EP2718045B1

EP2718045B1 - Procede de demoulage d'une piece en une matiere presentant une temperature de transition vitreuse et machine de moulage

Info

Publication number: EP2718045B1
Application number: EP12725028.0A
Authority: EP
Inventors: Sébastien GRAVIER; Georges KAPELSKI; Jean-Jacques Blandin; Charles JOSSEROND
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Institut Polytechnique de Grenoble; Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Institut Polytechnique de Grenoble; Universite Joseph Fourier Grenoble 1
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: EP2718045A1; JP2014515992A; FR2976208A1; US9505055B2; WO2012168147A1; US20140166228A1; FR2976208B1

Description

La présente invention concerne le domaine de la conformation de pièces en une matière amorphe ou vitreuse, c'est-à-dire présentant une température de transition vitreuse, en particulier de pièces en verres métalliques.
Actuellement, lorsque l'on conforme une pièce dans un moule, que ce soit une pièce obtenue dans un moule d'injection ou dans un moule de formage à chaud, on refroidit le moule, on ouvre le moule pour refroidir la pièce et on éjecte, à l'aide d'un éjecteur, la pièce de la partie de moule dans laquelle cette pièce reste lors de l'ouverture du moule. Le refroidissement du moule, et donc de la pièce, doit être déterminé de telle sorte que la pièce, et éventuellement le moule, ne soient pas endommagés lors de l'éjection.
Par exemple, le brevet DE 198 30 025 décrit un moule dont une partie est munie de canaux de refroidissement.
Les brevets EP 0 941 788 , US 2 974 379 et WO 96/22852 décrivent des machines de moulage équipées de dispositifs de nettoyage des plans de joint et des cavités des moules.
Le brevet DE 10 2006 057660 décrit une machine de moulage dans laquelle un tel dispositif de nettoyage peut être utilisé pour refroidir la pièce moulée.
L'ensemble des brevets ci-dessus concerne le moulage de métaux, qui présentent une température de transition solide/liquide et dont le volume se réduit brutalement lors du passage, dans le moule fermé, de l'état liquide à l'état solide, ce qui facilite le démoulage.
Le démoulage et éventuellement la conformation antérieure de pièces en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse posent de réelles difficultés qui ne peuvent pas être résolues en mettant en oeuvre des machines de moulage de l'art antérieur ci-dessus.
Notamment lorsque les pièces sont en un verre métallique et de petites tailles, en particulier inférieures au centimètre cube (cm³), une difficulté tient au besoin d'obtenir un refroidissement rapide pour éviter le risque de cristallisation de la matière. Une autre difficulté tient aux risques de déformation de la pièce résultant des effets de coincement de la pièce dans le moule et des efforts appliqués par l'éjecteur, dus en particulier à la différence entre le coefficient de dilatation du moule et celui de la pièce et au fait que la matière constituant la pièce ne présente pas de variation brutale de volume lors de son refroidissement. La maîtrise des cycles temporels de conformation et de démoulage pose également une difficulté.
Le brevet EP 895 823 décrit un procédé de moulage de pièces en matériaux amorphes, dans lequel le matériau est déposé dans une empreinte d'une première partie du moule, puis est chauffé grâce à un arc électrique. Ensuite, une deuxième partie du moule est accouplée à la première partie de ce dernier pour fermer le moule et conformer une pièce. Enfin, le moule est ouvert pour extraire la pièce conformée. Au cours de ces opérations, le moule est refroidi. Il existe une grande difficulté de gestion de la température du matériau pour éviter le risque de cristallisation.
La présente invention a pour but de proposer une solution notamment aux difficultés ci-dessus.
Il est proposé un procédé de démoulage d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse, conformée dans une cavité d'un moule comprenant au moins deux parties de moule délimitant entre elles cette cavité de conformation, dans lequel le moule est maintenu à une température de conformation comprise entre ladite température de transition vitreuse et ladite température de fusion.
Le procédé proposé comprend une ouverture du moule par écartement desdites parties de moule, la pièce dans la cavité du moule étant à une température comprise entre ladite température de transition vitreuse et ladite température de fusion ; une projection locale d'un gaz de refroidissement en direction de la pièce restée dans une partie de moule, et, après un délai déterminé suivant le début de la projection du gaz, l'éjection de la pièce de cette partie du moule, ce délai déterminé étant tel que la pièce atteigne une température inférieure à sa température de transition vitreuse.
Le procédé peut comprendre l'arrêt de la projection du gaz avant l'éjection de la pièce.
Le procédé peut comprendre l'éjection de la pièce au cours de la projection du gaz.
Le procédé peut comprendre le maintien du moule à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de fusion de la matière constituant la pièce.
Il est également proposé un procédé de conformation d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse, qui comprend le procédé de démoulage précité et, antérieurement, la mise d'une quantité de matière à une température comprise entre sa température de transition vitreuse et sa température de fusion et l'injection de cette quantité de matière dans cet état dans ladite cavité de conformation lorsque les parties de moule sont accouplées pour conformer la matière à la forme de la cavité de conformation.
Il est également proposé un procédé de conformation d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse, qui comprend le procédé de démoulage précité et, antérieurement, la mise en place d'une quantité de matière dans une partie en creux de l'une des parties du moule, et l'accouplement des parties de moule pour conformer par matriçage la matière à la forme de la cavité de conformation.
Il est également proposé une machine de moulage pour la mise en oeuvre du procédé proposé, qui comprend un moule comprenant au moins une première et une seconde parties de moule délimitant entre elles, lorsqu'elles sont accouplées, une cavité de conformation d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse ; un moyen pour maintenir le moule à une température comprise entre ladite température de transition vitreuse et ladite température de fusion ; au moins un moyen d'éjection pour extraire la pièce de l'une desdites parties de moule ; et au moins une buse de projection d'un gaz présentant au moins un orifice de sortie, cette buse de projection étant montée sur des moyens de déplacement aptes à déplacer la buse entre une position de retrait dans laquelle les parties de moule peuvent être accouplées ou écartées et une position avancée dans laquelle, lorsque les parties de moule sont écartées, l'orifice de sortie de la buse est placé en direction de et dans le voisinage de la pièce restée dans une partie de moule ; et un moyen de commande pour commander l'ouverture du moule, puis l'amenée de la buse dans ladite position avancée et l'injection du gaz de refroidissement, puis l'éjection de la pièce après un délai déterminé suivant le début de la projection du gaz, ce délai déterminé étant tel que la pièce atteigne une température inférieure à sa température de transition vitreuse.
Une machine de moulage selon la présente invention va maintenant être décrite à titre d'exemple non limitatif, illustrée par le dessin sur lequel :

