WO2024105339A1 - Injection device for amorphous metal alloy - Google Patents

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WO2024105339A1
WO2024105339A1 PCT/FR2023/051810 FR2023051810W WO2024105339A1 WO 2024105339 A1 WO2024105339 A1 WO 2024105339A1 FR 2023051810 W FR2023051810 W FR 2023051810W WO 2024105339 A1 WO2024105339 A1 WO 2024105339A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
injection
metal elements
pistons
mold
injection device
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051810
Other languages
French (fr)
Inventor
Sébastien GRAVIER
Xavier CERUTTI
Original Assignee
Vulkam
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vulkam filed Critical Vulkam
Publication of WO2024105339A1 publication Critical patent/WO2024105339A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007Semi-solid pressure die casting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • B22D17/2015Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2053Means for forcing the molten metal into the die using two or more cooperating injection pistons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • B22D17/2015Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2069Exerting after-pressure on the moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20Accessories: Details
    • B22D17/22Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies

Definitions

  • the present invention relates to the field of production by die casting of amorphous metal alloy parts.
  • AMAs amorphous metallic alloys
  • metal glasses metal have exceptional mechanical properties compared to their traditional crystalline counterparts: high yield strength and hardness, significant elastic deformation capacity, high fatigue resistance, to corrosion and abrasion.
  • AMA parts can now be obtained industrially via, in particular, processes for molding a metal alloy capable of forming a metallic glass. Such processes consist first of all in filling an impression of a mold with a metal alloy previously molten. The alloy thus molded is then cooled quickly enough to obtain a part in the shape of the impression whose amorphous phase is the majority compared to the crystalline phase.
  • processes for molding a metal alloy capable of forming a metallic glass consist first of all in filling an impression of a mold with a metal alloy previously molten. The alloy thus molded is then cooled quickly enough to obtain a part in the shape of the impression whose amorphous phase is the majority 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 die casting.
  • the term “pressure casting process” refers to a process during which pressure is applied to the molten alloy during the step of filling the impression.
  • the pressure is exerted to guarantee optimum filling of the impression and “compact” the alloy in it.
  • This pressure is generally exerted by a mechanical action, for example using a piston, and can be reinforced by the joint action of a depression or an excess pressure of the atmosphere within the mold or of other mechanical system such as, for example, a movable insert in the mold.
  • the present invention relates more particularly to the pressure molding of AMA parts, generally considered to be the process most suited to industrialization.
  • An injection device is therefore proposed for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising:
  • a multipiston system 6 comprising: o at least two injection pistons 4 whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber 3 and o a support 7 cooperating with each of the injection pistons 4; and such that the support 7 and/or the mold 1 are capable of moving along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4 so as to allow: i. loading the metal elements 8; and he. optionally, melting said metal elements 8; and ill. the injection of molten metal elements 8 into the injection chambers 3.
  • the invention proposes an injection device for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising: a mold having at least two injection chambers connected to at least one cavity; and at least one heating means capable of melting metal elements; a multipiston system comprising: o at least two injection pistons whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber and o a support cooperating with each of the injection pistons; 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: i. loading of metal elements; and he. optionally, melting said metal elements; and ill. the injection of molten metal elements into the injection chambers, and o a single actuator configured to cooperate with the support or with the mold so as to cause the relative movement of the mold and the support along the axis parallel to the main axes of the injection pistons.
  • an injection process is proposed for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising the steps:
  • the single actuator is configured to be positioned at the level of the mold so as to allow the relative movement of the mold and the support.
  • the single actuator is configured to be positioned at the level of the support so as to allow the relative movement of the mold and the support. This allows the translation of at least two pistons concomitantly along their respective main axes thanks to the action of a single unique actuator on the support.
  • the single actuator is a translation drive means, in particular a jack, a screw-nut system or even a ball screw system
  • each injection piston 4 comprises a pre-stressed damping system 10 capable of exerting, when the injection piston 4 is in the injection position, a pressure on the molten metal element 8 corresponding to said injection piston 4, this effort, included in a determined force range, which may be different from that of the other injection piston(s) 4.
  • each pre-stressed damping system is arranged between the support and the respective injection piston. This makes it possible to limit pressure peaks inside the mold, created by kinetic energy due to the speed of the injection and the pressure used when filling at least one cavity. This configuration makes it possible to reduce the mass between the metallic element and the pre-stressed damping system.
  • each pre-stressed damping system is arranged at the base of the respective injection piston.
  • the pre-stressed damping system 10 is chosen from: mechanical springs, a system using a pressurized gas and a system using a pressurized fluid.
  • the heating means 5 is chosen from: heating by induction, by electric arc, by laser beam, by electron beam.
  • the injection direction is:
  • the direction of injection is vertical and even more preferably the direction of injection is vertical and the direction of injection is from bottom to top.
  • each injection piston comprises an upper end face having a surface configured so that the molten metal element located on the surface does not protrude laterally from said end face.
  • each of the molten metal elements is introduced into their own injection chamber, without touching the peripheral wall of said injection chamber. This prevents the cooling of the metal element in contact with the injection chamber and blocks the injection piston.
  • each injection piston comprises an upper end face having a recessed shape and a peripheral rim capable of preventing the metal elements from falling from the end face of the pistons, in particular loaded metal elements. in the injection device in liquid or solid form, preferably the metal elements are loaded in solid form.
  • the metal elements 8 are loaded into the injection device in liquid or solid form, preferably the metal elements are loaded in solid form.
  • the mold 1 only includes a single imprint 2.
  • the invention and variants thereof can make it possible, in general, to propose an injection device for the simultaneous production of a large quantity of excellent quality AMA molded parts, suitable for production of industrial rate, and/or for the production of at least one large volume AMA molded part.
  • the present inventors have thus developed an injection device for the industrial production of AMA molded parts making it possible to manage the injection parameters as finely as the devices of the prior art such as that disclosed for example in document WO2018/224418 A1.
  • the device of the cited prior art allowed the production of good quality molded parts but with a lower rate and/or a limited volume.
  • the present inventors discovered that it was possible to carry out an injection of molten metal alloy using a multipiston system comprising a support on which at least two injection pistons are mounted. The relative translation of the mold and the different pistons mounted on the multipiston system is thus carried out by a single actuator.
  • FIG. 1 shows an injection device when the multipiston system is in the position for loading the metal elements according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an injection device when the multipiston system is in a position allowing the metal elements to melt according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows an injection device when the multipiston system is in the injection position of the metal elements according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows an injection device comprising a pre-stressed damping system, the multipiston system being in the position for loading the metal elements, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows an injection device comprising a pre-stressed damping system, the multipiston system being in the position of injecting the metal elements, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows an injection device comprising a unique impression according to one embodiment of the invention
  • FIG. 7 shows an injection device when the multipiston system is in the position for loading the metal elements according to one embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows an injection device when the multipiston system is in the injection position, the molten metal elements being charged in the liquid state according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows an injection device when the multipiston system is in the injection position and comprises a pre-stressed damping system, the molten metal elements being loaded in the liquid state according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 10 represents a 3-point bending curve obtained during mechanical tests making it possible to evaluate the elastic limit, oel, and the plastic contribution to the deflection, fp, of the amorphous metal alloy samples.
  • the term “metallic glass” or “amorphous metal alloy” or “AMA” means metals or metal alloys which 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 which is crystalline in nature. We can therefore generalize this definition to metals or metal alloys which are partially crystalline and which, therefore, contain a fraction of crystals, as long as the amorphous fraction is 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%, even more preferably greater than 70% and even greater than 80%.
  • a metallurgical structure is said to be “totally amorphous” within the meaning of the present invention when an X-ray diffraction analysis as described below does not reveal a 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 highlights a few crystallization peaks.
  • the term “amorphous” is used both for so-called “totally amorphous” alloys and for so-called “partially amorphous” alloys within the meaning of the invention.
  • Application W02020/128170 A1 includes an illustration of an XRD analysis of a metal alloy in the “totally amorphous” state, the amorphous fraction being very largely in the majority compared to the crystalline fraction.
  • Application W02020/128170 A1 includes an illustration of a similar analysis carried out on an alloy in the “partially amorphous” state, the amorphous fraction being 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 W02020/128170 A1 also includes an illustration of a similar analysis carried out on a crystalline alloy, the crystalline fraction being the majority compared to the amorphous fraction. In this last figure, the characteristic bump of the AMAs is not present and the crystallinity peaks are clearly visible.
