EP4596138A1 - Procede de fabrication d'une piece en verre metallique et ladite piece - Google Patents

Procede de fabrication d'une piece en verre metallique et ladite piece

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Publication number
EP4596138A1
EP4596138A1 EP24155530.9A EP24155530A EP4596138A1 EP 4596138 A1 EP4596138 A1 EP 4596138A1 EP 24155530 A EP24155530 A EP 24155530A EP 4596138 A1 EP4596138 A1 EP 4596138A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
manufacturing
area
interest
metal alloy
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP24155530.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Coline JIGUET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
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 Patek Philippe SA Geneve filed Critical Patek Philippe SA Geneve
Priority to EP24155530.9A priority Critical patent/EP4596138A1/fr
Publication of EP4596138A1 publication Critical patent/EP4596138A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/06—Special casting characterised by the nature of the product by its physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/11—Making amorphous alloys

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a part made of at least partially amorphous metal or metal alloy, said part comprising at least one area of primary interest made of at least partially amorphous metal or metal alloy and at least one area of secondary interest for which the dimensions and/or the surface condition and/or the properties of the at least partially amorphous metal or metal alloy can be modified during the method for manufacturing said part.
  • the invention also relates to a metallic glass part obtained by such a manufacturing method.
  • Metallic glasses or amorphous metals are metal alloys whose atomic structure is not crystalline. These alloys are generally produced by cooling sufficiently rapidly to prevent the formation of crystalline structures. The amorphous structure of the constituent material of these alloys gives them mechanical properties that are radically different from those of crystalline metals.
  • metallic glasses have mechanical, physical, and chemical properties that are likely to have promising applications.
  • parts made of Bulk Metallic Glass (BMG) generally have a yield strength, endurance limit, tensile strength, corrosion resistance, hardness, and wear resistance that are all higher than those of parts made of crystalline metal.
  • BMG Bulk Metallic Glass
  • These differences make metallic glasses materials of choice for the production of small parts, particularly in the field of watchmaking.
  • the resistance of metallic glasses to wear and their ability to store a significant amount of energy through elastic deformation are two extremely interesting characteristics.
  • Metallic glasses are, however, difficult to work with. Particularly during casting, it is necessary to find a good compromise when choosing the casting temperature. A high casting temperature allows for good mold filling but makes it difficult to quickly dissipate heat. If the casting temperature is relatively low, the liquid becomes too viscous to be distributed throughout the mold. In addition, some metallic glasses are more viscous than others. Furthermore, current knowledge of casting requires the development of impressions that facilitate mold filling in order to take into account the viscosity of the molten metallic glass. As a result, the long, thin blades sought after in the watchmaking field are difficult, if not impossible, to cast. Furthermore, metallic glasses are fragile materials with a limited, or sometimes non-existent, plastic deformation range.
  • metallic glasses since they do not have a crystalline structure, metallic glasses also do not have dislocations. However, it is the latter which, by moving, propagate the plastic deformations and give the metal its ductility.
  • metallic glasses have crystallization and melting temperatures which are relatively low. When working these glasses, it is therefore important to limit the heat input, so as not to risk heating them to their crystallization temperature, otherwise they lose their integrity and in particular alter their mechanical properties. Finally, the low thermal conductivity of metallic glasses makes it very difficult to cool them "to the core” quickly. It will be understood from the above that the machining methods traditionally used in watchmaking are not suitable for these new materials.
  • machining methods traditionally used in watchmaking may not be optimal when manufacturing parts with complex geometry. Such parts require a very large number of machining operations. The risk of deforming, damaging, or even breaking the part throughout the manufacturing process and multiple machining steps is high, especially when the parts are thin.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a part made of at least partially amorphous metal or metal alloy, said part comprising at least one area of main interest made of at least partially amorphous metal or metal alloy, preferably amorphous, and at least one area of secondary interest for which the dimensions and/or the surface condition and/or the properties of the at least partially amorphous metal or metal alloy can be modified during the method for manufacturing said part.
  • the method according to the invention does not include any step likely to modify the dimensions and/or the surface condition and/or the properties at least partially amorphous, and preferably entirely amorphous, metal or metal alloy of the at least one area of primary interest of the raw casting.
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to obtain a metallic glass part whose areas of primary interest are obtained directly by molding and do not require any subsequent machining operation likely to harm the integrity of the metallic glass and whose areas of secondary interest can then be reworked during subsequent manufacturing steps, the possible loss of integrity of the metallic glass during these subsequent manufacturing steps being of no importance for the conformity of the part with respect to its specifications and its performance.
  • the at least one area of main interest is intended to be subjected to stress during use of the part and is identified by a modeling method prior to step a) of producing the mold.
  • a method of the invention comprising such a step makes it possible to obtain an optimally configured area of main interest and to ensure that the manufactured part has this area of main interest in accordance with its optimal configuration and without loss of integrity of the metallic glass.
  • the present invention also relates to a part made of at least partially amorphous metal or metal alloy manufactured by the manufacturing method as defined above, said part comprising at least one area of main interest made of at least partially amorphous molded metal or metal alloy and at least one area of secondary interest for which the dimensions and/or the surface condition and/or the properties of the at least partially amorphous metal or metal alloy may have to be modified during the manufacturing method of said part.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a metallic glass part.
  • metallic glass is used to generally designate an at least partially amorphous metal or metal alloy.
  • Said metallic glass part comprises at least one area of primary interest made of at least partially amorphous, and preferably entirely amorphous, metal or metal alloy and at least one area of secondary interest.
  • Said at least one area of primary interest is advantageously an area for which the dimensions and/or the surface condition and/or the properties of the at least partially amorphous, and preferably entirely amorphous, metal or metal alloy must not not be modified during the manufacturing process of said part, once the raw molding part has been obtained.
  • a zone of main interest is therefore an area of the raw molding part, preferably entirely amorphous, which will not be modified once molded and extracted from the mold and for which the metallic glass will not be reworked, once the raw molding part has been molded and extracted from the mold, in order to maintain its integrity.
  • the manufacturing method according to the invention does not include any step likely to harm the integrity of the metallic glass, preferably entirely amorphous, of a molded zone of main interest.
  • the manufacturing method according to the invention does not include any step likely to modify the dimensions and/or the surface condition and/or the properties of the at least partially amorphous, and preferably entirely amorphous, metal or metal alloy of the at least one zone of main interest of the raw molding part.
  • a zone of main interest may be formed, for example, depending on the function of the part, of all or part of the exterior or interior walls or surfaces of a part, such as the exterior side walls, the interior side walls, the upper face, the lower face, for which, for example, the surface condition or the dimensions must not be modified once the raw molding part has been molded.
  • Such zones of main interest are, for example, surfaces in contact with other parts, elastic functioning zones, surfaces allowing precise positioning of the part, etc.
  • An area of primary interest may also be an area intended to be mechanically stressed and subjected to stress during use of the part and for which the properties of the metallic glass, in particular the mechanical properties, must not be modified during the manufacturing process of said part, once the raw molded part has been obtained.
  • a secondary area of interest is an area where the integrity of the metallic glass can be lost after the raw part is molded without affecting the performance of the manufactured part.
  • a secondary area of interest is an area where the dimensions and/or surface finish and/or properties of the metal or metal alloy that is at least partially amorphous may be modified during the manufacturing process of said part.
