/s
La courbe de flexion 3 points présente une première partie élastique linéaire puis un plateau plastique, comme illustré à la
La limite élastique, σel, est calculée selon la formule 1 suivante :
[Math. 1]
[Math. 2]
-Fmax : la valeur de force maximale enregistrée au niveau du plateau de force.
La contribution plastique à la flèche, fp, est calculée selon la formule 3 suivante :
[Math. 3]
- fe est la flèche atteinte à un niveau de contrainte correspondant à la limite élastique, soit 2Fmax/3 ; et
- fr est la flèche à rupture.
La capacité de déformation élastique,εe, est calculée selon la formule 4 suivante :
[Math. 4]
Mechanical tests are carried out on a DY34 mechanical testing machine (Adamel Lhomargy). These are 3-point bending tests in the direction of the thickness of the sample.
The test parameters are as follows:
- Length between supports L=10 mm
- Sample width b=10 mm
- Sample thickness h=0.50 mm
- Sample length l=15 mm
- Crosshead speed v=0.005 mm/s
The 3-point bending curve has a first linear elastic part then a plastic plateau, as illustrated in
The elastic limit, σel, is calculated according to the following formula 1:
[Math. 1]
[Math. 2]
- Fmax: the maximum force value recorded at the force plate.
The plastic contribution to the deflection, fp, is calculated according to the following formula 3:
[Math. 3]
- fe is the deflection reached at a stress level corresponding to the elastic limit, i.e. 2Fmax/3; and
- fr is the break arrow.
The elastic deformation capacity, ε e, is calculated according to the following formula 4:
[Math. 4]
Le dispositif d’injection est spécifiquement adapté à la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe. Il comprend un moule 1 présentant au moins deux chambres d’injection 3 reliées à au moins une empreinte 2. Le dispositif permet ainsi de produire de nombreuses pièces simultanément et/ou de produire des pièces en AMA de gros volume qu’il n’était pas possible de produire jusqu’alors. Pour la réalisation de pièces de gros volume et de bonne qualité au moins deux chambres d’injection 3 peuvent être reliées à une seule empreinte 2. Dans un mode de réalisation, le moule 1 ne comprend qu’une empreinte 2 unique, chacune des chambres d’injection 3 étant donc reliées à cette seule empreinte 2. Ce mode de réalisation est illustré aux figures 6 et 7.The injection device is specifically adapted to the production of at least one molded part made of amorphous metal alloy. It comprises a mold 1 having at least two injection chambers 3 connected to at least one cavity 2. The device thus makes it possible to produce numerous parts simultaneously and/or to produce large-volume AMA parts that were not previously possible to produce. For the production of large-volume and good-quality parts, at least two injection chambers 3 can be connected to a single cavity 2. In one embodiment, the mold 1 comprises only a single cavity 2, each of the injection chambers 3 therefore being connected to this single cavity 2. This embodiment is illustrated in FIGS. 6 and 7.
Le dispositif d’injection comprend au moins un moyen de chauffage 5 apte à mettre en fusion des éléments métalliques 8. Les éléments métalliques 8 sont chargés dans le dispositif d’injection sous forme liquide ou solide, préférentiellement les éléments métalliques 8 sont chargés sous forme solide. Ce mode préféré est illustré aux figures 1 et 7.The injection device comprises at least one heating means 5 capable of melting metal elements 8. The metal elements 8 are loaded into the injection device in liquid or solid form, preferably the metal elements 8 are loaded in solid form. This preferred embodiment is illustrated in FIGS. 1 and 7.
Au sens de la présente invention, on entend par « chargement des éléments métalliques 8 » ou « éléments métalliques 8 chargés » dans le dispositif, le fait d’introduire lesdits éléments métalliques 8 dans le dispositif afin qu’ils puissent ensuite être injectés, via les pistons d’injection 4 dans les chambres d’injection 3 et la ou les empreintes 2 du moule 1.For the purposes of the present invention, the term “loading of the metal elements 8” or “loaded metal elements 8” into the device means the act of introducing said metal elements 8 into the device so that they can then be injected, via the injection pistons 4 into the injection chambers 3 and the imprint(s) 2 of the mold 1.