  • test parameters are as follows:
  • the 3-point bending curve presents a first linear elastic part then a plastic plate, as illustrated in Figure 10.
  • the elastic limit, oel is calculated according to the following formula 1:
  • the elastic deformation capacity, £e is calculated according to the following formula 4: [Math. 4]
  • 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 AMA parts of large volume than was previously possible. not possible to produce until then.
  • at least two injection chambers 3 can be connected to a single cavity 2.
  • the mold 1 only includes a single cavity 2, each of the chambers injection 3 therefore being connected to this single impression 2. This embodiment is illustrated in Figures 6 and 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 mode is illustrated in Figures 1 and 7.
  • the term “loading of the metal elements 8” or “loaded metal elements 8” in the device means the fact 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 cavity(ies) 2 of the mold 1.
  • the metal elements 8 can be loaded in solid form.
  • the metal elements 8 can thus be in the form of a grain of more or less spherical shape composed of a material capable of forming a metallic glass.
  • the injection device corresponds to a vertical injection device.
  • the loading position illustrated in Figure 1 is such that the upper end faces 9 of the pistons are located below the mold 1 and the heating means 5. In this loading position, the metal elements 8 in the state solid are deposited on the upper end face 9 of the injection pistons 4.
  • the upper end face 9 of the injection pistons 4 comprises a central recessed 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.
  • the central recessed shape 11 can 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 recessed shape 11.
  • the loading operation that is to say depositing each of the metal elements 8 on an end face 9 of a piston 4, can be carried out by a manipulator arm .
  • the loading operation can be carried out in the following manner.
  • a confinement 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 confinement ring .
  • a metal element 8 is placed in an upper part of the gutter. The metal element 8 slides by gravity in the gutter and enters 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, we remove the gutter and remove the containment ring, without hitting the metal element 8 removed.
  • the volume of a metal element 8 can be approximately one tenth of a milliliter to five milliliters.
  • the metal elements 8 are heated until they pass into a molten state.
  • the molten metal elements 8 although in the liquid state, substantially take the shape of a sphere, generally flattened, which rests and naturally takes a central position on the central shape in hollow 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.
  • the pistons 4 are moved from the intermediate position towards their respective injection chamber 3.
  • the mold 1 is moved towards the pistons 4.
  • each of the molten metal elements 8 is introduced into their own injection chamber 3, without it touching the peripheral wall of said injection chamber 3, the face end 9 of each of the pistons 4 engages in the injection chamber 3 which corresponds to it forming a sliding fit with little clearance between these two elements.
  • each of the pistons 4 moves towards the mold 1 to create a pressure in each of the injection chambers 3 which causes the injection of each of the metal elements 8 in fusion into the cavity 2 or the impressions 2.
  • One or more vents in the mold 1 are optionally provided.
  • the end face 9 of the piston 4 does not preferably reach the bottom of its injection chamber 3.
  • 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.
  • 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 d a given volume of alloy on 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 recessed shape 11 capable of containing the desired volume of metallic element 8 in the liquid state.
  • upper end face 9 of the injection pistons 4 means the face of the pistons 4 facing the injection chamber 3 which corresponds to them.
  • the device comprises at least one heating means 5 capable of melting the metal elements 8.
  • the heating means 5 is preferably chosen from heating by induction, by electric arc, by laser beam or even by beam of electrons.
  • the heating means 5 is preferably located below the mold 1, consisting of for example by induction turns coaxial with each of the pistons 4, wound for example in a cylinder or 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.
  • the device may further comprise means for heating and/or cooling at least a part of each of the pistons 4, this part being closest to their upper end face 9.
  • 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 impression(s) 2 does not crystallize and 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.
  • 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.
  • the device comprises a multipiston system 6.
  • the simultaneous injection of metal elements 8 in volume fusion capable of forming one or more molded parts in good quality AMA appeared until now to be an excellent technical solution for increasing the productivity of injection processes and/or to imagine producing larger volume AMA castings while maintaining excellent quality of amorphization of the alloy but also seemed unrealistic to adapt to an injection device.
  • piston actuators are complex and bulky systems and the present inventors have found that their simultaneous operation is difficult to achieve. This difficulty is even greater, particularly in the case where the device only includes 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 multipiston system 6 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 capable of moving 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 elements metal 8 in the injection chambers 3).
  • Such a multipiston system 6 makes it possible to resolve 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
  • the actuator 13 can be positioned at the level of 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.
  • an actuator 13 can be positioned at the level of the mold 1 and a second at the level of the support 7.
  • the actuator 13 can be any means translational drive such as, in particular, a jack, a screw-nut system or even a ball screw system.
  • each injection piston 4 of the device comprises a pre-stressed damping system 10 capable of exerting, when the injection piston 4 is in the injection position , a force on the molten metal element 8 corresponding to said injection piston 4 ( Figure 5).
  • This force included in a determined force range, can thus be different from that of the other injection piston(s) 4.
  • Such a pre-stressed damping system 10 ensures 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 difference in height, even small (dimensional tolerances) of the pistons 4 between them or of the injection chambers 3, in mass of the different metallic elements 8 and/or any other element of said device can cause an impression 2 of the mold 1 to be filled before the others. In the absence of a damping system 10, the other pistons 4, cooperating with the other indentations 2 not completely filled, can then find themselves blocked and said indentations 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 in relation to the others.
  • the other pistons 4 can thus continue their stroke until their cavity is completely filled.
  • the damping systems 10 make it possible to apply a minimum pressure on the alloy in each of the injection chambers 3 and to ensure homogeneous pressurization of the alloy in the cavity 2.
  • 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.
  • the pre-stressed damping system 10 is advantageously chosen from: mechanical springs (helical spring type, spring washers), a system using a gas under pressure (gas cylinder) and a system using a fluid under pressure (hydraulic cylinder ).
  • the direction of injection can be vertical and the direction of injection from bottom to top or top to bottom, horizontal or even inclined at an angle between 0 and 90 degrees relative to the vertical.
  • the injection direction is vertical and, even more preferably, the injection direction is vertical and the injection direction is from bottom to top.
  • Figure 6 illustrates an injection device comprising a single impression 2.
  • Different injection chambers 3 are connected to a single cavity 2 so as to be able to produce a part in AMA large volume and excellent quality.
  • Simultaneous injection was in fact not possible until now industrially. Indeed, the simultaneous management of means of translation of the different injection pistons 4 and/or of the mold 1 is extremely complex and these different means of translation are too bulky to allow easy assembly on an injection device industrial.
  • the present inventors have, however, developed a multipiston system 6 comprising a support 7 on which the injection pistons 4 are mounted.
  • the relative translation of the mold 1 and the multipiston system 6 can thus be carried out by a single actuator 13.
  • several actuators 13 can be included in the device, for example one for translating the mold 1 and the other for translating the multipiston system 6.
  • Figure 7 illustrates an injection device when the multipiston system 6 is in the loading position of the metal elements 8 according to one embodiment of the invention.
  • the mold 1 (whatever the embodiment of the invention) is made up of at least two parts that can be dissociated from each other along a plane intersecting each of the imprints 2 so as to allow the parts to be unmolded. molded in AMA.
  • the loading of the metal elements 8, in the solid or liquid state can be carried out in a position where the upper end face 9 of the pistons 4 is located in a space located between the different parts of the mold 1 when the latter is in the open position, that is to say that these different parts are separated so as to allow the unmolding and/or loading of the metal elements 8.
  • Such an embodiment makes it possible in particular to have the possibility of carrying out the removal metal elements 8 on the pistons 4 just after or at the same time as the castings are ejected and recovered.
  • the parts recovery system can in fact be the same as that carrying out the removal of the metal elements 8 (with a robotic arm for example).
  • Figure 8 illustrates an injection device in which the metal elements 8 are charged in the liquid state, therefore in fusion.
  • the device shown corresponds to a vertical injection device but any other injection orientation can also be considered.
  • the metal elements 8 can be melted in a crucible using a heating means 5, both not shown.
  • the resulting molten metal alloy can be brought into a hollow form
  • an actuator for example using chutes going from the crucible to each of the end faces 9 of the pistons 4.
  • an actuator for example using chutes going from the crucible to each of the end faces 9 of the pistons 4.