  • a secondary area of interest may be, depending on the function of the part, an area that links areas of primary interest, an area formed from all or part of the exterior or interior walls or surfaces of a part, such as the interior side walls, the outline of an orifice or an interior cutout, exterior side walls.
  • the part manufactured according to the method of the invention may advantageously constitute a timepiece organ, such as a watch spring, a lever or a control member.
  • a timepiece organ such as a watch spring, a lever or a control member.
  • Such a spring may have, as areas of primary interest, the areas intended to be subjected to stress during its use, and as areas of secondary interest, the contours of an internal cutout.
  • a lever or a control member may have, as areas of primary interest, its external contours, such as the external contours of a control element, such as a control beak, and at least part of the lower and upper faces, and as areas of secondary interest, the contours of internal cutouts or orifices provided in the part.
  • the manufactured part for example a spring, may be formed at least partially from at least one blade of at least partially amorphous metal or metal alloy.
  • the at least one area of primary interest is obtained directly by molding the raw molded part and the at least one area of secondary interest is obtained by at least one other process different from molding, said process making it possible to work the metallic glass of the sacrificial part.
  • "Sacrificial" means that the metallic glass of the sacrificial part may lose its integrity, in particular its mechanical properties, its dimensions, its surface condition, without any consequence on the performance of the manufactured part.
  • the metallic glass of the area of secondary interest may be altered without harming the quality of the part.
  • the working of the at least partially amorphous metal or metal alloy of the sacrificial part according to step d) may consist of modifying the surface state of the at least partially amorphous metal or metal alloy of the sacrificial part or of eliminating all or part of the at least partially amorphous metal or metal alloy of said sacrificial part.
  • a sacrificial part may be provided on the raw molding part in place of openings or orifices provided on the part to be manufactured.
  • This sacrificial part makes it possible to obtain a raw molding part that is sufficiently rigid not to deform when it is removed from the mold.
  • a sacrificial part may also be provided on the raw molding part to facilitate filling of the mold, in particular when the mold corresponding to the part to be manufactured includes long areas of small section. Such sacrificial parts are then completely eliminated during step d) to leave in place an internal cutout or a hole whose walls constitute a secondary area of interest.
  • the at least one secondary area of interest is produced according to step d) by a laser process, water jet cutting and/or an electroerosion machining process. Since the sacrificial parts intended to form secondary areas of interest are to be repeated, the method implemented in step d) does not require very high precision or to be specifically adapted to the different areas to be treated. Different methods can be used to treat the different sacrificial parts depending on the needs.
  • the dimensions of the at least one area of primary interest have a manufacturing tolerance equal to a minimum tolerance predetermined by the specifications.
  • the impression made in the mold in step a) then comprises at least one first molding part configured to receive a molten metal or metal alloy to form said at least one area of main interest during molding, said at least one molding part corresponding to said at least one area of main interest plus or minus the predetermined minimum manufacturing tolerance.
  • Said impression also comprises at least one second molding portion configured to receive a sacrificial molten metal or metal alloy to form said at least one sacrificial portion of the raw molding part intended to form said at least one secondary area of interest.
  • the raw molded part comprises said at least one area of primary interest plus or minus the minimum manufacturing tolerance predetermined by the specifications and the at least one sacrificial part.
  • the at least one molding part of the impression intended to form the at least one area of main interest is configured to have the same surface condition as that imposed by the specifications relating to said area of main interest.
  • the area of main interest obtained by molding directly on the raw molded part does not present any defects and has dimensions and a surface condition corresponding to the dimensions and surface condition imposed by the specifications.
  • the at least one area of primary interest can be identified by a modeling method prior to step a) of producing the mold.
  • a modeling method uses, for example, finite element modeling software known per se. It advantageously makes it possible, before manufacturing the mold, to identify an area of primary interest on the part to be manufactured and to dimension it in an optimized manner with respect to the function of said area of primary interest.
  • the molding part of the mold corresponding to at least one area of primary interest will then be produced with said optimized dimensions identified during modeling, plus or minus the predetermined minimum manufacturing tolerance. For the other parts of the mold corresponding to the areas of secondary interest, such precision is not necessary.
  • the mold can therefore be manufactured more simply.
  • a method is advantageously used which makes it possible to respect the minimum manufacturing tolerance predetermined by the specifications at least for the at least one first molding part of the cavity which is intended to form the at least one area of primary interest.
  • the manufacturing method of the invention may comprise, after step d), a finishing step e), said finishing step not being capable of modifying the dimensions and/or the surface condition and/or the properties of the at least partially amorphous metal or metal alloy of the at least one zone of main interest of the raw molding part obtained in step c).
  • the mold produced in step a) may comprise an intermediate element produced at least partially using a LIGA process and/or by laser cutting and defining at least partly the mold, in particular the at least one molding part corresponding to the at least one main area of interest.
  • This intermediate element inserted into the mold makes it possible to obtain a raw molding part whose at least one main area of interest has high precision. dimensional.
  • Such an intermediate element is described for example in the published patent application EP 4 282 557 of the applicant.
  • the mold produced in step a) may comprise a base on which the negative impression is made and two movable flaps arranged to close the base and to form at least one orifice for introducing the molten metal or metal alloy.
  • Said base and said flaps form a volume preferably corresponding substantially to that of the part to be manufactured. Thus, preferably no excess thickness is formed.
  • the orifice for introducing the molten metal or metal alloy is positioned at the level of the at least one sacrificial part of the raw molding part.
  • the metallic glass formed at the outlet of the introduction orifice after molding can then be cut without risk of harming the conformity of the manufactured part.
  • the area corresponding to the section of the metallic glass forms a secondary area of interest.
  • the bottom of the mold comprises at least one ejection zone arranged to allow the ejection of the raw molding part from the mold during step c).
  • said ejection zone is positioned at the level of the at least one sacrificial part of the raw molding part.
  • the metallic glass of a zone of main interest is not altered during the ejection of the raw molding part.
  • the ejection zone will then preferably be eliminated with the sacrificial part so that it does not appear on the manufactured part.
  • the metal alloy used in the present invention may advantageously be a NiNb38.0 alloy (atomic percentage) such as Medalium N1 distributed by Amorphous Metal Solutions GmbH, a Ni(57-67)Nb(28-38)Zr(0-10) alloy (atomic percentages) such as Vulkalloys ® distributed by Vulkam, in particular Ni1, a TiZr35.0Cu17.0S8.0 alloy (atomic percentages) such as Medalium T1 distributed by Amorphous Metal Solutions GmbH, a ZrCu17.9Ni14.6AI10.0Ti5.0 alloy (atomic percentages) such as Medalium Z2 distributed by Amorphous Metal Solutions GmbH or an alloy Zr59.3Cu28.8Al10.4Nb1.5 (atomic percentages) such as ZR01 distributed by Heraeus Group.
  • NiNb38.0 alloy atomic percentage
  • Medalium N1 distributed by Amorphous Metal Solutions GmbH
  • a Ni(57-67)Nb(28-38)Zr(0-10) alloy atomic percentages
  • a first embodiment of the method of the invention is described for the manufacture of a watch spring 1.
  • a watch spring 1 is for example a spring of a clasp mechanism 2 of a watch strap shown in the figure 1 .
  • a clasp is described in the patent EP 3 162 241 of the applicant.
  • the spring 1 is formed of a blade which has a closed plane curve shape and comprises locking lugs 4 to 7 formed on the side of the spring 1.
  • the locking lugs 4 to 7 are arranged to engage in locking recesses, here referenced 8 and 9, made in the pivoting blades 10, 11.