Il est maintenant fait référence aux figures 1 à 3 pour illustrer un mode de réalisation de l’invention. Ainsi, les éléments métalliques 8 peuvent être chargés sous forme solide. Les éléments métalliques 8 peuvent ainsi se présenter sous la forme d’un grain de forme plus ou moins sphérique composé d’une matière apte à former un verre métallique. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3, le dispositif d’injection correspond à un dispositif d’injection verticale. La position de chargement illustré à la
La face d’extrémité 9 supérieure des pistons d’injection 4 comprend une forme centrale en creux 11 et un rebord périphérique 12 apte à empêcher les éléments métalliques 8 de tomber de la face d’extrémité 9 des pistons 4. Par exemple, la forme centrale en creux 11 peut se présenter sous la forme d’une calotte sphérique, telle que représentée, ou sous la forme d’un cône ou d’une cuvette à fond radial et à paroi périphérique tronconique. La majeure partie de chacun des éléments métalliques 8 est située au-dessus de la face d’extrémité 9 d’un piston d’injection 4, à l’extérieur de la forme centrale en creux 11.The upper end face 9 of the injection pistons 4 comprises a central hollow shape 11 and a peripheral rim 12 capable of preventing the metal elements 8 from falling from the end face 9 of the pistons 4. For example, the central hollow shape 11 may be in the form of a spherical cap, as shown, or in the form of a cone or a bowl with a radial bottom and a frustoconical peripheral wall. The major part of each of the metal elements 8 is located above the end face 9 of an injection piston 4, outside the central hollow shape 11.
Selon une variante de réalisation, l’opération de chargement, c’est-à-dire de dépose de chacun des éléments métalliques 8 sur une face d’extrémité 9 d’un piston 4, peut être réalisée par un bras manipulateur.According to an alternative embodiment, the loading operation, that is to say the depositing of each of the metal elements 8 on an end face 9 of a piston 4, can be carried out by a manipulator arm.
Selon une autre variante de réalisation, l’opération de chargement peut être réalisée de la manière suivante. On amène une bague de confinement au-dessus et à faible distance de la face d’extrémité 9 d’un piston 4, on amène l’extrémité inférieure d’une gouttière inclinée au-dessus de l’espace créé par la bague de confinement. On dépose un élément métallique 8 dans une partie haute de la gouttière. L’élément métallique 8 glisse par gravité dans la gouttière et s’introduit dans l’espace créé par la bague de confinement qui l’empêche de tomber, l’élément métallique 8 se plaçant au-dessus de la forme centrale en creux 11. Après quoi, on retire la gouttière et on retire la bague de confinement, sans heurter l’élément métallique 8 déposé.According to another embodiment, the loading operation can be carried out in the following manner. A containment ring is brought above and at a short distance from the end face 9 of a piston 4, the lower end of an inclined gutter is brought above the space created by the containment ring. A metal element 8 is deposited in an upper part of the gutter. The metal element 8 slides by gravity in the gutter and is introduced into the space created by the containment ring which prevents it from falling, the metal element 8 being placed above the central hollow shape 11. After which, the gutter is removed and the containment ring is removed, without hitting the deposited metal element 8.
A titre indicatif, le volume d’un élément métallique 8 peut être d’environ un dixième de millilitre à cinq millilitres.As a guide, the volume of a metal element 8 can be approximately one tenth of a milliliter to five milliliters.
Après quoi, les pistons 4 sont déplacés en translation vers le haut jusqu’à une position intermédiaire illustrée sur la
Après quoi, grâce à l’action du moyen de chauffage 5, les éléments métalliques 8 sont chauffés jusqu’à ce qu’ils passent à un état en fusion. Sous l’effet des tensions de surface, les éléments métalliques 8 en fusion, bien que à l’état liquide, prennent substantiellement la forme d’une sphère, généralement aplatie, qui prend appui et prend naturellement une position centrale sur la forme centrale en creux 11. La surface de la face d’extrémité 9 supérieure des pistons d’injection 4 est telle que l’élément métallique 8 en fusion, situé sur chacune de ces surfaces, ne dépasse pas latéralement de ladite face d’extrémité 9.After which, thanks to the action of the heating means 5, the metal elements 8 are heated until they pass into a molten state. Under the effect of the surface tensions, the molten metal elements 8, although in the liquid state, substantially take the form of a sphere, generally flattened, which rests and naturally takes a central position on the central hollow shape 11. The surface of the upper end face 9 of the injection pistons 4 is such that the molten metal element 8, located on each of these surfaces, does not protrude laterally from said end face 9.
Après quoi, les pistons 4 sont déplacés depuis la position intermédiaire en direction de leur chambre d’injection 3 respective. Selon un mode de réalisation alternatif éventuellement compatible avec le précédent, le moule 1 est déplacé en direction des pistons 4.After which, the pistons 4 are moved from the intermediate position towards their respective injection chamber 3. According to an alternative embodiment possibly compatible with the previous one, the mold 1 is moved towards the pistons 4.
Ce faisant, comme illustré sur la
Après quoi, le mouvement en translation de chacun des pistons 4 en direction du moule 1 crée une pression dans chacune des chambres d’injection 3 qui engendre l’injection de chacun des éléments métalliques 8 en fusion dans l’empreinte 2 ou les empreintes 2. Un ou plusieurs évents dans le moule 1 est optionnellement prévu. En position finale d’injection, la face d’extrémité 9 du piston 4 n’atteint pas, de préférence, le fond de sa chambre d’injection 3.After which, the translational movement of each of the pistons 4 towards the mold 1 creates a pressure in each of the injection chambers 3 which causes the injection of each of the molten metal elements 8 into the imprint 2 or imprints 2. One or more vents in the mold 1 are optionally provided. In the final injection position, the end face 9 of the piston 4 preferably does not reach the bottom of its injection chamber 3.