la figure 1 représente en coupe partielle la machine de moulage, le moule de cette machine étant fermé ;
la figure 2 représente en coupe partielle la machine de moulage, le moule de cette machine étant ouvert ; et
la figure 3 représente une machine d'injection incluant la machine de moulage.

Il est souhaité de conformer et d'obtenir une pièce P en une matière présentant une température de transition vitreuse T _V et une température de fusion T _F supérieure à sa température de transition vitreuse T _V, par exemple un verre tel qu'un verre d'oxyde, un verre métallique ou un polymère. Au-dessous de sa température de transition vitreuse, la matière est solide. Entre sa température de transition vitreuse et sa température de fusion T _F, la matière est malléable. Au-dessus de sa température de fusion T _F, la matière est liquide.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, une machine de moulage 1 comprend un moule 2 formé par exemple de deux parties de moule 3 et 4 qui délimitent entre elles une cavité de conformation 5. Cette cavité 5 peut être délimitée par des parties en creux 3a et 4a aménagées dans les parties de moule 3 et 4. Les parties de moule 3 et 4 sont équipées de moyens de chauffage 6 et 7 formés par exemple par des résistances électriques.
Par exemple, la partie de moule 4 est équipée d'un éjecteur coulissant 8 pouvant être actionné par un vérin 8a.
La machine de moulage 1 comprend en outre une buse 9 de projection d'un gaz de refroidissement, qui est portée par un mécanisme de déplacement 10, par exemple de translation ou de rotation.
Sous l'effet du mécanisme de déplacement 10, la buse 9 peut être déplacée entre une position de retrait dans laquelle les parties de moules 3 et 4 peuvent être accouplées (figure 1) ou écartées (figure 2) l'une de l'autre et une position avancée dans laquelle, les parties de moule 3 et 4 étant écartées (figure 2), la partie d'extrémité libre de la buse 9 peut être introduite entre les parties de moule 3 et 4 jusqu'à une position telle que son orifice d'extrémité 9a soit à faible distance de et orientée vers, par exemple, la partie en creux 4a de la partie de moule 4.
La buse 9 est reliée à une source 11 d'un gaz de refroidissement.
La machine de moulage 1 peut fonctionner et être utilisée de la manière suivante.
Comme illustré sur la figure 1, les parties de moule 3 et 4 sont accouplées et une pièce P est conformée dans la cavité 5. Les parties de moule 3 et 4 sont à une température de conformation comprise entre la température de transition vitreuse T _V et la température de fusion T _F de la matière constituant la pièce P..
Selon une variante de réalisation, la pièce P peut résulter d'une injection d'une quantité de matière dans la cavité 5 du moule 2 fermé, cette quantité de matière étant portée antérieurement à une température comprise entre la température de transition vitreuse T _V et la température de fusion T _F de cette matière.
Selon une autre variante de réalisation, la pièce P peut résulter d'un matriçage dans la cavité 5 d'une quantité de matière par déplacement des parties de moule 3 et 4 l'une vers l'autre.
La buse 9 est à sa position de retrait.
Pour le démoulage de la pièce P, on peut procéder de la manière suivante.
On procède à l'ouverture du moule 2 en écartant les parties de moule 3 et 4. Du fait de sa forme et de la forme correspondante de la cavité 5, la pièce P reste dans la partie en creux 4a de la partie de moule 4, tout en pouvant en être éjectée.
Ensuite, on procède à la mise en place de la buse 9 dans sa position avancée. La position illustrée sur la figure 2 est atteinte.
Ensuite, on alimente la buse 9 d'un gaz de refroidissement sous pression depuis la source 11 de telle sorte que ce gaz, neutre vis-à-vis de la matière constituant la pièce P, soit projeté vers la pièce P, sur sa partie découverte, et éventuellement en partie contre la zone environnante de la partie de moule 4, de façon à produire un refroidissement local qui refroidit la pièce P jusqu'à une température inférieure à sa température de transition vitreuse T_V pour qu'elle se rigidifie.
Selon une variante de réalisation, l'alimentation en gaz de la buse 9 pourrait commencer avant qu'elle atteigne sa position avancée.
Ensuite, on actionne l'éjecteur 8 sous l'effet du vérin 8a de façon à extraire la pièce P de la partie en creux 4a de la partie de moule 4.
Les opérations de démoulage décrites ci-dessus peuvent être réalisées sans coupure des moyens de chauffage 6 et 7, de telle sorte que, après un éventuel nettoyage et retrait de la buse 9, le moule 2 est immédiatement prêt pour la conformation d'une nouvelle pièce P.
La mise en oeuvre des étapes ci-dessus de démoulage peut être contrôlée en température et temporellement. Ce contrôle peut dépendre de la forme et de la taille de la pièce P, de la température du moule 2 et de la vitesse de refroidissement souhaitée de la pièce P.