  • the multipiston system 6 allows the multipiston system 6 to be moved along a longitudinal axis parallel to the direction of the pistons 4.
  • the multipiston system 6 can thus be translated vertically in order to inject the molten alloy into the injection chambers 3.
  • the embodiment of the device shown in Figures 8 and 9 comprises a pre-stressed damping system 10 at the base of each injection piston 4.
  • the pre-stressed damping system 10 ensures a minimum pressure applied to the molten metal elements 14 in each of the injection chambers 3.
  • Figures 8 illustrate a difference in height of the pistons 4 between them.
  • the damping system 10 allows complete filling of each of the indentations 2 even in the case of a difference in height of the pistons 4 whatever the reason.
  • the invention also relates to an injection process for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising the steps:
  • substantially simultaneously is meant the fact that the metal elements 8, due to their difference in possible volumes and/or due to the pressure differences within the injection chambers 3, in the height of the pistons 4 between them , and/or possible defects in the geometry of the pistons 4, the injection chambers 3 and/or any other element of the device, can be injected concomitantly within a few milliseconds or microseconds.
  • AMAs are alloys whose metallurgical quality can be difficult to control.
  • the device is configured so that the stages where the metal elements are in fusion, 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.
  • a controlled atmosphere may be a high vacuum, in particular a vacuum 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 an atmosphere of neutral gas, for example an atmosphere of argon or nitrogen, the pressure may then be lower or higher than atmospheric pressure.
  • Pressure injection of AMA also ideally requires management of "cold spots” which are the contact zones of the molten alloy with the different elements of the device, in particular the piston(s). At these “cold spots”, part of the heat provided to melt the AMA is dissipated. Control of the melting cycle in these areas can therefore be difficult to guarantee. Managing a small volume of alloy allows better control of these "cold spots” as well as thermal gradients in the AMA.
  • the device is a vertical injection device.
  • a multipiston system making it possible to simultaneously inject small volumes of molten AMA and a vertical injection device, for example such as that described in application WO2018/224418 A1
  • Such an embodiment also makes it possible to avoid potential chemical interactions which could then lead to pollution of the metallic elements and/or rapid deterioration of the elements of the device (thermal is in fact more difficult to manage with volumes of alloy per cycle higher or an increased process rate).
  • the invention can be applied 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 with larger volumes than was previously possible using a single injection piston.
  • injection chamber - 4 injection piston
  • actuator injection pistons and/or mold
  • ejector ejector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to an injection device for producing at least one amorphous metal alloy moulded part, comprising: (i) a mould having at least two injection chambers connected to at least one moulding cavity; and (ii) at least one heating means capable of melting metal elements; and a multi-piston system comprising: (1) at least two injection pistons, the respective main axes of which 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 mould 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 injection chambers. The invention also relates to an injection method for producing at least one amorphous metal alloy moulded part.

Description

Description Description
Titre : Dispositif d’injection pour alliage métallique amorphe Title: Injection device for amorphous metal alloy
Domaine technique Technical area
[0001] La présente invention relève du domaine de la production par moulage sous pression de pièces en alliage métallique amorphe. [0001] The present invention relates to the field of production by die casting of amorphous metal alloy parts.
Technique antérieure Prior art
[0002] 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. [0002] “Amorphous metallic alloys” (AMAs) or “metallic glasses” have exceptional mechanical properties compared to their traditional crystalline counterparts: high yield strength and hardness, significant elastic deformation capacity, high fatigue resistance, to corrosion and abrasion.
[0003] 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. [0003] Long limited by manufacturing processes leading to geometries that are not very inclined to industrialization, AMA parts can now be obtained industrially via, in particular, processes for molding a metal alloy capable of forming a metallic glass. Such processes consist first of all in filling an impression of a mold with a metal alloy previously molten. The alloy thus molded is then cooled quickly enough to obtain a part in the shape of the impression whose amorphous phase is the majority 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 die casting.
[0004] 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. [0005] 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). [0004] The term “pressure casting process” refers to a process during which pressure is applied to the molten alloy during the step of filling the impression. The pressure is exerted to guarantee optimum filling of the impression and “compact” the alloy in it. This pressure is generally exerted by a mechanical action, for example using a piston, and can be reinforced by the joint action of a depression or an excess pressure of the atmosphere within the mold or of other mechanical system such as, for example, a movable insert in the mold. [0005] The present invention relates more particularly to the pressure molding of AMA parts, generally considered to be the process most suited to industrialization. It is in fact known that such a process makes it possible to manufacture parts of 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 and al. Near-Net Forming Complex Shaped Zr-Based Bulk Metallic Glasses by High Pressure Die Casting 2018, 11, 2338;
[0006] 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. [0006] Thus, to guarantee excellent quality of the AMA parts produced, the quantity of alloy melted and then injected must be limited and the process cycle times generally exceed one minute. The limitation of injectable volume and cycle times therefore impose a limit in terms of production rate and/or volume of parts in AMA for industrial production.
Problème technique Technical problem
[0007] 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. [0007] There is therefore a need for an injection device and a pressure molding process for the manufacture of good quality AMA parts, possibly of larger volume, said process also having high productivity. The increase in productivity of the process must not, however, impact the quality of the parts compared to a process with lower productivity because it requires working at smaller volumes.
Résumé de l’invention Summary of the invention
[0008] Il est donc proposé un dispositif d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant : [0008] An injection device is therefore proposed for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising:
- un moule 1 présentant au moins deux chambres d’injection 3 reliées à au moins une empreinte 2 ; et - a mold 1 having at least two injection chambers 3 connected to at least one cavity 2; And
- au moins un moyen de chauffage 5 apte à mettre en fusion des éléments métalliques 8 ; et - at least one heating means 5 capable of melting metal elements 8; And
- un système multipiston 6 comprenant : o 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 o 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 il. optionnellement, la mise en fusion desdits éléments métalliques 8 ; et ill. l’injection des éléments métalliques 8 en fusion dans les chambres d’injection 3. - a multipiston system 6 comprising: o at least two injection pistons 4 whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber 3 and o a support 7 cooperating with each of the injection pistons 4; and such that the support 7 and/or the mold 1 are capable of moving along an axis parallel to the main axes of the injection pistons 4 so as to allow: i. loading the metal elements 8; and he. optionally, melting said metal elements 8; and ill. the injection of molten metal elements 8 into the injection chambers 3.
[0009] Selon une possibilité, l’invention propose un dispositif d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant : un moule présentant au moins deux chambres d’injection reliées à au moins une empreinte ; et au moins un moyen de chauffage apte à mettre en fusion des éléments métalliques ; un système multipiston comprenant: o au moins deux pistons d’injection dont les axes principaux respectifs sont alignés chacun à celui de leur chambre d’injection correspondante et o un support coopérant avec chacun des pistons d’injection; 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 : i. le chargement des éléments métalliques; et il. optionnellement, la mise en fusion desdits éléments métalliques ; et ill. l’injection des éléments métalliques en fusion dans les chambres d’injection, et o un actionneur unique configuré pour coopérer avec le support ou avec le moule de sorte à entrainer le déplacement relatif du moule et du support le long de l’axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection. [0009] According to one possibility, the invention proposes an injection device for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising: a mold having at least two injection chambers connected to at least one cavity; and at least one heating means capable of melting metal elements; a multipiston system comprising: o at least two injection pistons whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber and o a support cooperating with each of the injection pistons; 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: i. loading of metal elements; and he. optionally, melting said metal elements; and ill. the injection of molten metal elements into the injection chambers, and o a single actuator configured to cooperate with the support or with the mold so as to cause the relative movement of the mold and the support along the axis parallel to the main axes of the injection pistons.
La mise en translation relative du moule et des différents pistons montés sur le système multipiston est ainsi effectuée par un actionneur unique. The relative translation of the mold and the different pistons mounted on the multipiston system is thus carried out by a single actuator.