  • the spring 1 constitutes a return spring for pushers 12, 13 which can be actuated by a user to retract the locking lugs 4 to 7, the spring 1 returning the pushers 12, 13 to their rest position as soon as the pressure exerted by the user's fingers disappears.
  • the spring 1 therefore comprises areas of primary interest intended to be mechanically stressed and subjected to a constraint when the pushers 12, 13 are actuated.
  • FIG. 1 represents the modeled spring 1 and allows the identification of the main areas of interest 14 to 19 as the main areas of interest subject to constraints and for which the mechanical properties of the metallic glass must not be altered once molded.
  • Spring 1 also includes areas of primary interest 20 to 25 as areas of primary interest for which the dimensions and surface condition are not to be changed during the spring manufacturing process.
  • a mold is produced comprising a negative impression configured to correspond to the raw molding part 26 shown in the figure 4 . More specifically the footprint is configured to obtain a raw molding part 26 which corresponds overall to a blank of the spring 1 and which includes the areas of main interest 14 to 25, which will be obtained directly by molding with a minimum tolerance predetermined by the specifications, as well as at least one sacrificial part 28, here constituted by material (therefore metallic glass) added to the interior of the spring 1.
  • the sacrificial part 28 is intended to form a zone of secondary interest which will be constituted here by a part of the interior walls 30 of the spring 1, once said sacrificial part 28 has been eliminated.
  • Such a sacrificial part 28 makes it easier to fill the mold and to stiffen the raw molding part 26 so that it does not deform when it is ejected from the mold.
  • a molten metal alloy is injected into the mold and cooled rapidly to be solidified in an at least partially amorphous, preferably amorphous, form, according to step b).
  • the raw molded part 26 is extracted from the mold according to step c). It is a part made of at least partially amorphous, preferably amorphous, metal alloy, which has the areas of main interest 14 to 25, made of preferably entirely amorphous metallic glass, molded with the predetermined minimum tolerance as well as the sacrificial part 28.
  • ejection zones 32 to 35 are also visible on sacrificial part 28.
  • step d) of the method of the invention the sacrificial part 28 is eliminated for example by water jet cutting or a wire electroerosion machining process to reveal a part of the interior walls 30 of the spring 1 which constitutes a secondary area of interest.
  • a spring 1 made of metallic glass which comprises areas of primary interest 14 to 25 for which the metallic glass is not altered, and an area of secondary interest 30 at the level of a part of the inner contour of the spring 1, for which the metallic glass may have been altered during the manufacturing process of the spring 1.
  • the metallic glass having possibly been altered only at the level of the area of secondary interest 30, the spring 1 manufactured by the method of the invention complies with the specifications and has all the required performance.
  • This control member 40 comprises areas of main interest which are essentially constituted by the side walls of the outer contour of the control member 40 and in particular by the outer walls of a beak 41 provided on the control member.
  • the dimensions and surface condition of these areas of main interest must correspond to the specifications and must not be modified during the manufacturing process of the control member 40.
  • the positioning and dimensions of the beak 41 must be precise with respect to the reference hole 43 of axis XY.
  • the control member 40 also comprises holes 42 to 48 for receiving other members whose walls define areas of secondary interest.
  • the control member 40 also comprises internal cutouts 49, 50 which can be formed during the molding of the raw part, either directly in a precise manner to be able to preserve the integrity of the metallic glass, or in a less precise manner to be reworked after molding and constitute areas of secondary interest.
  • a mold is produced comprising a negative impression configured to correspond to the raw molding part 52 shown in the figure 6 .
  • the imprint is configured to obtain a raw molding part 52 which corresponds overall to a rough version of the control member 40, and which comprises the side walls of the outer contour of the control member 40, and in particular the outer walls of the spout 41, constituting areas of primary interest which will be obtained directly by molding with a minimum tolerance predetermined by the specifications as well as sacrificial parts 54 to 60, here constituted by material (therefore metallic glass) added in correspondence of the holes 42 to 48.
  • These sacrificial parts 54 to 60 are intended to form areas of secondary interest which will be constituted here by walls of the holes 42 to 48, once the sacrificial parts 54 to 60 have been eliminated.
  • the sacrificial parts 54 to 60 make it possible to facilitate the filling of the mold and to obtain a practically solid raw molding part 52 so that it does not deform when it is ejected from the mold.
  • the impression is here configured to form the internal cutouts 49, 50 on the raw molding part 52. It is also possible to provide sacrificial parts in place of these cutouts if it is not necessary to preserve the integrity of the metallic glass of these cutouts.
  • a molten metal alloy is injected into the mold and rapidly cooled to be solidified in an at least partially amorphous, preferably amorphous, form according to step b).
  • the raw molding part 52 is extracted from the mold according to step c). It is a part made of at least partially amorphous, preferably amorphous, metal alloy, which already has the side walls of the outer contour of the control member 40, in particular the outer walls of the spout 41, molded with the predetermined minimum tolerance, constituting the areas of main interest in preferably entirely amorphous metallic glass, as well as the sacrificial parts 54 to 60, and here the inner cutouts 49, 50.
  • step d) of the method of the invention the sacrificial parts 54 to 60 are eliminated for example by one or other of the methods of water jet cutting and wire EDM machining to precisely reveal the holes 42 to 48 whose internal walls constitute areas of secondary interest. Different methods can be used to eliminate the different sacrificial parts 54 to 60.
  • the interior cutouts 49, 50 are here formed during the molding of the raw part 52. If the metallic glass of these interior cutouts 49, 50 must not be altered, the impression will be configured so that said interior cutouts 49, 50 constitute areas of main interest which will be obtained directly by molding with a minimum tolerance predetermined by the specifications. If the metallic glass of these interior cutouts 49, 50 can be altered, said interior cutouts 49, 50 can be molded without great precision, and the metallic glass can be worked according to step d) of the method to refine said interior cutouts 49, 50.
  • a control member 40 is thus obtained made of metallic glass having an external contour, and in particular a spout 41, for which the metallic glass is not altered, and holes 42 to 48 for which the metallic glass of the internal walls may have been altered during the manufacturing process of said control member 40.
  • the control member 40 manufactured by the method of the invention being made of metallic glass is generally more resistant.
  • the metallic glass having possibly been altered only at the walls of the holes 42 to 48, the control member 40 complies with the specifications and has all the required performances.
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to manage the manufacturing steps of the different parts of a metallic glass part differently depending on the interest in preserving the integrity of the metallic glass or not for one or other of the parts.
  • the areas of primary interest of the metallic glass part preferably entirely amorphous, are obtained directly by molding and do not require any subsequent machining operation likely to harm the integrity of the metallic glass.
  • They have a very high precision, in accordance with the specifications.
  • the secondary areas of interest can then be reworked during subsequent manufacturing steps by standard processes whose parameters do not need to be adapted according to the different parts of the part to be treated.
  • the possible loss of integrity of the metallic glass during these subsequent manufacturing steps is of no importance for the conformity of the part with respect to its specifications and its performance. Overall, the manufacturing method according to the invention is simpler to implement.
  • the method according to the invention also makes it possible to manufacture a mold more simply, with only the parts of the mold corresponding to the areas of main interest of the part to be manufactured needing to be produced with the precision imposed by the specifications.