Il résulte de ce qui précède que, jusqu’à la phase effective d’injection dans la ou les empreintes 2, les éléments métalliques 8 en fusion ne sont en contact que localement avec la forme centrale en creux 11 du piston 4 sur lequel ils sont placés, sans autre contact, et restent à distance de la paroi des chambres d’injection 3 tant qu’ils n’atteignent pas le fond de leur chambre d’injection 3, de sorte que la matière métallique ne cristallise pas.It follows from the above that, until the actual injection phase into the imprint(s) 2, the molten metal elements 8 are only in contact locally with the central hollow shape 11 of the piston 4 on which they are placed, without any other contact, and remain at a distance from the wall of the injection chambers 3 until they reach the bottom of their injection chamber 3, so that the metal material does not crystallize.
Selon un autre mode de réalisation illustré par les figures 8 et 9, les éléments métalliques 8 sont chargés dans le dispositif d’injection sous forme liquide. Le moyen de chauffage 5 permet alors de mettre en fusion le ou les éléments métalliques 8. L’alliage métallique à l’état liquide est contenu dans un ou plusieurs creusets. Selon un mode de réalisation, des gouttières permettent de relier le ou les creusets à la face d’extrémité 9 supérieure de chacun des pistons d’injection 4 pour permettre le chargement des éléments métalliques 8. Le chargement peut également être effectué par un déversement d’un volume donné d’alliage sur la face d’extrémité 9 supérieure de chacun des pistons d’injection 4 ou par tout autre moyen équivalent. La face d’extrémité 9 supérieure des pistons 4 comprend une forme centrale en creux 11 apte à contenir le volume désiré d’élément métallique 8 à l’état liquide.According to another embodiment illustrated by FIGS. 8 and 9, the metal elements 8 are loaded into the injection device in liquid form. The heating means 5 then makes it possible to melt the metal element(s) 8. The metal alloy in the liquid state is contained in one or more crucibles. According to one embodiment, gutters make it possible to connect the crucible(s) to the upper end face 9 of each of the injection pistons 4 to allow the loading of the metal elements 8. The loading can also be carried out by pouring a given volume of alloy onto the upper end face 9 of each of the injection pistons 4 or by any other equivalent means. The upper end face 9 of the pistons 4 comprises a central hollow shape 11 capable of containing the desired volume of metal element 8 in the liquid state.
Au sens de la présente description et quel que soit le mode de réalisation, on entend par « face d’extrémité 9 supérieure » des pistons d’injection 4 la face des pistons 4 en regard de la chambre d’injection 3 qui leur correspond.For the purposes of this description and regardless of the embodiment, the term “upper end face 9” of the injection pistons 4 means the face of the pistons 4 opposite the injection chamber 3 which corresponds to them.
Le dispositif comprend au moins un moyen de chauffage 5 apte à mettre en fusion les éléments métalliques 8. Le moyen de chauffage 5 est préférentiellement choisi parmi les chauffages par induction, par arc électrique, par faisceau laser ou encore par faisceau d’électrons. A titre d’exemple, selon un mode de réalisation du dispositif où l’injection est une injection verticale et les éléments métalliques 8 sont chargés à l’état solide, le moyen de chauffage 5 est préférentiellement situé au-dessous du moule 1, constitué par exemple par des spires d’induction coaxiales à chacun des pistons 4, enroulées par exemple en cylindre ou en tronc de cône. Selon ce mode de réalisation, les éléments métalliques 8 peuvent être mis en fusion rapidement et de façon homogène sachant que la majeure partie de ces éléments 8 peut se situer directement dans l’espace chauffé par le moyen de chauffage 5. En effet, comme indiqué précédemment, seules les faces inférieures des éléments métalliques 8 prend appui sur la surface de la face d’extrémité 9 supérieure de chacun des pistons 4. Sous l’effet des tensions de surface, les éléments métalliques 8 en fusion, bien qu’à l’état liquide, prennent substantiellement la forme d’une sphère, généralement aplatie et ne dépassent pas latéralement de ladite face d’extrémité 9.The device comprises at least one heating means 5 capable of melting the metal elements 8. The heating means 5 is preferably chosen from induction heating, electric arc heating, laser beam heating or electron beam heating. For example, according to an embodiment of the device where the injection is a vertical injection and the metal elements 8 are loaded in the solid state, the heating means 5 is preferably located below the mold 1, constituted for example by induction coils coaxial with each of the pistons 4, wound for example in a cylinder or a truncated cone. According to this embodiment, the metal elements 8 can be melted quickly and homogeneously, knowing that the majority of these elements 8 can be located directly in the space heated by the heating means 5. Indeed, as indicated previously, only the lower faces of the metal elements 8 bear on the surface of the upper end face 9 of each of the pistons 4. Under the effect of surface tensions, the molten metal elements 8, although in the liquid state, substantially take the shape of a sphere, generally flattened and do not protrude laterally from said end face 9.