Ceci rend possible la translation des au moins deux pistons de manière concomitante le long de leurs axes principaux respectifs grâce à l’action d’un seul actionneur unique lorsqu’il agit sur le support. [0010] 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 : This makes it possible to translate the at least two pistons concomitantly along their respective main axes thanks to the action of a single single actuator when it acts on the support. [0010] According to another aspect, an injection process is proposed for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising the steps:
- charger des éléments métalliques 8 dans le dispositif précédemment décrit, les éléments métalliques 8 étant chargés sous forme solide ou en état de fusion ;- load metal elements 8 into the device previously described, the metal elements 8 being loaded in solid form or in a molten state;
- optionnellement, mettre en fusion les éléments métalliques introduits sous forme solide ; - optionally, melt the metal elements introduced in solid form;
- 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. - relatively move 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 impression 2 or the impressions 2 of the device to obtain, after cooling, at least one molded part of amorphous metal alloy.
[0011] 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. [0011] The characteristics set out in the following paragraphs can optionally be implemented. They can be implemented independently of each other or in combination with each other.
[0012] Selon une possibilité, l’actionneur unique est configuré pour être positionné au niveau du moule de façon à permettre le déplacement relatif du moule et du support. [0012] According to one possibility, the single actuator is configured to be positioned at the level of the mold so as to allow the relative movement of the mold and the support.
[0013] Selon une variante, l’actionneur unique est configuré pour être positionné au niveau du support de façon à permettre le déplacement relatif du moule et du support. Ceci permet la translation des au moins deux pistons de manière concomitante le long de leurs axes principaux respectifs grâce à l’action d’un seul actionneur unique sur le support. [0013] According to a variant, the single actuator is configured to be positioned at the level of the support so as to allow the relative movement of the mold and the support. This allows the translation of at least two pistons concomitantly along their respective main axes thanks to the action of a single unique actuator on the support.
[0014] Selon une possibilité, l’actionneur unique est un moyen d’entrainement en translation, notamment un vérin, un système de vis-écrou ou encore un système vis à billes [0014] According to one possibility, the single actuator is a translation drive means, in particular a jack, a screw-nut system or even a ball screw system
[0015] 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. [0015] 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, a pressure on the molten metal element 8 corresponding to said injection piston 4, this effort, included in a determined force range, which may be different from that of the other injection piston(s) 4.
[0016] Selon une possibilité, chaque système d’amortissement précontraint est disposé entre le support et le piston d’injection respectif. Ceci permet de limiter les pics de pression à l'intérieur du moule, créés par l'énergie cinétique du fait la rapidité de l’injection et de la pression utilisée lors du remplissage de l’au moins une empreinte. Cette configuration permet en effet de réduire la masse entre l’élément métallique et le système d’amortissement précontraint. [0016] According to one possibility, each pre-stressed damping system is arranged between the support and the respective injection piston. This makes it possible to limit pressure peaks inside the mold, created by kinetic energy due to the speed of the injection and the pressure used when filling at least one cavity. This configuration makes it possible to reduce the mass between the metallic element and the pre-stressed damping system.
[0017] Selon une disposition, chaque système d’amortissement précontraint est disposé à la base du piston d’injection respectif. [0017] According to one arrangement, each pre-stressed damping system is arranged at the base of the respective injection piston.
[0018] 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. [0018] 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.
[0019] 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: heating by induction, by electric arc, by laser beam, by electron beam.
[0020] Selon un mode de réalisation du dispositif d’injection, la direction d’injection est : [0020] According to one embodiment of the injection device, the injection direction is:
- verticale et le sens d’injection de bas en haut ou de haut en bas, - vertical and the direction of injection from bottom to top or top to bottom,
- horizontale, - horizontal,
- 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.- inclined at an angle between 0 and 90 degrees relative to the vertical, preferably the direction of injection is vertical and even more preferably the direction of injection is vertical and the direction of injection is from bottom to top.
Selon une possibilité, chaque piston d’injection comprend une face d’extrémité supérieure présentant une surface configurée de sorte que l’élément métallique mis en fusion et situé sur la surface ne dépasse pas latéralement de ladite face d’extrémité. Ainsi, chacun des éléments métalliques en fusion est introduit dans leur chambre d’injection propre, sans toucher la paroi périphérique de ladite chambre d’injection. Ceci permet d’éviter le refroidissement de l’élément métallique au contact avec la chambre d’injection et de bloquer le piston d’injection. [0021] Selon une disposition, chaque piston d’injection comprend une face d’extrémité supérieure présentant une forme en creux et un rebord périphérique apte à empêcher les éléments métalliques de tomber de la face d’extrémité des pistons, notamment des éléments métalliques chargés dans le dispositif d’injection sous forme liquide ou solide, préférentiellement les éléments métalliques sont chargés sous forme solide. According to one possibility, each injection piston comprises an upper end face having a surface configured so that the molten metal element located on the surface does not protrude laterally from said end face. Thus, each of the molten metal elements is introduced into their own injection chamber, without touching the peripheral wall of said injection chamber. This prevents the cooling of the metal element in contact with the injection chamber and blocks the injection piston. [0021] According to one arrangement, each injection piston comprises an upper end face having a recessed shape and a peripheral rim capable of preventing the metal elements from falling from the end face of the pistons, in particular loaded metal elements. in the injection device in liquid or solid form, preferably the metal elements are loaded in solid form.
[0022] 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.
[0023] Selon un mode de réalisation, le moule 1 ne comprend qu’une empreinte 2 unique. According to one embodiment, the mold 1 only includes a single imprint 2.
Solution technique Technical solution
[0024] L’invention et les variantes de celle-ci peuvent permettre, de manière générale, de proposer un dispositif d’injection pour la production simultanée d’une grande quantité de pièces moulées en AMA d’excellentes qualité, adaptée à une production de cadence industrielle, et/ou pour la production d’au moins une pièce moulée en AMA de gros volume. [0024] The invention and variants thereof can make it possible, in general, to propose an injection device for the simultaneous production of a large quantity of excellent quality AMA molded parts, suitable for production of industrial rate, and/or for the production of at least one large volume AMA molded part.
[0025] L’injection simultanée de petits volumes d’alliage en fusion dans une ou plusieurs empreintes semble être une solution astucieuse pour résoudre les problèmes de l’art antérieur. Un tel travail simultané implique pourtant nombre de problèmes techniques à surmonter. Premièrement, la gestion simultanée de moyens de mise en translation des différents pistons d’injection et/ou du moule est extrêmement complexe et ces différents moyens de mise en translation sont trop encombrants pour permettre un montage aisé sur un dispositif d’injection industriel. [0025] The simultaneous injection of small volumes of molten alloy into one or more impressions seems to be a clever solution for solving the problems of the prior art. However, such simultaneous work involves a number of technical problems to overcome. Firstly, the simultaneous management of means of translation of the different injection pistons and/or the mold is extremely complex and these different means of translation are too bulky to allow easy assembly on an industrial injection device.