  • the method according to the invention also makes it possible to obtain in a few steps metallic glass parts which cannot be easily obtained with materials and machining processes traditionally used in watchmaking.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en verre métallique, telle qu'un ressort (1) comprenant au moins une zone d'intérêt principal (14-25) et au moins une zone d'intérêt secondaire (30) pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du verre métallique peuvent être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce. Le procédé comprend les étapes de a) réaliser un moule comprenant une empreinte négative configurée pour obtenir une pièce brute de moulage (26) en verre métallique qui comporte ladite au moins une zone d'intérêt principal (14-25) moulée et au moins une partie sacrificielle (28) destinée à former ladite au moins une zone d'intérêt secondaire (30) ; b) introduire dans ladite empreinte du verre métallique fondu et le refroidir pour obtenir du verre métallique solidifié ; c) extraire du moule le verre métallique solidifié pour obtenir la pièce brute de moulage (26) en verre métallique; d) réaliser sur la pièce brute de moulage (26) ladite au moins une zone d'intérêt secondaire (30) de la pièce à fabriquer en travaillant le verre métallique de la partie sacrificielle (28).

Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, ladite pièce comprenant au moins une zone d'intérêt principal en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe et au moins une zone d'intérêt secondaire pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe peuvent être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce.
  • L'invention concerne également une pièce en verre métallique obtenue par un tel procédé de fabrication.
    • Etat de la technique
  • Les verres métalliques ou métaux amorphes sont des alliages métalliques dont la structure atomique n'est pas cristalline. Ces alliages sont généralement produits par un refroidissement suffisamment rapide pour empêcher la formation de structures cristallines. La structure amorphe de la matière constitutive de ces alliages leur donne des propriétés mécaniques radicalement différentes de celles des métaux cristallins. De manière générale, les verres métalliques possèdent des propriétés mécaniques, physiques et chimiques susceptibles d'applications prometteuses. En effet, les pièces en verre métallique (en anglais Bulk Metallic Glass ; BMG) ont généralement une limite élastique, une limite d'endurance, une résistance à la traction, une résistance à la corrosion, une dureté et une résistance à l'usure qui sont toutes plus élevées que celles des pièces en métal cristallin. Ces différences font des verres métalliques des matériaux de choix pour la réalisation de petites pièces dans le domaine de l'horlogerie notamment. En particulier, la résistance des verres métalliques à l'usure et leur capacité à emmagasiner une quantité importante d'énergie par déformation élastique sont deux caractéristiques extrêmement intéressantes.
  • Les verres métalliques sont toutefois difficiles à travailler. Notamment lors du moulage, il est nécessaire de trouver un bon compromis pour le choix de la température de coulée. Une température de coulée élevée permet d'avoir un bon remplissage du moule mais elle rend difficile l'évacuation rapide de la chaleur. Si la température de coulée est relativement basse, le liquide devient trop visqueux pour se répartir dans tout le moule. De plus, certains verres métalliques sont plus visqueux que d'autres. Par ailleurs, les connaissances actuelles sur le moulage obligent à développer des empreintes facilitant le remplissage du moule afin de tenir compte de la viscosité du verre métallique fondu. De ce fait, des lames longues et fines recherchées dans le domaine de l'horlogerie sont difficiles voire impossible à mouler. Par ailleurs, les verres métalliques sont des matériaux fragiles dont le domaine de déformation plastique est restreint, voire parfois inexistant. Ces matériaux ont ainsi tendance à se fracturer dès que leur limite d'élasticité est dépassée. En effet, n'ayant pas de structure cristalline, les verres métalliques ne possèdent pas non plus de dislocations. Or, ce sont ces dernières qui, en se déplaçant, propagent les déformations plastiques et donnent au métal sa ductilité. D'autre part, les verres métalliques ont des températures de cristallisation et de fusion qui sont relativement basses. Lorsqu'on travaille ces verres, il est donc important de limiter les apports de chaleur, de façon à ne pas risquer de les faire chauffer jusqu'à leur température de cristallisation, sous peine de leur faire perdre leur intégrité et notamment d'altérer leurs propriétés mécaniques. Enfin la faible conductivité thermique des verres métalliques rend très difficile de les refroidir « à coeur » rapidement. On comprendra de ce qui précède que les méthodes d'usinage traditionnellement utilisées dans l'horlogerie ne sont pas adaptées à ces nouveaux matériaux.
  • D'une manière plus générale, les méthodes d'usinage traditionnellement utilisées dans l'horlogerie peuvent ne pas être optimales lorsqu'il s'agit de fabriquer des pièces de géométrie complexe. De telles pièces nécessitent un très grand nombre d'opérations d'usinage. Le risque de déformer, d'abimer voire casser la pièce tout au long du process de fabrication et des étapes multiples d'usinage est grand, en particulier lorsque les pièces sont fines.
  • Il est donc nécessaire de proposer un procédé permettant de fabriquer une pièce en verre métallique qui soit simple à mettre en oeuvre et qui permette d'obtenir en peu d'étapes une pièce conforme au cahier des charges et performante, même si la pièce présente une géométrie complexe.
    • Divulgation de l'invention
  • A cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, ladite pièce comprenant au moins une zone d'intérêt principal en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, de préférence amorphe, et au moins une zone d'intérêt secondaire pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe peuvent être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce.
  • Selon l'invention, ledit procédé de fabrication comprend les étapes suivantes :
    1. a) réaliser un moule comprenant une empreinte négative configurée pour obtenir une pièce brute de moulage en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe qui comporte ladite au moins une zone d'intérêt principal moulée et au moins une partie sacrificielle destinée à former ladite au moins une zone d'intérêt secondaire;
    2. b) introduire dans ladite empreinte du métal ou un alliage métallique fondu et le refroidir suffisamment rapidement pour qu'une fois solidifié le métal ou l'alliage métallique soit au moins partiellement amorphe ;
    3. c) extraire du moule le métal ou l'alliage métallique solidifié pour obtenir la pièce brute de moulage en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe;
    4. d) réaliser sur la pièce brute de moulage ladite au moins une zone d'intérêt secondaire de la pièce à fabriquer en travaillant le métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle.
  • D'une manière avantageuse, le procédé selon l'invention ne comprend aucune étape susceptible de modifier les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, et de préférence entièrement amorphe, de la au moins une zone d'intérêt principal de la pièce brute de moulage.
  • Le procédé de fabrication selon l'invention permet d'obtenir une pièce en verre métallique dont les zones d'intérêt principal sont obtenues directement par moulage et ne nécessitent pas d'opération d'usinage ultérieure susceptible de nuire à l'intégrité du verre métallique et dont les zones d'intérêt secondaires peuvent être ensuite retravaillées lors d'étapes de fabrication ultérieures, l'éventuelle perte d'intégrité du verre métallique lors de ces étapes de fabrication ultérieures étant sans importance pour la conformité de la pièce par rapport à son cahier des charges et ses performances.
  • D'une manière avantageuse, la au moins une zone d'intérêt principal est destinée à être soumise à une contrainte lors de l'utilisation de la pièce et est identifiée par un procédé de modélisation préalablement à l'étape a) de réalisation du moule. Un procédé de l'invention comprenant une telle étape permet d'obtenir une zone d'intérêt principal configurée de manière optimale et de garantir que la pièce fabriquée présente cette zone d'intérêt principal conforme à sa configuration optimale et sans perte d'intégrité du verre métallique.