Le dispositif peut comprendre en outre un moyen de chauffage et/ou de refroidissement d’au moins une partie de chacun des pistons 4, cette partie étant la plus proche de leur face d’extrémité 9 supérieure.The device may further comprise a means for heating and/or cooling at least a portion of each of the pistons 4, this portion being closest to their upper end face 9.
Avantageusement, le moule 1 est équipé de moyens contrôlés de chauffage et/ou de refroidissement (non représentés) afin que la matière constituant la pièce moulée en AMA obtenue dans la ou les empreintes 2 ne cristallise pas et qu’après extraction, ladite pièce présente les caractéristiques d’un verre métallique, c’est-à-dire les caractéristiques d’un métal ou d’un alliage métallique amorphe ou au moins partiellement amorphe ou majoritairement amorphe.Advantageously, the mold 1 is equipped with controlled heating and/or cooling means (not shown) so that the material constituting the AMA molded part obtained in the imprint(s) 2 does not crystallize and that after extraction, said part has the characteristics of a metallic glass, that is to say the characteristics of an amorphous or at least partially amorphous or predominantly amorphous metal or metal alloy.
Avantageusement, le dispositif d’injection comprend des éjecteurs 14 afin de pouvoir retirer facilement les pièces moulées et refroidies à l’issue du procédé d’injection. Les éjecteurs 1’ peuvent par exemple être des pistons et/ou des buses d’air sous pression.Advantageously, the injection device comprises ejectors 14 in order to be able to easily remove the molded and cooled parts at the end of the injection process. The ejectors 1' can for example be pistons and/or pressurized air nozzles.
Le dispositif comprend un système multipiston 6. L’injection simultanée d’éléments métalliques 8 en fusion de volume aptes à former une ou plusieurs pièces moulées en AMA de bonne qualité paraissait jusqu’alors une excellente solution technique pour augmenter la productivité des procédés d’injection et/ou pour imaginer réaliser des pièces moulées en AMA de plus gros volume tout en maintenant une excellente qualité d’amorphisation de l’alliage mais paraissait également peu réaliste à adapter à un dispositif d’injection. En effet, les actionneurs de pistons sont des systèmes complexes et encombrants et les présents inventeurs ont constatés que leur fonctionnement simultané était difficilement réalisable. Cette difficulté est encore plus importante notamment dans le cas où le dispositif ne comprend qu’une seule une empreinte de gros volume. De plus, cela implique l'utilisation de multiples actionneurs, engendre un système de gestion des actionneurs extrêmement complexe et un coût financier très élevé. Il est donc proposé un système multipiston 6 comprenant au moins deux pistons d’injection 4 dont les axes principaux respectifs sont alignés chacun à l’axe principal de leur chambre d’injection 3 correspondante et un support 7 coopérant avec chacun des pistons d’injection 4. Le support 7 et/ou le moule 1 sont ainsi aptes à se déplacer le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection 4 à l’aide d’un actionneur 13 unique déplaçant le support 7 ou le moule 1 ou de deux actionneurs 13 uniquement aptes à déplacer simultanément ou séparément l’un le support 7 et l’autre le moule 1 de façon à permettre le fonctionnement du dispositif d’injection (chargement, optionnellement mise en fusion des éléments métalliques, injection concomitante des différents éléments métalliques 8 dans les chambres d’injection 3).The device comprises a multi-piston system 6. The simultaneous injection of metal elements 8 in volume fusion capable of forming one or more good quality AMA molded parts seemed until now an excellent technical solution for increasing the productivity of injection processes and/or for imagining producing larger volume AMA molded parts while maintaining excellent quality of amorphization of the alloy but also seemed unrealistic to adapt to an injection device. Indeed, piston actuators are complex and bulky systems and the present inventors have found that their simultaneous operation was difficult to achieve. This difficulty is even greater in particular in the case where the device comprises only one large volume imprint. In addition, this involves the use of multiple actuators, generates an extremely complex actuator management system and a very high financial cost. A multi-piston system 6 is therefore proposed comprising at least two injection pistons 4 whose respective main axes are each aligned with the main axis of their corresponding injection chamber 3 and a support 7 cooperating with each of the injection pistons 4. The support 7 and/or the mold 1 are thus able to move along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4 using a single actuator 13 moving the support 7 or the mold 1 or two actuators 13 only able to move simultaneously or separately one the support 7 and the other the mold 1 so as to allow the operation of the injection device (loading, optionally melting of the metal elements, concomitant injection of the different metal elements 8 into the injection chambers 3).