[0026] Les présents inventeurs ont ainsi mis en point un dispositif d’injection pour la production industrielle de pièces moulées en AMA permettant de gérer les paramètres d’injection aussi finement que les dispositifs de l’art antérieur tel que celui divulgué par exemple dans le document WO2018/224418 A1 . Le dispositif de l’art antérieur cité permettait la production de pièces moulées en bonne qualité mais avec une plus faible cadence et/ou un volume limité. [0027] Ainsi, pour résoudre ces problèmes, les présents inventeurs ont découvert qu’il était possible de réaliser une injection d’alliage métallique en fusion grâce à un système multipiston comprenant un support sur lequel sont montés au moins deux pistons d’injection. La mise en translation relative du moule et des différents pistons montés sur le système multipiston est ainsi effectuée par un actionneur unique.[0026] The present inventors have thus developed an injection device for the industrial production of AMA molded parts making it possible to manage the injection parameters as finely as the devices of the prior art such as that disclosed for example in document WO2018/224418 A1. The device of the cited prior art allowed the production of good quality molded parts but with a lower rate and/or a limited volume. [0027] Thus, to solve these problems, the present inventors discovered that it was possible to carry out an injection of molten metal alloy using a multipiston system comprising a support on which at least two injection pistons are mounted. The relative translation of the mold and the different pistons mounted on the multipiston system is thus carried out by a single actuator.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[0028] 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 appended drawings, in which:
Fig. 1 Fig. 1
[0029] [Fig. 1] montre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston est en position de chargement des éléments métalliques selon un mode de réalisation de l’invention ; [0029] [Fig. 1] shows an injection device when the multipiston system is in the position for loading the metal elements according to one embodiment of the invention;
Fig. 2 Fig. 2
[0030] [Fig. 2] montre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston est en position permettant de mettre en fusion les éléments métalliques selon un mode de réalisation de l’invention ; [0030] [Fig. 2] shows an injection device when the multipiston system is in a position allowing the metal elements to melt according to one embodiment of the invention;
Fig. 3 Fig. 3
[0031] [Fig. 3] montre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston est en position d’injection des éléments métalliques selon un mode de réalisation de l’invention ; [0031] [Fig. 3] shows an injection device when the multipiston system is in the injection position of the metal elements according to one embodiment of the invention;
Fig. 4 Fig. 4
[0032] [Fig. 4] montre un dispositif d’injection comprenant un système d’amortissement précontraint, le système multipiston étant en position de chargement des éléments métalliques, selon un mode de réalisation de l’invention ; [0032] [Fig. 4] shows an injection device comprising a pre-stressed damping system, the multipiston system being in the position for loading the metal elements, according to one embodiment of the invention;
Fig. 5 [0033] [Fig. 5] montre un dispositif d’injection comprenant un système d’amortissement précontraint, le système multipiston étant en position de d’injection des éléments métalliques, selon un mode de réalisation de l’invention ; Fig. 5 [0033] [Fig. 5] shows an injection device comprising a pre-stressed damping system, the multipiston system being in the position of injecting the metal elements, according to one embodiment of the invention;
Fig. 6 Fig. 6
[0034] [Fig. 6] montre un dispositif d’injection comprenant une empreinte unique selon un mode de réalisation de l’invention ; [0034] [Fig. 6] shows an injection device comprising a unique impression according to one embodiment of the invention;
Fig. 7 Fig. 7
[0035] [Fig. 7] montre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston est en position de chargement des éléments métalliques selon un mode de réalisation de l’invention ; [0035] [Fig. 7] shows an injection device when the multipiston system is in the position for loading the metal elements according to one embodiment of the invention;
Fig. 8 Fig. 8
[0036] [Fig. 8] montre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston est en position d’injection, les éléments métalliques en fusion étant chargés à l’état liquide selon un mode de réalisation de l’invention. [0036] [Fig. 8] shows an injection device when the multipiston system is in the injection position, the molten metal elements being charged in the liquid state according to one embodiment of the invention.
Fig. 9 Fig. 9
[0037] [Fig. 9] montre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston est en position d’injection et comprend un système d’amortissement précontraint, les éléments métalliques en fusion étant chargés à l’état liquide selon un mode de réalisation de l’invention. [0037] [Fig. 9] shows an injection device when the multipiston system is in the injection position and comprises a pre-stressed damping system, the molten metal elements being loaded in the liquid state according to one embodiment of the invention.
Fig. 10 Fig. 10
[0038] [Fig. 10] représente une courbe de flexion 3 points obtenue lors des essais mécaniques permettant d’évaluer la limite élastique, oel, et la contribution plastique à la flèche, fp, des échantillons en alliage métallique amorphe. [0038] [Fig. 10] represents a 3-point bending curve obtained during mechanical tests making it possible to evaluate the elastic limit, oel, and the plastic contribution to the deflection, fp, of the amorphous metal alloy samples.
Description des modes de réalisation Description of embodiments
[0039] 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. [0040] 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%. [0039] The drawings and the description below contain, for the most part, elements of a certain nature. They can therefore not only be used to better understand the present invention, but also contribute to its definition, if necessary. [0040] Here, the term “metallic glass” or “amorphous metal alloy” or “AMA” means metals or metal alloys which 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 which is crystalline in nature. We can therefore generalize this definition to metals or metal alloys which are partially crystalline and which, therefore, contain a fraction of crystals, as long as the amorphous fraction is 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%, even more preferably greater than 70% and even greater than 80%.
[0041] 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-AI 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 W02020/128170 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 W02020/128170 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 W02020/128170 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 W02020/128170 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. [0041] It is specified here that a metallurgical structure is said to be “totally amorphous” within the meaning of the present invention when an X-ray diffraction analysis as described below does not reveal a 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 highlights a few crystallization peaks. Unless otherwise specified, the term “amorphous” is used both for so-called “totally amorphous” alloys and for so-called “partially amorphous” alloys within the meaning of the invention. Such an evaluation of the amorphous character of a metallic alloy is detailed in the article Cheung et al., 2007 (Cheung et al. (2007) “Thermal and mechanical properties of Cu-Zr-AI bulk metallic glasses)” doi:10.1016 /j.jallcom.2006.08.109). It makes it possible to carry out an average analysis on a surface and to overcome the few inevitable metallurgical defects, while only analyzing crystals of significant size, that is to say greater than a few nanometers and/or in significant quantities. Figures from application W02020/128170 A1 represent an XRD analysis as described previously. These figures show the intensity of the diffracted beam as a function of the angle between the incident beam and the diffracted beam. Application W02020/128170 A1 includes an illustration of an XRD analysis of a metal alloy in the “totally amorphous” state, the amorphous fraction being very largely in the majority compared to the crystalline fraction. Application W02020/128170 A1 includes an illustration of a similar analysis carried out on an alloy in the “partially amorphous” state, the amorphous fraction being 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 W02020/128170 A1 also includes an illustration of a similar analysis carried out on a crystalline alloy, the crystalline fraction being the majority compared to the amorphous fraction. In this last figure, the characteristic bump of the AMAs is not present and the crystallinity peaks are clearly visible.
[0042] On entend ici par « capacité de déformation élastique, se » 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, oel, et la contribution plastique à la flèche, fp, sont évaluées comme suit. [0042] Here we mean “elastic deformation capacity, se” the maximum reversible deformation that a material can undergo. Beyond this value, the material will break or plastically deform (irreversible deformation). The elastic deformation is expressed in % and is determined during a bending test. Thus, according to the present description, the elastic limit, oel, and the plastic contribution to the deflection, fp, are evaluated as follows.
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. 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.
Les paramètres de l’essai sont les suivants : The test parameters are as follows:
- Longueur entre appuis L=10 mm - Length between supports L=10 mm
- Largeur échantillon b=10 mm - Sample width b=10 mm
- Epaisseur échantillon h=0,50 mm - Sample thickness h=0.50 mm
- Longueur échantillon 1=15 mm - Sample length 1=15 mm
- Vitesse de traverse v=0,005 mm/s - Crosshead speed 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 figure 10. The 3-point bending curve presents a first linear elastic part then a plastic plate, as illustrated in Figure 10.
La limite élastique, oel, est calculée selon la formule 1 suivante : The elastic limit, oel, is calculated according to the following formula 1:
[Math. 1] [Math. 1]
3 x Fe x L ael = — — ; - — 3 x Fe x L ael = — — ; - —
2 x b x h2 où Fe est calculé selon la formule 2 suivante : 2 xbxh 2 where Fe is calculated according to the following formula 2:
[Math. 2]
Figure imgf000013_0001
avec
[Math. 2]
Figure imgf000013_0001
with
- 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] fp = fr — fe avec - 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] fp = fr — fe with
-fe est la flèche atteinte à un niveau de contrainte correspondant à la limite élastique, soit 2Fmax/3 ; et -fe is the deflection reached at a stress level corresponding to the elastic limit, i.e. 2Fmax/3; And
- fr est la flèche à rupture. - fr is the break arrow.
La capacité de déformation élastique, £e, est calculée selon la formule 4 suivante : [Math. 4] The elastic deformation capacity, £e, is calculated according to the following formula 4: [Math. 4]
(6XFe X/l) se = - - -(6XFe X/l) se = - - -
L2 L 2
[0043] 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 AMA parts of large volume than was previously possible. not possible to produce until then. 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 only includes a single cavity 2, each of the chambers injection 3 therefore being connected to this single impression 2. This embodiment is illustrated in Figures 6 and 7.
[0044] 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. [0044] 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 mode is illustrated in Figures 1 and 7.
[0045] 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 . [0045] For the purposes of the present invention, the term “loading of the metal elements 8” or “loaded metal elements 8” in the device means the fact 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 cavity(ies) 2 of the mold 1.