  • La présente invention concerne également une pièce en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe fabriquée par le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, ladite pièce comprenant au moins une zone d'intérêt principal en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe moulée et au moins une zone d'intérêt secondaire pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe peuvent avoir être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de différents modes de réalisation de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue isométrique d'un mécanisme de fermoir d'un bracelet de montre comprenant un ressort fabriqué selon le procédé de l'invention
    • la figure 2 est une vue isométrique montrant un détail du mécanisme de fermoir de la figure 1 ;
    • la figure 3 représente une image du ressort utilisé dans le mécanisme de fermoir de la figure 2 modélisé ;
    • la figure 4 est une vue isométrique d'une pièce brute de moulage du ressort obtenue à l'étape c) du procédé de l'invention ;
    • la figure 5 est une vue isométrique du ressort obtenu à l'étape d) du procédé de l'invention ;
    • la figure 6 est une vue isométrique d'une pièce brute de moulage d'un organe de commande obtenue à l'étape c) du procédé de l'invention ; et
    • la figure 7 est une vue isométrique d'un organe de commande obtenu à l'étape d) du procédé de l'invention.
    Modes de réalisation de l'invention
  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en verre métallique. Dans la présente description, l'expression « verre métallique » est utilisée pour désigner globalement un métal ou un alliage métallique au moins partiellement amorphe. Ladite pièce en verre métallique comprend au moins une zone d'intérêt principal en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, et de préférence entièrement amorphe, et au moins une zone d'intérêt secondaire. Ladite au moins une zone d'intérêt principal est avantageusement une zone pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, et de préférence entièrement amorphe, ne doivent pas être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce, une fois la pièce brute de moulage obtenue. Une zone d'intérêt principal est donc une zone de la pièce brute de moulage, de préférence entièrement amorphe, qui ne sera pas modifiée une fois moulée et extraite du moule et pour laquelle le verre métallique ne sera pas retravaillé, une fois la pièce brute de moulage moulée et extraite du moule, afin de conserver son intégrité. De ce fait, le procédé de fabrication selon l'invention ne comprend aucune étape susceptible de nuire à l'intégrité du verre métallique, de préférence entièrement amorphe, d'une zone d'intérêt principal moulée. Avantageusement, le procédé de fabrication selon l'invention ne comprend aucune étape susceptible de modifier les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, et de préférence entièrement amorphe, de la au moins une zone d'intérêt principal de la pièce brute de moulage.
  • Notamment, une zone d'intérêt principal peut être formée par exemple, selon la fonction de la pièce, de tout ou partie des parois ou surfaces extérieures ou intérieures d'une pièce, telles que les parois latérales extérieures, les parois latérales intérieures, la face supérieure, la face inférieure, pour lesquelles par exemple l'état de surface ou les dimensions ne doivent pas être modifiées une fois la pièce brute de moulage moulée. De telles zones d'intérêt principal sont par exemple des surfaces en contact avec d'autres pièces, des zones de fonctionnement élastique, des surfaces permettant un positionnement précis de la pièce, etc.
  • Une zone d'intérêt principal peut également être une zone destinée à être sollicitée mécaniquement et à être soumise à une contrainte lors de l'utilisation de la pièce et pour laquelle les propriétés du verre métallique, notamment les propriétés mécaniques, ne doivent pas être modifiées au cours du procédé de fabrication de ladite pièce, une fois la pièce brute de moulage obtenue.
  • Une zone d'intérêt secondaire est une zone pour laquelle l'intégrité du verre métallique peut être perdue après le moulage de la pièce brute sans incidence sur les performances de la pièce fabriquée. Notamment, une zone d'intérêt secondaire est une zone pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe peuvent être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce. Par exemple, une zone d'intérêt secondaire peut être, selon la fonction de la pièce, une zone qui lie des zones d'intérêt principal, une zone formée de tout ou partie de parois ou surfaces extérieures ou intérieures d'une pièce, telles que les parois latérales intérieures, le contour d'un orifice ou d'une découpe intérieure, des parois latérales extérieures.
  • La pièce fabriquée selon le procédé de l'invention peut avantageusement constituer un organe horloger, tel qu'un ressort horloger, une bascule ou un organe de commande. Un tel ressort peut présenter, comme zones d'intérêt principal, les zones destinées à être soumises à une contrainte lors de son utilisation, et comme zones d'intérêt secondaire, les contours d'une découpe intérieure. Une bascule ou un organe de commande peut présenter, comme zones d'intérêt principal, ses contours extérieurs, tels que les contours extérieurs d'un élément de commande, tel qu'un bec de commande, et au moins une partie des face inférieure et supérieure, et comme zones d'intérêt secondaire, les contours de découpes intérieures ou d'orifices prévus dans la pièce.
  • La pièce fabriquée, par exemple un ressort, peut être formée au moins partiellement d'au moins une lame en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe.
  • Conformément à l'invention, le procédé de fabrication d'une pièce en verre métallique comprend les étapes suivantes :
    1. a) réaliser un moule, par exemple en acier ou en silicium, comprenant une empreinte négative configurée pour obtenir une pièce brute de moulage, formée de métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe (de préférence entièrement amorphe), qui constitue globalement une ébauche de la pièce à fabriquer et qui comporte ladite au moins une zone d'intérêt principal moulée, et au moins une partie sacrificielle, moulée, destinée à former ladite au moins une zone d'intérêt secondaire;
    2. b) introduire dans ladite empreinte du métal ou un alliage métallique fondu et le refroidir suffisamment rapidement pour qu'une fois solidifié le métal ou l'alliage métallique soit au moins partiellement amorphe ;
    3. c) extraire du moule le métal ou l'alliage métallique solidifié pour obtenir la pièce brute de moulage en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, de préférence entièrement amorphe, ladite pièce brute de moulage comprenant la au moins une zone d'intérêt principal moulée, de préférence entièrement amorphe;
    4. d) réaliser sur la pièce brute de moulage ladite au moins une zone d'intérêt secondaire de la pièce à fabriquer en travaillant le métal ou l'alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle.
  • Ainsi, la au moins une zone d'intérêt principal est obtenue directement par le moulage de la pièce brute de moulage et la au moins une zone d'intérêt secondaire est obtenue par au moins un autre procédé différent du moulage, ledit procédé permettant de travailler le verre métallique de la partie sacrificielle. « Sacrificiel » signifie que le verre métallique de la partie sacrificielle peut perdre son intégrité, notamment ses propriétés mécaniques, ses dimensions, son état de surface, sans conséquence sur les performances de la pièce fabriquée. Le verre métallique de la zone d'intérêt secondaire peut être altéré sans nuire à la qualité de la pièce.
  • Avantageusement, le travail du métal ou de l'alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle selon l'étape d) peut consister à modifier l'état de surface du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle ou à éliminer tout ou partie du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de ladite partie sacrificielle.
  • Par exemple, d'une manière avantageuse, à l'étape a), une partie sacrificielle peut être prévue sur la pièce brute de moulage à la place d'ouvertures ou d'orifices prévus sur la pièce à fabriquer. Cette partie sacrificielle permet d'obtenir une pièce brute de moulage suffisamment rigide pour ne pas se déformer lors de son extraction du moule. Une partie sacrificielle peut également être prévue sur la pièce brute de moulage pour faciliter le remplissage du moule, notamment quand le moule correspondant à la pièce à fabriquer comprend des zones longues de faible section. De telles parties sacrificielles sont ensuite éliminées complètement lors de l'étape d) pour laisser à la place une découpe intérieure ou un trou dont les parois constituent une zone d'intérêt secondaire.