Un tel système multipiston 6 permet de résoudre les problèmes de l’art antérieur. Il peut être en effet actionné par un actionneur 13 unique permettant ainsi le déplacement relatif du support 7, et donc des pistons d’injection 4 simultanément, et du moule 1 le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection 4. Dans une variante de réalisation, l’actionneur 13 peut être positionné au niveau du moule 1 de façon à permettre le déplacement relatif du moule 1 et du support 7, et donc des pistons d’injection 4 simultanément, le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection 4. Dans une autre variante encore mais dans le même objectif, un actionneur 13 peut être positionné au niveau du moule 1 et un second au niveau du support 7. L’actionneur 13 peut être tout moyen d’entraînement en translation tel que, notamment, un vérin, un système de vis-écrou ou encore un système vis à billes.Such a multi-piston system 6 makes it possible to solve the problems of the prior art. It can in fact be actuated by a single actuator 13 thus allowing the relative movement of the support 7, and therefore of the injection pistons 4 simultaneously, and of the mold 1 along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4. In an alternative embodiment, the actuator 13 can be positioned at the mold 1 so as to allow the relative movement of the mold 1 and the support 7, and therefore of the injection pistons 4 simultaneously, along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4. In yet another alternative but with the same objective, an actuator 13 can be positioned at the mold 1 and a second at the support 7. The actuator 13 can be any translational drive means such as, in particular, a jack, a screw-nut system or a ball screw system.
Selon un mode de réalisation avantageux, illustré aux figures 4 et 5, chaque piston d’injection 4 du dispositif comprend un système d’amortissement précontraint 10 apte à exercer, lorsque le piston d’injection 4 est en position d’injection, un effort sur l’élément métallique 8 en fusion correspondant audit piston d’injection 4 (
Un tel système d’amortissement précontraint 10 permet de s’assurer que, dans tous les cas, une pression minimale (fixée par l’utilisateur avec la précontrainte) sera appliquée sur les éléments métalliques en fusion 14 dans chacune des chambres d’injection 3. En effet, un écart de hauteur, même faible (tolérances dimensionnelles) des pistons 4 entre eux ou des chambres d’injection 3, de masse des différents éléments métalliques 8 et/ou de tout autre élément dudit dispositif peut faire qu’une empreinte 2 du moule 1 se remplisse avant les autres. En l’absence de système d’amortissement 10, les autres pistons 4, coopérant que les autres empreintes 2 non totalement remplies, peuvent alors se retrouver boqués et lesdites empreintes 2 resteront alors partiellement remplies. L’activation d’au moins un des systèmes d’amortissement précontraint 10 permet alors de générer un mouvement relatif du piston associé à ce système par rapport aux autres. Les autres pistons 4 peuvent ainsi poursuivre leur course jusqu’au remplissage complet de leur empreinte. De la même manière, dans le cas d'une empreinte 2 reliée à au moins deux chambres d’injection 3, les systèmes d’amortissement 10 permettent d’appliquer une pression minimale sur l’alliage dans chacune des chambres d’injection 3 et d’assurer une mise en pression homogène de l’alliage dans l’empreinte 2. Avantageusement, les précontraintes des systèmes d’amortissement 10 sont définies de façon à générer une pression sur l’alliage lors de l’injection supérieure à 5 MPa, préférentiellement comprises entre 5 MPa et 300 MPa, encore plus préférentiellement entre 10 MPa et 250 MPa.Such a pre-stressed damping system 10 makes it possible to ensure that, in all cases, a minimum pressure (set by the user with the pre-stress) will be applied to the molten metal elements 14 in each of the injection chambers 3. Indeed, a height difference, even small (dimensional tolerances) of the pistons 4 between them or of the injection chambers 3, of the mass of the different metal elements 8 and/or of any other element of said device can cause an imprint 2 of the mold 1 to fill before the others. In the absence of a damping system 10, the other pistons 4, cooperating with the other imprints 2 not completely filled, can then find themselves blocked and said imprints 2 will then remain partially filled. The activation of at least one of the pre-stressed damping systems 10 then makes it possible to generate a relative movement of the piston associated with this system with respect to the others. The other pistons 4 can thus continue their stroke until their cavity is completely filled. Similarly, in the case of an cavity 2 connected to at least two injection chambers 3, the damping systems 10 make it possible to apply a minimum pressure to the alloy in each of the injection chambers 3 and to ensure uniform pressurization of the alloy in the cavity 2. Advantageously, the prestresses of the damping systems 10 are defined so as to generate a pressure on the alloy during injection greater than 5 MPa, preferably between 5 MPa and 300 MPa, even more preferably between 10 MPa and 250 MPa.