La température du moule 2 est comprise entre la température de transition vitreuse T _V et la température de fusion T _F de la matière constituant la pièce P de façon que la pièce P soit suffisamment malléable tout en conservant le caractère amorphe de la matière la constituant, c'est-à-dire sans provoquer une cristallisation de la matière. La température du moule 2 peut être contrôlée par une boucle de régulation incluant un capteur de température 12 (figure 1) judicieusement placé sur le moule 2.
On peut fixer une température et une vitesse ou un débit du gaz de refroidissement au travers de l'orifice d'extrémité 9a de la buse 9, une durée de la projection du gaz de refroidissement par cette buse 9 au terme de laquelle l'éjecteur 8 sera actionné ou une durée séparant le début de cette projection et le moment de l'actionnement de l'éjecteur 8.
La température de la pièce P atteinte au moment de l'éjection est inférieure à la température de transition vitreuse T _V de la matière constituant la pièce P de telle sorte qu'elle est devenue rigide. Ainsi, la pièce P maintient sa forme et l'éjecteur 8 ne la déforme pas lorsqu'il l'éjecte.
Par exemple, si la pièce P est en un verre métallique à base de magnésium, par exemple de composition Mg₆₅Cu₂₅Gd₁₀ (composition indiquée en pourcentages atomiques), la température du moule 2 peut être comprise entre 140°C et 430°C. Si la pièce est en verre métallique à base zirconium, par exemple de composition Zr_52,5Cu₂₇Al₁₀Ni₈Ti_2,5 (composition indiquée en pourcentages atomiques), la température du moule 2 peut être comprise entre 400°C et 600°C. La température du gaz de refroidissement, par exemple de l'azote, peut être comprise entre -195°C et 20°C. L'espace de temps entre le début de la projection du gaz de refroidissement et le moment de l'actionnement de l'éjecteur 8 peut être compris entre 0,1 seconde et 10 secondes.
Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 3, une machine d'injection 100 comprend la machine de moulage 1 dans une position telle que le plan de joint des parties de moule 3 et 4 soit disposé verticalement.
La machine d'injection 100 comprend en outre un appareillage d'injection 101, associé à la partie de moule 3 et permettant d'injecter une quantité de matière B dans la cavité de conformation 5, lorsque le moule 2 est fermé, par exemple grâce au poussoir à piston 102. Un appareillage d'alimentation 103 est associé à l'appareillage d'injection 101 dans le but de placer successivement une quantité de matière dans le canal du pousseur 102.
La machine d'injection 100 comprend également un mécanisme 104 permettant de déplacer horizontalement la partie de moule 4 par rapport à la partie de moule 3.
La machine d'injection 100 comprend également un bac de récupération 105 placé au-dessous du plan de joint des parties de moule 3 et 4, afin de récupérer les pièces P après leur éjection et démoulage comme décrit précédemment.
Selon une autre variante de réalisation, une machine de matriçage pourrait comprendre la machine de moulage 1 dans une position telle que le plan de joint des parties de moule 3 et 4 soit disposé horizontalement, la partie de moule 3 étant placée au-dessus de la partie de moule 4.
La machine de matriçage pourrait comprendre un mécanisme permettant de déplacer verticalement les parties de moule 3 et 4 l'une par rapport à l'autre.
Cette machine de matriçage pourrait fonctionner de la manière suivante.
Le moule 2 étant ouvert et à la température souhaitée, un mécanisme pourrait placer un volume ou grain de matière B dans la partie en creux 4a de la partie de moule 4.
Ensuite, le mécanisme de déplacement vertical pourrait rapprocher les parties de moule 3 et 4 jusqu'à la fermeture totale du moule 2, de façon à conformer le volume ou grain de matière B à la forme de la cavité de conformation 5.
Ensuite, le mécanisme de déplacement vertical pourrait écarter les parties de moule 3 et 4 pour ouvrir le moule 2.
Puis, les étapes de mise en place de la buse 9, de projection d'un gaz de refroidissement, de démoulage et d'éjection de la pièce P conformée dans la cavité de conformation 5 pourraient être exécutées comme décrit précédemment.
Selon une variante de réalisation, on pourrait prévoir plusieurs buses 9 dont les orifices de sorties 9a pourraient être disposés à la périphérie de la pièce P en vue du refroidissement de cette dernière.
Bien entendu, les différentes opérations, étapes et conditions décrites pour le moulage et le démoulage de la pièce P peuvent être contrôlées et mises en oeuvre sous l'effet d'un moyen électronique de commande programmé M (figure 1) commandant et contrôlant la machine de moulage 1 et ses accessoires.
La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