  • D'une manière avantageuse, la au moins une zone d'intérêt secondaire est réalisée selon l'étape d) par un procédé laser, une découpe au jet d'eau et/ou un procédé d'usinage par électroérosion. Comme les parties sacrificielles destinées à former des zones d'intérêt secondaire sont à reprendre, le procédé mis en oeuvre à l'étape d) ne nécessite pas une très grande précision ni d'être adapté spécifiquement aux différentes zones à traiter. Différents procédés peuvent être utilisés pour traiter les différentes parties sacrificielles en fonction des besoins.
  • De préférence, les dimensions de la au moins une zone d'intérêt principal présentent une tolérance de fabrication égale à une tolérance minimale prédéterminée par le cahier des charges.
  • L'empreinte réalisée dans le moule à l'étape a) comprend alors au moins une première partie de moulage configurée pour recevoir un métal ou alliage métallique fondu pour former ladite au moins une zone d'intérêt principal lors du moulage, ladite au moins une partie de moulage correspondant à ladite au moins une zone d'intérêt principal plus ou moins la tolérance de fabrication minimale prédéterminée.
  • Ladite empreinte comprend également au moins une deuxième partie de moulage configurée pour recevoir un métal ou alliage métallique fondu sacrificiel pour former ladite au moins une partie sacrificielle de la pièce brute de moulage destinée à former ladite au moins une zone d'intérêt secondaire.
  • Ainsi, la pièce brute de moulage comprend ladite au moins une zone d'intérêt principal plus ou moins la tolérance de fabrication minimale prédéterminée par le cahier des charges et la au moins une partie sacrificielle.
  • Il en est de même pour l'état de surface. La au moins une partie de moulage de l'empreinte destinée à former la au moins une zone d'intérêt principal est configurée pour présenter le même état de surface que celui imposé par le cahier des charges relatif à ladite zone d'intérêt principal.
  • Ainsi, la zone d'intérêt principal obtenue par moulage directement sur la pièce brute de moulage ne présente pas de défaut et présente des dimensions et un état de surface correspondant aux dimensions et à l'état de surface imposés par le cahier des charges.
  • D'une manière avantageuse, la au moins une zone d'intérêt principal peut être identifiée par un procédé de modélisation préalablement à l'étape a) de réalisation du moule. Un tel procédé de modélisation utilise par exemple un logiciel de modélisation par éléments finis connu en soi. Il permet avantageusement, avant la fabrication du moule, de repérer une zone d'intérêt principal sur la pièce à fabriquer et de la dimensionner de manière optimisée par rapport à la fonction de ladite zone d'intérêt principal. La partie de moulage du moule correspondant à au moins une zone d'intérêt principal sera alors réalisée avec lesdites dimensions optimisées identifiées lors de la modélisation, plus ou moins la tolérance de fabrication minimale prédéterminée. Pour les autres parties du moule correspondant aux zones d'intérêt secondaire, une telle précision n'est pas nécessaire. Le moule peut donc être fabriqué de manière plus simple. Pour la fabrication du moule, on utilise avantageusement un procédé qui permet de respecter la tolérance de fabrication minimale prédéterminée par le cahier des charges au moins pour la au moins une première partie de moulage de l'empreinte qui est destinée à former la au moins une zone d'intérêt principal.
  • D'une manière avantageuse, le procédé de fabrication de l'invention peut comprendre après l'étape d), une étape e) de finition, ladite étape de finition n'étant pas susceptible de modifier les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la au moins une zone d'intérêt principal de la pièce brute de moulage obtenue à l'étape c).
  • D'une manière avantageuse, le moule réalisé à l'étape a) peut comprendre un élément intermédiaire réalisé au moins partiellement selon un procédé LIGA et/ou par découpe laser et définissant au moins en partie le moule, en particulier la au moins une partie de moulage correspondant à la au moins une zone d'intérêt principal. Cet élément intermédiaire inséré dans le moule permet d'obtenir une pièce brute de moulage dont la au moins une zone d'intérêt principal présente une grande précision dimensionnelle. Un tel élément intermédiaire est décrit par exemple dans la demande de brevet publiée EP 4 282 557 de la demanderesse.
  • D'une manière avantageuse, le moule réalisé à l'étape a) peut comprendre un fond sur lequel est réalisée l'empreinte négative et deux volets mobiles agencés pour fermer le fond et pour former au moins un orifice d'introduction du métal ou de l'alliage métallique fondu. Ledit fond et lesdits volets forment un volume correspondant de préférence sensiblement à celui de la pièce à fabriquer. Ainsi, il ne se forme de préférence aucune surépaisseur.
  • De préférence, l'orifice d'introduction du métal ou de l'alliage métallique fondu est positionné au niveau de la au moins une partie sacrificielle de la pièce brute de moulage. Ainsi, le verre métallique formé à la sortie de l'orifice d'introduction après le moulage peut être ensuite coupé sans risque de nuire à la conformité de la pièce fabriquée. La zone correspondant à la section du verre métallique forme une zone d'intérêt secondaire.
  • D'une manière avantageuse, le fond du moule comprend au moins une zone d'éjection agencée pour permettre l'éjection de la pièce brute de moulage hors du moule lors de l'étape c). De préférence, ladite zone d'éjection est positionnée au niveau de la au moins une partie sacrificielle de la pièce brute de moulage. Ainsi, le verre métallique d'une zone d'intérêt principal n'est pas altéré lors de l'éjection de la pièce brute de moulage. De plus, la zone d'éjection sera ensuite de préférence éliminée avec la partie sacrificielle de sorte qu'elle n'apparait pas sur la pièce fabriquée.
  • L'alliage métallique utilisé dans la présente invention peut avantageusement être un alliage NiNb38.0 (pourcentage atomique) tel que le Medalium N1 distribué par Amorphous Metal Solutions GmbH, un alliage Ni(57-67)Nb(28-38)Zr(0-10) (pourcentages atomiques) tel que les Vulkalloys® distribués par Vulkam, notamment le Ni1, un alliage TiZr35.0Cu17.0S8.0 (pourcentages atomiques) tel que le Medalium T1 distribué par Amorphous Metal Solutions GmbH, un alliage ZrCu17.9Ni14.6AI10.0Ti5.0 (pourcentages atomiques) tel que le Médalium Z2 distribué par Amorphous Metal Solutions GmbH ou un alliage Zr59.3Cu28.8Al10.4Nb1.5 (pourcentages atomiques) tel que le ZR01 distribué par Heraeus Group.
  • En référence aux figures 1 à 5, il est décrit un premier mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention pour la fabrication d'un ressort horloger 1. Un tel ressort horloger 1 est par exemple un ressort d'un mécanisme de fermoir 2 d'un bracelet de montre représenté sur la figure 1. Un tel fermoir est décrit dans le brevet EP 3 162 241 de la demanderesse. Le ressort 1 est formé d'une lame qui présente une forme de courbe plane fermée et comprend des ergots de verrouillage 4 à 7 formés sur le flanc du ressort 1. Les ergots de verrouillage 4 à 7 sont agencés pour s'engager dans des creux de verrouillage, ici référencés 8 et 9, pratiqués dans les lames pivotantes 10, 11.