[0046] 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 figure 1 est telle que les faces d’extrémité 9 supérieures des pistons se situent en-dessous du moule 1 et du moyen de chauffage 5. Dans cette position de chargement, les éléments métalliques 8 à l’état solide sont déposés sur la face d’extrémité 9 supérieure des pistons d’injection 4. [0046] Reference is now made to Figures 1 to 3 to illustrate one embodiment of the invention. Thus, the metal elements 8 can be loaded in solid form. The metal elements 8 can thus be in the form of a grain of more or less spherical shape composed of a material capable of forming a metallic glass. In the embodiment of Figures 1 to 3, the injection device corresponds to a vertical injection device. The loading position illustrated in Figure 1 is such that the upper end faces 9 of the pistons are located below the mold 1 and the heating means 5. In this loading position, the metal elements 8 in the state solid are deposited on the upper end face 9 of the injection pistons 4.
[0047] 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 1 1 . The upper end face 9 of the injection pistons 4 comprises a central recessed 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 recessed shape 11 can 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 recessed shape 11.
[0048] 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. [0048] According to a variant embodiment, the loading operation, that is to say depositing each of the metal elements 8 on an end face 9 of a piston 4, can be carried out by a manipulator arm .
[0049] 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. [0049] According to another alternative embodiment, the loading operation can be carried out in the following manner. A confinement 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 confinement ring . A metal element 8 is placed in an upper part of the gutter. The metal element 8 slides by gravity in the gutter and enters 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, we remove the gutter and remove the containment ring, without hitting the metal element 8 removed.
[0050] A titre indicatif, le volume d’un élément métallique 8 peut être d’environ un dixième de millilitre à cinq millilitres. [0050] As an indication, the volume of a metal element 8 can be approximately one tenth of a milliliter to five milliliters.
[0051] Après quoi, les pistons 4 sont déplacés en translation vers le haut jusqu’à une position intermédiaire illustrée sur la figure 2, dans laquelle les éléments métalliques 8 sont situés dans l’espace intérieur du moyen de chauffage 5, par exemple à l’intérieur des spires d’un moyen de chauffage 5 à induction. After which, the pistons 4 are moved in translation upwards to an intermediate position illustrated in Figure 2, in which the metal elements 8 are located in the interior space of the heating means 5, for example at inside the turns of an induction heating means 5.
[0052] 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. [0052] 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 surface tensions, the molten metal elements 8, although in the liquid state, substantially take the shape of a sphere, generally flattened, which rests and naturally takes a central position on the central shape in hollow 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.
[0053] 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. [0053] 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.
[0054] Ce faisant, comme illustré sur la figure 3, chacun des éléments métalliques 8 en fusion est introduit dans leur chambre d’injection 3 propre, sans qu’il ne touche la paroi périphérique de ladite chambre d’injection 3, la face d’extrémité 9 de chacun des pistons 4 s’engage dans la chambre d’injection 3 qui lui correspond formant un ajustement glissant à faible jeu entre ces deux éléments. [0054] In doing so, as illustrated in Figure 3, each of the molten metal elements 8 is introduced into their own injection chamber 3, without it touching the peripheral wall of said injection chamber 3, the face end 9 of each of the pistons 4 engages in the injection chamber 3 which corresponds to it forming a sliding fit with little clearance between these two elements.
[0055] 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. [0056] 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. [0055] 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 metal elements 8 in fusion into the cavity 2 or the impressions 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 does not preferably reach the bottom of its injection chamber 3. [0056] It follows from the above that, until the actual phase of injection into the cavity(ies) 2, the molten metal elements 8 are only in local contact with the central recessed shape 11 of the piston 4 on which they are placed, without other contact, and remain at a distance from the wall of the injection chambers 3 as long as they do not reach the bottom of their injection chamber 3, so that the metallic material does not crystallize.
[0057] 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. [0057] According to another embodiment illustrated in Figures 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 d a given volume of alloy on 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 recessed shape 11 capable of containing the desired volume of metallic element 8 in the liquid state.
[0058] 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. [0058] For the purposes of the present description and whatever the embodiment, the term “upper end face 9” of the injection pistons 4 means the face of the pistons 4 facing the injection chamber 3 which corresponds to them.
[0059] 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. [0059] The device comprises at least one heating means 5 capable of melting the metal elements 8. The heating means 5 is preferably chosen from heating by induction, by electric arc, by laser beam or even by beam of electrons. By way of example, according to one embodiment of the device where the injection is a vertical injection and the metal elements 8 are charged in the solid state, the heating means 5 is preferably located below the mold 1, consisting of for example by induction turns coaxial with each of the pistons 4, wound for example in a cylinder or 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. In 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 metal elements 8 in fusion, well that in the liquid state, take substantially the shape of a sphere, generally flattened and do not protrude laterally from said end face 9.
[0060] 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 means for heating and/or cooling at least a part of each of the pistons 4, this part being closest to their upper end face 9.
[0061] 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. [0061] 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 impression(s) 2 does not crystallize and 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.
[0062] 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. [0062] 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.
[0063] 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). [0063] The device comprises a multipiston system 6. The simultaneous injection of metal elements 8 in volume fusion capable of forming one or more molded parts in good quality AMA appeared until now to be an excellent technical solution for increasing the productivity of injection processes and/or to imagine producing larger volume AMA castings 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 is difficult to achieve. This difficulty is even greater, particularly in the case where the device only includes 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. It is therefore proposed a multipiston system 6 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 capable of moving 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 elements metal 8 in the injection chambers 3).
[0064] 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. [0064] Such a multipiston system 6 makes it possible to resolve 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 a variant embodiment, the actuator 13 can be positioned at the level of 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 variant but with the same objective, an actuator 13 can be positioned at the level of the mold 1 and a second at the level of the support 7. The actuator 13 can be any means translational drive such as, in particular, a jack, a screw-nut system or even a ball screw system.
[0065] 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 (figure 5). Cet effort, compris dans une plage d’effort déterminée, peut ainsi être différent de celui du ou des autres pistons d’injection 4. [0065] According to an advantageous embodiment, illustrated in Figures 4 and 5, each injection piston 4 of the device comprises a pre-stressed damping system 10 capable of exerting, when the injection piston 4 is in the injection position , a force on the molten metal element 8 corresponding to said injection piston 4 (Figure 5). This force, included in a determined force range, can thus be different from that of the other injection piston(s) 4.
[0066] 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. [0066] Such a pre-stressed damping system 10 ensures 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 difference in height, even small (dimensional tolerances) of the pistons 4 between them or of the injection chambers 3, in mass of the different metallic elements 8 and/or any other element of said device can cause an impression 2 of the mold 1 to be filled before the others. In the absence of a damping system 10, the other pistons 4, cooperating with the other indentations 2 not completely filled, can then find themselves blocked and said indentations 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 in relation to the others. The other pistons 4 can thus continue their stroke until their cavity is completely filled. In the same way, in the case of a cavity 2 connected to at least two injection chambers 3, the damping systems 10 make it possible to apply a minimum pressure on the alloy in each of the injection chambers 3 and to ensure homogeneous 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.
[0067] 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). [0067] The pre-stressed damping system 10 is advantageously chosen from: mechanical springs (helical spring type, spring washers), a system using a gas under pressure (gas cylinder) and a system using a fluid under pressure (hydraulic cylinder ).
[0068] 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. [0068] Although the embodiments illustrated in the present document correspond to vertical injection devices, the invention is not limited to this injection mode alone. Thus, the direction of injection can be vertical and the direction of injection from bottom to top or 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 is from bottom to top.
[0069] Il est maintenant fait référence à la figure 6. La figure 6 illustre un dispositif d’injection comprenant une empreinte 2 unique. Différentes chambres d’injection 3 sont reliées à une seule empreinte 2 de façon à pouvoir produire une pièce en AMA de gros volume et d’excellente qualité. L’injection simultanée n’était en effet pas envisageable jusqu’alors industriellement. En effet, la gestion simultanée de moyens de mise en translation des différents pistons d’injection 4 et/ou du moule 1 est extrêmement complexe et ces différents moyens de mise en translation sont trop encombrants pour permettre un montage aisé sur un dispositif d’injection industriel. Les présents inventeurs ont cependant mis au point un système multipiston 6 comprenant un support 7 sur lequel sont montés les pistons d’injection 4. La mise en translation relative du moule 1 et du système multipiston 6 peut ainsi être effectuée par un actionneur 13 unique. Dans un mode de réalisation alternatif, plusieurs actionneurs 13 peuvent être inclus dans le dispositif, par exemple un pour la mise en translation du moule 1 et l’autre pour la mise en translation du système multipiston 6. Dans un mode de réalisation compatible avec le précédent, il peut exister plusieurs système multipiston 6, chacun étant mis en translation par un actionneur 13 propre. [0069] Reference is now made to Figure 6. Figure 6 illustrates an injection device comprising a single impression 2. Different injection chambers 3 are connected to a single cavity 2 so as to be able to produce a part in AMA large volume and excellent quality. Simultaneous injection was in fact not possible until now industrially. Indeed, the simultaneous management of means of translation of the different injection pistons 4 and/or of the mold 1 is extremely complex and these different means of translation are too bulky to allow easy assembly on an injection device industrial. The present inventors have, however, developed a multipiston system 6 comprising a support 7 on which the injection pistons 4 are mounted. The relative translation of the mold 1 and the multipiston system 6 can thus be carried out by a single actuator 13. In an alternative embodiment, several actuators 13 can be included in the device, for example one for translating the mold 1 and the other for translating the multipiston system 6. In an embodiment compatible with the previous, there can exist several multipiston systems 6, each being translated by a specific actuator 13.