Le système d’amortissement précontraint 10 est avantageusement choisi parmi : les ressorts mécaniques (type ressort hélicoïdales, rondelles ressort), un système utilisant un gaz sous pression (vérin à gaz) et un système utilisant un fluide sous pression (vérin hydraulique).The pre-stressed damping system 10 is advantageously chosen from: mechanical springs (helical spring type, spring washers), a system using a pressurized gas (gas cylinder) and a system using a pressurized fluid (hydraulic cylinder).
Bien que les modes de réalisation illustrés dans le présent document correspondent à des dispositifs d’injection verticale, l’invention n’est pas limitée à ce seul mode d’injection. Ainsi, la direction d’injection peut être verticale et le sens d’injection de bas en haut ou de haut en bas, horizontale ou encore inclinée d’un angle compris entre 0 et 90 degrés par rapport à la verticale. Préférentiellement, la direction d’injection est verticale et, plus préférentiellement encore, la direction d’injection est verticale et le sens d’injection de bas en haut.Although the embodiments illustrated in this document correspond to vertical injection devices, the invention is not limited to this single injection mode. Thus, the injection direction can be vertical and the injection direction from bottom to top or from top to bottom, horizontal or even inclined at an angle between 0 and 90 degrees relative to the vertical. Preferably, the injection direction is vertical and, even more preferably, the injection direction is vertical and the injection direction from bottom to top.
Il est maintenant fait référence à la
Il est maintenant fait référence à la
Il est maintenant fait référence à la
Selon la
Le mode de réalisation du dispositif représenté aux figures 8 et 9 comprend un système d’amortissement précontraint 10 à la base de chaque piston d’injection 4. Le système d’amortissement précontraint 10 permet d’assurer une pression minimale appliquée sur les éléments métalliques en fusion 14 dans chacune des chambres d’injection 3. Les figures 8 illustrent un écart de hauteur des pistons 4 entre eux. Comme représenté à la
L’invention se rapporte également à un procédé d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant les étapes :
- charger des éléments métalliques 8 dans le dispositif précédemment décrit, les éléments métalliques 8 étant chargés sous forme solide ou en état de fusion ;
- optionnellement, mettre en fusion les éléments métalliques 8 introduits sous forme solide ;
- déplacer relativement le support 7 et le moule 1 le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection 4 afin d’injecter sensiblement simultanément, par l’intermédiaire des pistons d’injection 4, les éléments métalliques 8 en fusion dans l’empreinte 2 ou les empreintes 2 du dispositif pour obtenir, après refroidissement, au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe.The invention also relates to an injection method for the production of at least one molded part made of amorphous metal alloy, comprising the steps:
- loading metal elements 8 into the device described above, the metal elements 8 being loaded in solid form or in a molten state;
- optionally, melt the metallic elements 8 introduced in solid form;
- relatively moving the support 7 and the mold 1 along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4 in order to inject substantially simultaneously, via the injection pistons 4, the molten metal elements 8 into the imprint 2 or imprints 2 of the device to obtain, after cooling, at least one molded part made of amorphous metal alloy.
On entend par « sensiblement simultanément » le fait que les éléments métalliques 8, de par leur différence de volumes éventuels et/ou de part des différences de pression au sein des chambres d’injection 3, de hauteur des pistons 4 entre eux, et/ou d’éventuels défauts de géométrie des pistons 4, des chambres d’injection 3 et/ou de tout autre élément du dispositif, puissent être injectés concomitamment à quelques millisecondes ou microsecondes près.“Substantially simultaneously” means that the metal elements 8, due to their possible volume differences and/or share of pressure differences within the injection chambers 3, height of the pistons 4 between them, and/or possible geometry defects of the pistons 4, the injection chambers 3 and/or any other element of the device, can be injected concomitantly to within a few milliseconds or microseconds.
Les AMAs sont des alliages dont la qualité métallurgique peut être difficile à maîtriser. Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l’invention, compatible avec les modes précédents, le dispositif est configuré de façon à ce que les étapes où les éléments métalliques sont en fusion, telles que la mise en fusion proprement dite, l’éventuel transport des éléments en fusion par exemple dans des goulottes, leur injection, sont réalisées sous atmosphère contrôlée. Il peut s’agir d’un vide poussé, notamment un vide inférieur à 1.10-1mbar, préférentiellement inférieur à 1.10-2mbar, plus préférentiellement inférieur à 5.10-3mbar et encore plus préférentiellement inférieur à 1.10-3mbar. Il peut s’agir également d’une atmosphère de gaz neutre, par exemple d’une atmosphère d’argon ou d’azote, la pression pouvant être alors inférieure ou supérieure à la pression atmosphérique.AMAs are alloys whose metallurgical quality can be difficult to control. Thus, according to a preferred embodiment of the invention, compatible with the previous embodiments, the device is configured so that the steps where the metal elements are melting, such as the actual melting, the possible transport of the molten elements for example in chutes, their injection, are carried out under a controlled atmosphere. This may be a high vacuum, in particular a vacuum of less than 1.10 -1 mbar, preferably less than 1.10 -2 mbar, more preferably less than 5.10 -3 mbar and even more preferably less than 1.10 -3 mbar. It may also be a neutral gas atmosphere, for example an argon or nitrogen atmosphere, the pressure then being able to be lower or higher than atmospheric pressure.