  • Le ressort 1 constitue un ressort de rappel pour des poussoirs 12, 13 qui peuvent être actionnés par un utilisateur pour rétracter les ergots de verrouillage 4 à 7, le ressort 1 ramenant les poussoirs 12, 13 dans leur position de repos dès que la pression exercée par les doigts de l'utilisateur disparait. Le ressort 1 comprend donc des zones d'intérêt principal destinées à être sollicitées mécaniquement et soumises à une contrainte lors de l'actionnement des poussoirs 12, 13.
  • De telles zones d'intérêt principal sont en général connues de l'homme du métier. Toutefois, il peut être utile de modéliser le ressort 1 afin d'identifier précisément ces zones d'intérêt principal et d'optimiser leur configuration de manière à obtenir une lame pour former le ressort 1 qui a la force voulue en minimisant les contraintes dans ladite lame. La figure 3 représente le ressort 1 modélisé et permet d'identifier les zones d'intérêt principal 14 à 19 comme zones d'intérêt principal soumises à des contraintes et pour lesquelles les propriétés mécaniques du verre métallique ne doivent pas être altérées une fois moulées.
  • Le ressort 1 comporte également les zones d'intérêt principal 20 à 25 comme zones d'intérêt principal pour lesquelles les dimensions et l'état de surface ne doivent pas être modifiés au cours du procédé de fabrication du ressort.
  • Conformément à l'étape a) du procédé de l'invention, on réalise un moule comprenant une empreinte négative configurée pour correspondre à la pièce brute de moulage 26 représentée sur la figure 4. Plus spécifiquement l'empreinte est configurée pour obtenir une pièce brute de moulage 26 qui corresponde globalement à une ébauche du ressort 1 et qui comprenne les zones d'intérêt principal 14 à 25, qui seront obtenues directement par moulage avec une tolérance minimale prédéterminée par le cahier des charges, ainsi qu'au moins une partie sacrificielle 28, ici constituée par de la matière (donc du verre métallique) ajoutée à l'intérieur du ressort 1. La partie sacrificielle 28 est destinée à former une zone d'intérêt secondaire qui sera constituée ici par une partie des parois intérieures 30 du ressort 1, une fois ladite partie sacrificielle 28 éliminée. Une telle partie sacrificielle 28 permet de faciliter le remplissage du moule et de rigidifier la pièce brute de moulage 26 de sorte qu'elle ne se déforme pas lors de son éjection du moule.
  • Un alliage métallique fondu est injecté dans le moule et refroidi rapidement pour être solidifié sous une forme au moins partiellement amorphe, de préférence amorphe, selon l'étape b). La pièce brut de moulage 26 est extraite du moule selon l'étape c). C'est une pièce en alliage métallique au moins partiellement amorphe, de préférence amorphe, qui présente les zones d'intérêt principal 14 à 25, en verre métallique de préférence entièrement amorphe, moulées avec la tolérance minimale prédéterminée ainsi que la partie sacrificielle 28.
  • Les emplacements des zones d'éjection 32 à 35 sont également visibles sur la partie sacrificielle 28.
  • Puis selon l'étape d) du procédé de l'invention, la partie sacrificielle 28 est éliminée par exemple par découpe au jet d'eau ou un procédé d'usinage par électroérosion au fil pour faire apparaitre une partie des parois intérieures 30 du ressort 1 qui constitue une zone d'intérêt secondaire.
  • On obtient ainsi un ressort 1 en verre métallique qui comprend des zones d'intérêt principal 14 à 25 pour lesquelles le verre métallique n'est pas altéré, et une zone d'intérêt secondaire 30 au niveau d'une partie du contour intérieur du ressort 1, pour laquelle le verre métallique peut avoir été altéré au cours du procédé de fabrication du ressort 1. Le verre métallique ayant été possiblement altéré seulement au niveau de la zone d'intérêt secondaire 30, le ressort 1 fabriqué par le procédé de l'invention est conforme au cahier des charges et présente toutes les performances requises.
  • En référence aux figures 6 et 7, il est décrit un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention pour la fabrication d'un organe de commande horloger 40. Cet organe de commande 40 comprend des zones d'intérêt principal qui sont essentiellement constituées par les parois latérales du contour extérieur de l'organe de commande 40 et en particulier par les parois extérieures d'un bec 41 prévu sur l'organe de commande. Notamment les dimensions et l'état de surface de ces zones d'intérêt principal doivent correspondre au cahier des charge et ne doivent pas être modifiés au cours du procédé de fabrication de l'organe de commande 40. En particulier, le positionnement et les dimensions du bec 41 doivent être précis vis-à-vis du trou de référence 43 d'axe XY. L'organe de commande 40 comprend également des trous 42 à 48 pour recevoir d'autres organes dont les parois défissent des zones d'intérêt secondaire. L'organe de commande 40 comprend également des découpes intérieures 49, 50 qui peuvent être formées lors du moulage de la pièce brute, soit directement de manière précise pour pouvoir préserver l'intégrité du verre métallique, soit de manière moins précise pour être retravaillées après moulage et constituer des zones d'intérêt secondaire.
  • Conformément à l'étape a) du procédé de l'invention, on réalise un moule comprenant une empreinte négative configurée pour correspondre à la pièce brute de moulage 52 représentée sur la figure 6. Plus spécifiquement l'empreinte est configurée pour obtenir une pièce brute de moulage 52 qui corresponde globalement à une ébauche de l'organe de commande 40, et qui comprenne les parois latérales du contour extérieur de l'organe de commande 40, et notamment les parois extérieures du bec 41, constituant des zones d'intérêt principal qui seront obtenues directement par moulage avec une tolérance minimale prédéterminée par le cahier des charges ainsi que des parties sacrificielles 54 à 60, ici constituées par de la matière (donc du verre métallique) ajoutée en correspondance des trous 42 à 48. Ces parties sacrificielles 54 à 60 sont destinées à former des zones d'intérêt secondaire qui seront constituée ici par des parois des trous 42 à 48, une fois les parties sacrificielles 54 à 60 éliminées. Les parties sacrificielles 54 à 60 permettent de faciliter le remplissage du moule et d'obtenir une pièce brute de moulage 52 pratiquement pleine de sorte qu'elle ne se déforme pas lors de son éjection du moule. L'empreinte est ici configurée pour former les découpes intérieures 49, 50 sur la pièce brute de moulage 52. Il est également possible de prévoir des parties sacrificielles à la place de ces découpes s'il n'est pas nécessaire de préserver l'intégrité du verre métallique de ces découpes.
  • Un alliage métallique fondu est injecté dans le moule et refroidi rapidement pour être solidifié sous une forme au moins partiellement amorphe, de préférence amorphe, selon l'étape b). La pièce brute de moulage 52 est extraite du moule selon l'étape c). C'est une pièce en alliage métallique au moins partiellement amorphe, de préférence amorphe, qui présente déjà les parois latérales du contour extérieur de l'organe de commande 40, en particulier les parois extérieures du bec 41, moulées avec la tolérance minimale prédéterminée, constituant les zones d'intérêt principal en verre métallique de préférence entièrement amorphe, ainsi que les parties sacrificielles 54 à 60, et ici les découpes intérieures 49, 50.
  • Puis selon l'étape d) du procédé de l'invention, les parties sacrificielles 54 à 60 sont éliminées par exemple par l'un et ou l'autre des procédés de découpe au jet d'eau et d'usinage par électroérosion au fil pour faire apparaitre de manière précise les trous 42 à 48 dont les parois intérieures constituent des zones d'intérêt secondaire. Des procédés différents peuvent être utilisés pour éliminer les différentes parties sacrificielles 54 à 60.