[0070] Il est maintenant fait référence à la figure 7. La figure 7 illustre un dispositif d’injection lorsque le système multipiston 6 est en position de chargement des éléments métalliques 8 selon un mode de réalisation de l’invention. Le moule 1 (et ce quel que soit le mode de réalisation de l’invention) est constitué d’au moins deux parties dissociables l’une de l’autre selon un plan coupant chacune des empreintes 2 de façon à permettre le démoulage des pièces moulées en AMA. Le chargement des éléments métalliques 8, à l’état solide ou liquide, peut être effectué dans une position où la face d’extrémité 9 supérieure des pistons 4 se situe dans un espace situé entre les différentes parties du moule 1 lorsque celui-ci est en position ouverte, c’est-à-dire que ces différentes parties sont disjointes de façon à permettre le démoulage et/ou le chargement des éléments métalliques 8. Un tel mode de réalisation permet notamment d’avoir la possibilité de venir réaliser la dépose des éléments métalliques 8 sur les pistons 4 juste après que ou en même temps que les pièces moulées sont éjectées et récupérées. Le système de récupération des pièces peut en effet être le même que celui réalisant la dépose des éléments métalliques 8 (avec un bras robotisé par exemple). [0070] Reference is now made to Figure 7. Figure 7 illustrates an injection device when the multipiston system 6 is in the loading position of the metal elements 8 according to one embodiment of the invention. The mold 1 (whatever the embodiment of the invention) is made up of at least two parts that can be dissociated from each other along a plane intersecting each of the imprints 2 so as to allow the parts to be unmolded. molded in AMA. The loading of the metal elements 8, in the solid or liquid state, can be carried out in a position where the upper end face 9 of the pistons 4 is located in a space located between the different parts of the mold 1 when the latter is in the open position, that is to say that these different parts are separated so as to allow the unmolding and/or loading of the metal elements 8. Such an embodiment makes it possible in particular to have the possibility of carrying out the removal metal elements 8 on the pistons 4 just after or at the same time as the castings are ejected and recovered. The parts recovery system can in fact be the same as that carrying out the removal of the metal elements 8 (with a robotic arm for example).
[0071] Il est maintenant fait référence à la figure 8. La figure 8 illustre un dispositif d’injection dans lequel les éléments métalliques 8 sont chargés à l’état liquide donc en fusion. Le dispositif représenté correspond à un dispositif d’injection verticale mais toute autre orientation d’injection peut également être envisagée. [0071] Reference is now made to Figure 8. Figure 8 illustrates an injection device in which the metal elements 8 are charged in the liquid state, therefore in fusion. The device shown corresponds to a vertical injection device but any other injection orientation can also be considered.
[0072] Selon la figure 8, les éléments métalliques 8 peuvent être mis en fusion dans un creuset à l’aide d’un moyen de chauffage 5, tous deux non représentés. L’alliage métallique en fusion résultant peut être apporté dans une forme en creux[0072] According to Figure 8, the metal elements 8 can be melted in a crucible using a heating means 5, both not shown. The resulting molten metal alloy can be brought into a hollow form
12 de la face d’extrémité 9 des pistons d’injection 4 par tout moyen adapté, par exemple à l’aide de goulottes allant du creuset jusqu’à chacune des faces d’extrémités 9 des pistons 4. Selon le mode de réalisation représenté, un actionneur12 of the end face 9 of the injection pistons 4 by any suitable means, for example using chutes going from the crucible to each of the end faces 9 of the pistons 4. According to the embodiment shown , an actuator
13 permet de déplacer le système multipiston 6 selon un axe longitudinal parallèle à la direction des pistons 4. Le système multipiston 6 peut ainsi être translaté verticalement afin d’injecter l’alliage en fusion dans les chambres d’injection 3. 13 allows the multipiston system 6 to be moved along a longitudinal axis parallel to the direction of the pistons 4. The multipiston system 6 can thus be translated vertically in order to inject the molten alloy into the injection chambers 3.
[0073] 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 figure 9, le système d’amortissement 10 permet un remplissage complet de chacune des empreintes 2 même dans le cas d’une différence de hauteur des pistons 4 quelqu’un soit la raison. [0073] The embodiment of the device shown in Figures 8 and 9 comprises a pre-stressed damping system 10 at the base of each injection piston 4. The pre-stressed damping system 10 ensures a minimum pressure applied to the molten metal elements 14 in each of the injection chambers 3. Figures 8 illustrate a difference in height of the pistons 4 between them. As shown in Figure 9, the damping system 10 allows complete filling of each of the indentations 2 even in the case of a difference in height of the pistons 4 whatever the reason.
[0074] 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 : [0074] The invention also relates to an injection process for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising the steps:
- charger des éléments métalliques 8 dans le dispositif précédemment décrit, les éléments métalliques 8 étant chargés sous forme solide ou en état de fusion ;- load metal elements 8 into the device previously described, the metal elements 8 being loaded in solid form or in a molten state;
- optionnellement, mettre en fusion les éléments métalliques 8 introduits sous forme solide ; - optionally, melt the metal elements 8 introduced in solid form;
- 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. [0075] 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. - relatively move 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 metal elements 8 in fusion in the cavity 2 or the cavity 2 of the device to obtain, after cooling, at least one molded part of amorphous metal alloy. [0075] By “substantially simultaneously” is meant the fact that the metal elements 8, due to their difference in possible volumes and/or due to the pressure differences within the injection chambers 3, in the height of the pistons 4 between them , and/or possible defects in the geometry of the pistons 4, the injection chambers 3 and/or any other element of the device, can be injected concomitantly within a few milliseconds or microseconds.
[0076] 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 1.10’1 mbar, préférentiellement inférieur à 1.10-2 mbar, plus préférentiellement inférieur à 5.10’3 mbar et encore plus préférentiellement inférieur à 1 .10’3 mbar. 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. [0076] AMAs are alloys whose metallurgical quality can be difficult to control. Thus, according to a preferred embodiment of the invention, compatible with the previous modes, the device is configured so that the stages where the metal elements are in fusion, 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. It may be a high vacuum, in particular a vacuum 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 an atmosphere of neutral gas, for example an atmosphere of argon or nitrogen, the pressure may then be lower or higher than atmospheric pressure.
[0077] 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. [0077] To improve 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/molding, that is to say in the field of crystalline materials. Unlike this classic 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 metallic elements of smaller volume. The fusion cycle can thus be carried out on several metallic elements of small volume/small mass (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 bigger one. Thus, the melting temperatures are better controlled and this also ensures good homogenization of the melt. Indeed, controlling the melting quality of the alloy elements thus makes it possible to guarantee a level of quality metallurgical and to have a more homogeneous viscosity during molding, thus improving the filling and repeatability of the injection process.
[0078] 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. [0078] Pressure injection of AMA also ideally requires management of "cold spots" which are the contact zones of the molten alloy with the different elements of the device, in particular the piston(s). At these “cold spots”, part of the heat provided to melt the AMA is dissipated. Control of the melting cycle in these areas can therefore be difficult to guarantee. Managing a small volume of alloy allows better control of these "cold spots" as well as thermal gradients in the AMA.
[0079] 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). [0079] According to a preferred embodiment, the device is a vertical injection device. Thus, the joint use of a multipiston system making it possible to simultaneously inject 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 metallic elements and/or rapid deterioration of the elements of the device (thermal is in fact more difficult to manage with volumes of alloy per cycle higher or an increased process rate).