Pour améliorer les cadences ou fabriquer des pièces de plus gros volume, une approche consistant à augmenter les volumes/masses de l’élément métallique injecté par le piston est classiquement utilisé en fonderie/moulage classique, c’est-à-dire dans le domaine des matériaux cristallins. Contrairement à cette approche classique, le précédent dispositif et le présent procédé proposent une multiplication et un fonctionnement en parallélisation des pistons d’injection. Un même volume d’alliage à injecter peut ainsi être divisé en plusieurs éléments métalliques de plus petit volume. Le cycle de fusion peut ainsi être réalisé sur plusieurs éléments métalliques de petit volume/petite masse (par exemple inférieur à 200 g, préférentiellement inférieur à 100 g, plus préférentiellement inférieur à 75 g et encore plus préférentiellement inférieur à 50 g) au lieu d’un plus gros. Ainsi, les températures de fusion sont mieux contrôlées et cela permet d’assurer également une bonne homogénéisation du bain de fusion. En effet, la maîtrise de la qualité de fusion des éléments d’alliage permet ainsi de garantir un niveau de qualité métallurgique et d’avoir une viscosité plus homogène lors du moulage, améliorant ainsi le remplissage et la répétabilité du procédé d’injection.To improve production rates or manufacture larger volume parts, an approach consisting of increasing the volumes/masses of the metal element injected by the piston is conventionally used in conventional foundry/casting, i.e. in the field of crystalline materials. Unlike this conventional approach, the previous device and the present method propose a multiplication and parallel operation of the injection pistons. The same volume of alloy to be injected can thus be divided into several smaller volume metal elements. The melting cycle can thus be carried out on several small volume/small mass metal elements (for example less than 200 g, preferably less than 100 g, more preferably less than 75 g and even more preferably less than 50 g) instead of a larger one. Thus, the melting temperatures are better controlled and this also ensures good homogenization of the weld pool. Indeed, controlling the melting quality of the alloy elements makes it possible to guarantee a level of metallurgical quality and to have a more homogeneous viscosity during molding, thus improving the filling and the repeatability of the injection process.
L’injection sous pression d’AMA nécessite également idéalement une gestion des "points froids" qui sont les zones de contact de l’alliage en fusion avec les différents éléments du dispositif, notamment le ou les pistons. Au niveau de ces "points froids", une partie de la chaleur apportée pour mettre en fusion l’AMA est dissipée. La maîtrise du cycle de fusion dans ces zones peut donc difficilement être garantie. La gestion d’un faible volume d’alliage permet une meilleure maîtrise de ces "point froids" ainsi que des gradients thermiques dans l’AMA.The pressure injection of AMA also ideally requires management of "cold spots" which are the contact areas of the molten alloy with the various elements of the device, in particular the piston(s). At these "cold spots", part of the heat supplied to melt the AMA is dissipated. Control of the melting cycle in these areas can therefore hardly be guaranteed. Managing a small volume of alloy allows better control of these "cold spots" as well as thermal gradients in the AMA.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif est un dispositif d’injection verticale. Ainsi, l’utilisation conjointe d’un système multipiston permettant d’injecter simultanément de faibles volumes d’AMA en fusion et d’un dispositif d’injection verticale, par exemple tel que celui décrit dans la demande WO2018/224418 A1, permettent de limiter les "points froids", garantissant ainsi la qualité de pièces moulées. Un tel mode de réalisation permet en outre d’éviter de potentielles interactions chimiques qui pourraient alors entraîner une pollution des éléments métalliques et/ou une détérioration rapide des éléments du dispositif (la thermique est en effet plus difficile à gérer avec des volumes d’alliage par cycle plus élevés ou une cadence du procédé augmentée).According to a preferred embodiment, the device is a vertical injection device. Thus, the joint use of a multi-piston system for simultaneously injecting small volumes of molten AMA and a vertical injection device, for example such as that described in application WO2018/224418 A1, makes it possible to limit "cold spots", thus guaranteeing the quality of molded parts. Such an embodiment also makes it possible to avoid potential chemical interactions which could then lead to pollution of the metal elements and/or rapid deterioration of the elements of the device (thermal is indeed more difficult to manage with higher alloy volumes per cycle or an increased process rate).