  • Les découpes intérieures 49, 50 sont ici formées lors du moulage de la pièce brute 52. Si le verre métallique de ces découpes intérieures 49, 50 ne doit pas être altéré, l'empreinte sera configurée pour que lesdites découpes intérieures 49, 50 constituent des zones d'intérêt principal qui seront obtenues directement par moulage avec une tolérance minimale prédéterminée par le cahier des charges. Si le verre métallique de ces découpes intérieures 49, 50 peut être altéré, lesdites découpes intérieures 49, 50 peuvent être moulées sans grande précision, et le verre métallique peut être travaillé selon l'étape d) du procédé pour affiner lesdites découpes intérieures 49, 50.
  • On obtient ainsi un organe de commande 40 en verre métallique présentant un contour extérieur, et en particulier un bec 41, pour lequel le verre métallique n'est pas altéré, et des trous 42 à 48 pour lesquels le verre métallique des parois intérieures peut avoir été altéré au cours du procédé de fabrication dudit organe de commande 40. Toutefois, la perte d'intégrité du verre métallique au niveau des parois des trous 42 à 48 n'est pas essentielle lors de l'utilisation de l'organe de commande 40. L'organe de commande 40 fabriqué par le procédé de l'invention étant en verre métallique est globalement plus résistant. Le verre métallique ayant été possiblement altéré seulement au niveau des parois des trous 42 à 48, l'organe de commande 40 est conforme au cahier des charges et présente toutes les performances requises.
  • Le procédé de fabrication selon l'invention permet de gérer différemment les étapes de fabrication des différentes parties d'une pièce en verre métallique en fonction de l'intérêt à préserver l'intégrité du verre métallique ou non pour l'une ou l'autre des parties. Ainsi, les zones d'intérêt principal de la pièce en verre métallique, de préférence entièrement amorphe, sont obtenues directement par moulage et ne nécessitent pas d'opération d'usinage ultérieure susceptible de nuire à l'intégrité du verre métallique. De ce fait, elles présentent une très grande précision, conforme au cahier des charges. Les zones d'intérêt secondaires peuvent être ensuite retravaillées lors d'étapes de fabrication ultérieures par des procédés standard dont les paramètres ne nécessitent pas d'être adaptés selon les différentes parties de la pièce à traiter. L'éventuelle perte d'intégrité du verre métallique lors de ces étapes de fabrication ultérieures est sans importance pour la conformité de la pièce par rapport à son cahier des charges et ses performances. Au global, le procédé de fabrication selon l'invention est plus simple à mettre en oeuvre.
  • Le procédé selon l'invention permet également de fabriquer un moule de manière plus simple, seules les parties du moule correspondant aux zones d'intérêt principal de la pièce à fabriquer devant être réalisées avec la précision imposée par le cahier des charges.
  • Le procédé selon l'invention permet également d'obtenir en peu d'étapes des pièces en verre métallique qui ne peuvent pas être obtenues facilement avec des matériaux et des procédés d'usinage utilisés traditionnellement en horlogerie.

Claims (18)

  1. Procédé de fabrication d'une pièce en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, ladite pièce comprenant au moins une zone d'intérêt principal en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe, de préférence entièrement amorphe, et au moins une zone d'intérêt secondaire pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe peuvent être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    a) réaliser un moule comprenant une empreinte négative configurée pour obtenir une pièce brute de moulage en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe qui comporte ladite au moins une zone d'intérêt principal moulée et au moins une partie sacrificielle destinée à former ladite au moins une zone d'intérêt secondaire ;
    b) introduire dans ladite empreinte du métal ou un alliage métallique fondu et le refroidir suffisamment rapidement pour qu'une fois solidifié le métal ou l'alliage métallique soit au moins partiellement amorphe ;
    c) extraire du moule le métal ou l'alliage métallique solidifié pour obtenir la pièce brute de moulage en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe;
    d) réaliser sur la pièce brute de moulage ladite au moins une zone d'intérêt secondaire de la pièce à fabriquer en travaillant le métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une zone d'intérêt principal de la pièce à fabriquer est une zone pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe ne doivent pas être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce.
  3. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dimensions de la au moins une zone d'intérêt principal présentent une tolérance de fabrication égale à une tolérance minimale prédéterminée, et dans lequel l'empreinte réalisée dans le moule à l'étape a) comprend au moins une partie de moulage configurée pour recevoir un métal ou alliage métallique fondu pour former ladite au moins une zone d'intérêt principal, ladite au moins partie de moulage correspondant à ladite au moins une zone d'intérêt principal plus ou moins la tolérance de fabrication minimale prédéterminée.
  4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ne comprend aucune étape susceptible de modifier les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la au moins une zone d'intérêt principal de la pièce brute de moulage.
  5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la au moins une zone d'intérêt principal est destinée à être soumise à une contrainte lors de l'utilisation de la pièce.
  6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite au moins une zone d'intérêt principal est identifiée par un procédé de modélisation préalablement à l'étape a) de réalisation du moule.
  7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend après l'étape d), une étape de finition e), ladite étape de finition e) n'étant pas susceptible de modifier les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la au moins une zone d'intérêt principal de la pièce brute de moulage.
  8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le travail du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle selon l'étape d) consiste à modifier l'état de surface du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de la partie sacrificielle ou à éliminer tout ou partie du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe de ladite partie sacrificielle.
  9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la au moins une zone d'intérêt secondaire est réalisée selon l'étape d) par un procédé laser, une découpe au jet d'eau, ou un procédé d'usinage par électroérosion.
  10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule réalisé à l'étape a) comprend un élément intermédiaire réalisé au moins partiellement selon un procédé LIGA et/ou par découpe laser et définissant au moins en partie le moule.
  11. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule comprend un fond sur lequel est réalisée l'empreinte négative et deux volets mobiles agencés pour fermer le fond et pour former au moins un orifice d'introduction du métal ou de l'alliage métallique fondu.
  12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice d'introduction du métal ou de l'alliage métallique fondu est positionné au niveau de la au moins une partie sacrificielle de la pièce brute de moulage.
  13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que le fond du moule comprend au moins une zone d'éjection agencée pour permettre l'éjection de la pièce brute de moulage hors du moule lors de l'étape c), ladite zone d'éjection étant positionnée au niveau de la au moins une partie sacrificielle de la pièce brute de moulage.
  14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce est formée au moins partiellement d'au moins une lame en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe.
  15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce constitue un organe horloger.
  16. Procédé de fabrication selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pièce est un ressort horloger, une bascule ou un organe de commande.
  17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage métallique est un alliage NiNb38.0 (pourcentage atomique), un alliage Ni(57-67)Nb(28-38)Zr(0-10) (pourcentages atomiques), un alliage TiZr35.0Cu17.0S8.0 (pourcentages atomiques), un alliage ZrCu17.9Ni14.6Al10.0Ti5.0 (pourcentages atomiques) ou un alliage Zr59.3Cu28.8AI10.4Nb1.5 (pourcentages atomiques).
  18. Pièce en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe fabriquée par le procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 17, ladite pièce comprenant au moins une zone d'intérêt principal en métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe moulée et au moins une zone d'intérêt secondaire pour laquelle les dimensions et/ou l'état de surface et/ou les propriétés du métal ou alliage métallique au moins partiellement amorphe peuvent avoir être modifiés au cours du procédé de fabrication de ladite pièce.
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