Application industrielle Industrial application
[0080] 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. [0080] The invention can be applied 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 with larger volumes than was previously possible using a single injection piston.
[0081] 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 [0081] The invention is not limited to the embodiments described above, only by way of example, but it encompasses all the variants that those skilled in the art could envisage in the context of the protection sought. List of reference signs
- 1 : moule - 1: mold
- 2 : empreinte - 2: imprint
- 3 : chambre d’injection - 4 : piston d’injection - 3: injection chamber - 4: injection piston
- 5 : moyen de chauffage - 5: heating means
- 6 : système multipiston - 6: multi-piston system
- 7 : support (des pistons d’injection) - 7: support (injection pistons)
- 8 : élément métallique - 9 : face d’extrémité (d’un piston d’injection) - 8: metallic element - 9: end face (of an injection piston)
- 10 : système d’amortissement précontraint (d’un piston d’injection)- 10: pre-loaded damping system (of an injection piston)
- 11 : forme centrale en creux de la face d’extrémité 9 - 11: hollow central shape of the end face 9
- 12 : rebord périphérique de la face d’extrémité 9 - 12: peripheral edge of end face 9
- 13 : actionneur (des pistons d’injection et/ou du moule) - 14 : éjecteur - 13: actuator (injection pistons and/or mold) - 14: ejector
- 15 : axe principal d’un piston et sa chambre d’injection correspondante - 15: main axis of a piston and its corresponding injection chamber

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] 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) ; un système multipiston (6) comprenant: o 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 o 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 il. optionnellement, la mise en fusion desdits éléments métalliques (8) ; et ill. l’injection des éléments métalliques (8) en fusion dans les chambres d’injection (3). [Claim 1] Injection device for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising: a mold (1) having at least two injection chambers (3) connected to at least one cavity (2) ; and at least one heating means (5) capable of melting metal elements (8); a multipiston system (6) comprising: o at least two injection pistons (4) whose respective main axes are each aligned with that of their corresponding injection chamber (3) and o a support (7) cooperating with each of the injection pistons (4); and such that the support (7) and/or the mold (1) are capable of moving along an axis parallel to the main axes of the injection pistons (4) so as to allow: i. loading the metal elements (8); and he. optionally, melting said metal elements (8); and ill. the injection of molten metal elements (8) into the injection chambers (3).
[Revendication 2] Dispositif d’injection selon la revendication 1 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). [Claim 2] Injection device according to claim 1 such that each injection piston (4) comprises a pre-stressed damping system (10) capable of exerting, when the injection piston (4) is in the position of injection, a pressure on the molten metal element (8) corresponding to said injection piston (4), this force, included in a determined force range, being able to be different from that of the other injection piston(s) ( 4).
[Revendication 3] Dispositif d’injection selon la revendication 2 tel que 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. [Claim 3] Injection device according to claim 2 such that the pre-stressed damping system (10) is chosen from: mechanical springs, a system using a gas under pressure and a system using a fluid under pressure.
[Revendication 4] Dispositif d’injection selon l’une quelconque des revendications précédentes tel que le moyen de chauffage (5) est choisi parmi : les chauffages par induction, par arc électrique, par faisceau laser, par faisceau d’électrons. [Claim 4] Injection device according to any one of the preceding claims such that the heating means (5) is chosen from: heating by induction, by electric arc, by laser beam, by electron beam.
[Revendication 5] Dispositif d’injection selon l’une quelconque des revendications précédentes tel que la direction d’injection est : [Claim 5] Injection device according to any one of the preceding claims such that the direction of injection is:
- verticale et le sens d’injection de bas en haut ou de haut en bas, - vertical and the direction of injection from bottom to top or top to bottom,
- horizontale, - horizontal,
- 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. - inclined at an angle between 0 and 90 degrees relative to the vertical, preferably the direction of injection is vertical and even more preferably the direction of injection is vertical and the direction of injection is from bottom to top.
[Revendication 6] Dispositif d’injection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque piston d’injection (4) comprend une face d’extrémité (9) supérieure présentant une surface configurée de sorte que l’élément métallique (8) mis en fusion et situé sur la surface ne dépasse pas latéralement de ladite face d’extrémité (9). [Claim 6] Injection device according to any one of the preceding claims, in which each injection piston (4) comprises an upper end face (9) having a surface configured so that the metallic element (8 ) melted and located on the surface does not protrude laterally from said end face (9).
[Revendication 7] Dispositif d’injection selon l’une quelconque des revendications précédentes tel que le moule (1 ) ne comprend qu’une empreinte (2) unique. [Claim 7] Injection device according to any one of the preceding claims such that the mold (1) only comprises a single impression (2).
[Revendication 8] Dispositif d’injection selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système multipiston (6) comprend un actionneur unique (13) configuré pour coopérer avec le support (7) ou avec le moule (1 ) de sorte à entrainer le déplacement relatif du moule (1 ) et du support (7) le long de l’axe parallèle aux axes principaux des pistons d’injection (4). [Claim 8] Injection device according to any one of the preceding claims, in which the multipiston system (6) comprises a single actuator (13) configured to cooperate with the support (7) or with the mold (1) so as to to cause the relative movement of the mold (1) and the support (7) along the axis parallel to the main axes of the injection pistons (4).
[Revendication 9] Procédé d’injection pour la production d’au moins une pièce moulée en alliage métallique amorphe, comprenant les étapes : [Claim 9] Injection process for the production of at least one molded part of amorphous metal alloy, comprising the steps:
- charger des éléments métalliques (8) dans le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, les éléments métalliques (8) étant chargés sous forme solide ou en état de fusion ; - loading metal elements (8) into the device according to any one of claims 1 to 8, the metal elements (8) being loaded in solid form or in a molten state;
- optionnellement, mettre en fusion les éléments métalliques introduits sous forme solide ; - optionally, melt the metal elements introduced in solid form;
- 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. - relatively move 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 in the impression (2) or impressions (2) of the device to obtain, after cooling, at least one molded part of amorphous metal alloy.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04231161A (en) * 1990-12-28 1992-08-20 Izumi Ind Ltd High pressure casting device
US5735333A (en) * 1995-05-29 1998-04-07 The Japan Steel Works, Ltd. Low-melting-point metal material injection molding method, and machine for practicing the method
WO2008152665A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Giorgio Benzi Die casting machine with double injection cylinder
EP3162463A1 (en) * 2014-06-26 2017-05-03 Dong Keun Go Apparatus and method for melting and molding metal in vacuum environment
WO2018224418A1 (en) 2017-06-09 2018-12-13 Universite Grenoble Alpes Injection device and method for producing at least one metallic glass part
WO2020128170A1 (en) 2018-12-20 2020-06-25 Vulkam Injection-moulding device and method for manufacturing parts made of metallic glass
US11440088B2 (en) * 2020-10-20 2022-09-13 Shenzhen Leadwell Technology Co., Ltd. Die casting machine and die casting method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04231161A (en) * 1990-12-28 1992-08-20 Izumi Ind Ltd High pressure casting device
US5735333A (en) * 1995-05-29 1998-04-07 The Japan Steel Works, Ltd. Low-melting-point metal material injection molding method, and machine for practicing the method
WO2008152665A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Giorgio Benzi Die casting machine with double injection cylinder
EP3162463A1 (en) * 2014-06-26 2017-05-03 Dong Keun Go Apparatus and method for melting and molding metal in vacuum environment
WO2018224418A1 (en) 2017-06-09 2018-12-13 Universite Grenoble Alpes Injection device and method for producing at least one metallic glass part
US11465198B2 (en) * 2017-06-09 2022-10-11 Universite Grenoble Alpes Injection device and method for producing at least one metallic glass part
WO2020128170A1 (en) 2018-12-20 2020-06-25 Vulkam Injection-moulding device and method for manufacturing parts made of metallic glass
US11440088B2 (en) * 2020-10-20 2022-09-13 Shenzhen Leadwell Technology Co., Ltd. Die casting machine and die casting method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEUNG ET AL., THERMAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF CU-ZR-AI BULK METALLIC GLASSES, 2007
LEHUA LIU ET AL.: "Near-Net Forming Complex Shaped Zr-Based Bulk Metallic Glasses by High Pressure Die Casting", MATERIALS, vol. 11, 2018, pages 2338

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