L’invention peut trouver à s’appliquer notamment dans le domaine des dispositifs industriels de fabrication de pièces en AMAs moulées. Une telle invention permet en effet de produire des pièces en AMAs moulées à haute cadence et/ou de plus gros volume que ce qu’il était envisageable de faire jusqu’alors en utilisant un piston d’injection unique.The invention may find application in particular in the field of industrial devices for manufacturing molded AMA parts. Such an invention makes it possible to produce molded AMA parts at high speed and/or in larger volumes than was previously possible using a single injection piston.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.
Liste des signes de référence
- 1 : moule
- 2 : empreinte
- 3 : chambre d’injection
- 4 : piston d’injection
- 5 : moyen de chauffage
- 6 : système multipiston
- 7 : support (des pistons d’injection)
- 8 : élément métallique
- 9 : face d’extrémité (d’un piston d’injection)
- 10 : système d’amortissement précontraint (d’un piston d’injection)
- 11 : forme centrale en creux de la face d’extrémité 9
- 12 : rebord périphérique de la face d’extrémité 9
- 13 : actionneur (des pistons d’injection et/ou du moule)
- 14 : éjecteur
- 15 : axe principal d’un piston et sa chambre d’injection correspondante
The invention is not limited to the embodiments described above, only as an example, but it encompasses all the variants that a person skilled in the art may envisage within the framework of the protection sought.
List of reference signs
- 1: mold
- 2: footprint
- 3: injection chamber
- 4: injection piston
- 5: heating means
- 6: multi-piston system
- 7: support (of the injection pistons)
- 8: metallic element
- 9: end face (of an injection piston)
- 10: pre-stressed damping system (of an injection piston)
- 11: central hollow shape of the end face 9
- 12: peripheral edge of the end face 9
- 13: actuator (of the injection pistons and/or the mold)
- 14: ejector
- 15: main axis of a piston and its corresponding injection chamber
Claims (7)
- un moule (1) présentant au moins deux chambres d’injection (3) reliées à au moins une empreinte (2) ; et
- au moins un moyen de chauffage (5) apte à mettre en fusion des éléments métalliques (8) ;
- un système multipiston (6) comprenant :
- au moins deux pistons d’injection (4) dont les axes principaux respectifs sont alignés chacun à celui de leur chambre d’injection (3) correspondante et
- un support (7) coopérant avec chacun des pistons d’injection (4); et
tel que le support (7) et/ou le moule (1) sont aptes à se déplacer le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection (4) de façon à permettre :
i. le chargement des éléments métalliques (8) ; et
ii. optionnellement, la mise en fusion desdits éléments métalliques (8) ; et
iii. l’injection des éléments métalliques (8) en fusion dans les chambres d’injection (3).Injection device for the production of at least one molded part made of amorphous metal alloy, comprising:
- a mold (1) having at least two injection chambers (3) connected to at least one imprint (2); and
- at least one heating means (5) capable of melting metal elements (8);
- a multi-piston system (6) comprising:
- at least two injection pistons (4) whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber (3) and
- a support (7) cooperating with each of the injection pistons (4); and
such that the support (7) and/or the mold (1) are able to move along an axis parallel to the main axes of the injection pistons (4) so as to allow:
i. loading of metal elements (8); and
ii. optionally, melting said metallic elements (8); and
iii. injection of the molten metal elements (8) into the injection chambers (3).
- verticale et le sens d’injection de bas en haut ou de haut en bas,
- horizontale,
- inclinée d’un angle compris entre 0 et 90 degrés par rapport à la verticale,
préférentiellement la direction d’injection est verticale et plus préférentiellement encore la direction d’injection est verticale et le sens d’injection de bas en haut.Injection device according to any one of the preceding claims such that the injection direction is:
- vertical and the injection direction from bottom to top or from top to bottom,
- horizontal,
- inclined at an angle between 0 and 90 degrees from the vertical,
preferably the injection direction is vertical and even more preferably the injection direction is vertical and the injection direction from bottom to top.
- charger des éléments métalliques (8) dans le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, les éléments métalliques (8) étant chargés sous forme solide ou en état de fusion ;
- optionnellement, mettre en fusion les éléments métalliques introduits sous forme solide ;
- déplacer relativement le support (7) et le moule (1) le long d’un axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection (4) afin d’injecter sensiblement simultanément, par l’intermédiaire des pistons d’injection (4), les éléments métalliques en fusion dans l’empreinte (2) ou les empreintes (2) du dispositif pour obtenir, après refroidissement, au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe.Injection process for the production of at least one casting made of an amorphous metal alloy, comprising the steps:
- loading metal elements (8) into the device according to any one of claims 1 to 7, the metal elements (8) being loaded in solid form or in a molten state;
- optionally, melt the metallic elements introduced in solid form;
- relatively moving the support (7) and the mold (1) along an axis parallel to the main axes of the injection pistons (4) in order to inject substantially simultaneously, via the injection pistons (4), the molten metal elements into the imprint (2) or imprints (2) of the device to obtain, after cooling, at least one molded part made of amorphous metal alloy.
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Also Published As
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