Procédé de démoulage d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse, conformée dans une cavité d'un moule comprenant au moins deux parties de moule (3, 4) délimitant entre elles cette cavité de conformation (5), dans lequel le moule est maintenu à une température de conformation comprise entre ladite température de transition vitreuse et ladite température de fusion ; et comprenant :
une ouverture du moule par écartement desdites parties de moule (3, 4) ;

une projection locale d'un gaz de refroidissement en direction de la pièce restée dans une partie de moule ;

et, après un délai déterminé suivant le début de la projection du gaz, l'éjection de la pièce de cette partie du moule, ce délai déterminé étant tel que la pièce atteigne une température inférieure à sa température de transition vitreuse.
Procédé selon la revendication 1, comprenant l'arrêt de la projection du gaz avant l'éjection de la pièce.
Procédé selon la revendication 1, comprenant l'éjection de la pièce au cours de la projection du gaz.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moule est maintenu à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de fusion de la matière constituant la pièce.
Procédé de conformation d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse, comprenant le procédé de démoulage selon l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant, antérieurement, la mise d'une quantité de matière à une température comprise entre sa température de transition vitreuse et sa température de fusion et l'injection de cette quantité de matière dans cet état dans ladite cavité de conformation lorsque les parties de moule (3, 4) sont accouplées pour conformer la matière à la forme de la cavité de conformation (5).
Procédé de conformation d'une pièce en une matière présentant une température de transition vitreuse et une température de fusion supérieure à sa température de transition vitreuse, comprenant le procédé de démoulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et comprenant, antérieurement, la mise en place d'une quantité de matière dans une partie en creux de l'une des parties du moule, et l'accouplement des parties de moule (3, 4) pour conformer par matriçage la matière à la forme de la cavité de conformation (5).