EP0320811B1 - Procédé de réalisation d'un moule destiné à la fabrication de pièces de très petites dimensions - Google Patents

Procédé de réalisation d'un moule destiné à la fabrication de pièces de très petites dimensions Download PDF

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EP0320811B1
EP0320811B1 EP88120579A EP88120579A EP0320811B1 EP 0320811 B1 EP0320811 B1 EP 0320811B1 EP 88120579 A EP88120579 A EP 88120579A EP 88120579 A EP88120579 A EP 88120579A EP 0320811 B1 EP0320811 B1 EP 0320811B1
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EP
European Patent Office
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shell
matrix
parts
mold
blank
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP88120579A
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German (de)
English (en)
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EP0320811A1 (fr
Inventor
Thomas Gladden
Fritz Füllemann
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
Eta SA Fabriques dEbauches
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0320811B1 publication Critical patent/EP0320811B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/225—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by injection molding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
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    • B22F5/007—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the subject of the present invention is a process for producing a mold intended for the manufacture of parts of very small dimensions, that is to say parts of which one of the dimensions does not exceed a few millimeters.
  • the invention is particularly applicable in watchmaking for the production of molds intended for the manufacture by injection of magnetic rotors of motor assemblies of quartz watches. It also applies to the production of molds for the production of parts by stamping.
  • a magnetic rotor for a quartz watch includes a disc-shaped magnet and an injection molded part.
  • This part comprises a housing, of generally cylindrical shape, forming a housing for the magnet, an upper axis comprising a pinion, a bearing and a pivot, and a lower axis comprising a bearing and a pivot.
  • This magnetic rotor has an axial length of approximately 3 mm and a diameter, for the housing, of approximately 2 mm.
  • the diameter of the pinion is generally between 0.5 mm and 1 mm, and the pivots have a diameter of the order of 0.1 mm.
  • the magnetic rotor is obtained by injection molding.
  • the mold is produced in a metal block by techniques such as sparking or electro-erosion.
  • the invention aims to solve this problem.
  • the invention aims in particular to allow the production of molds intended for the manufacture of magnetic rotors for quartz watches comprising pinion wings with complex profile for a pinion having a diameter of less than 1 mm.
  • the invention relates more generally to the production of molds for the manufacture of parts of very small dimensions comprising patterns with complex profiles and of size not exceeding a few tenths of a millimeter.
  • the method of the invention consists in producing the mold from a powder comprising at least one sintered metal (designated by “metal powder” in the remainder of the text), which is formed by molding on a matrix having the form parts to be manufactured.
  • the process of the invention is completely different from the known process of making parts from a sintered metal powder.
  • the invention resides in the fact of making a negative of the mold by machining a matrix, then of making a negative of this matrix to obtain the mold, this double operation making it possible to define the shape of the mold on a part in relief - the matrix - which can be worked easily while, according to the prior art, the mold is produced directly in the hollow by hollowing out a part.
  • the matrix used to make the mold at dimensions greater than those of the parts which will be manufactured subsequently to take account of the shrinkage suffered by the shell during the sintering operation. It is known that shrinkage is determined precisely by the respective proportions of bonding agent and metal powder.
  • the matrix corresponding to a shell is produced with dimensions greater by 5% to 25% than those of this shell.
  • Using a matrix to define the mold makes it possible to use techniques such as bar turning, which has the advantage of offering better resolution than sparking or EDM.
  • a gain in resolution is also obtained by the simple fact that the matrix has dimensions greater than those of the parts to be produced.
  • the method of the invention therefore makes it possible to produce patterns of small dimensions with complex profiles.
  • FIGS. 1a to 1e illustrate the successive stages of the method of the invention, in the case of a mold produced from a single matrix.
  • the first step consists in producing a matrix 100, as shown in FIG. 1a, comprising a support 102 and a part 104 having the shape of the parts to be manufactured and dimensions slightly greater than these parts.
  • the matrix 100 is preferably obtained by machining a block of hard material such as steel.
  • the second step of the process consists in obtaining a mold blank from this matrix.
  • the part 104 of the matrix 100 is placed in a cavity 106 which is defined by the assembly of two elements 108 and 110.
  • the matrix 100 is fixed in a cavity by its support 102.
  • An orifice 112 formed in the element 108 allows the injection into the cavity of the mixture composed of the metal powder and the bonding agent.
  • a mold blank 116 is thus obtained as shown in FIG. 1c.
  • a channel 118 can be produced in this mold by machining or by placing in the cavity 106 a rod 114 between the matrix 100 and the edge of the cavity.
  • This rod may be an integral part of the matrix 100 or constituted by a protuberance from the surface of the element 110.
  • FIG. 1d shows the mold blank 116 in an oven 120.
  • the bonding agent is removed by heating, then the mold blank is sintered.
  • the shrinkage undergone by the mold blank during this step cancels the excess initial dimension of the mold created by the difference in dimensions between the die and the parts to be manufactured.
  • Figure 1e shows the use of the mold obtained according to the method of the invention.
  • the mold 116 is assembled with a cover 122 to form a cavity 124 having the shape and dimensions of the parts to be manufactured.
  • the channel 118 makes it possible to inject the desired material for manufacturing the parts into this cavity.
  • FIGS. 2a and 2b The magnetic rotor to be manufactured is shown in FIGS. 2a and 2b, on which it is designated by the reference numeral 2.
  • a magnet 4 having the shape of a disc, and a molded part comprising 3 parts: a housing 6, of generally cylindrical shape, containing the magnet 4, an upper axis 8 comprising a pinion 10, a bearing surface 12 and a pivot 14, and a lower axis 16 comprising a bearing 18 and a pivot 20.
  • the magnet 4, the housing 6 and the axes 8, 16 are aligned on the same axis.
  • the housing 6 may include one or more recesses 22 which, as will be seen in the following text, correspond to parts of the mold which have the function of holding the magnet 4 in position during the injection molding of the part 2.
  • the magnetic rotor shown in Figures 2a and 2b has an axial length of about 3 mm and a diameter of about 2 mm.
  • the pivots 14, 20 have a diameter of about 0.1 mm; the wings 24 of the pinion 10 define a toothing also having a depth of the order of 0.1 mm.
  • the mold intended for the manufacture of this magnetic rotor is produced, in accordance with the invention, in three stages.
  • the first step is to make one or more dies, each corresponding to a part of the part to be manufactured.
  • two dies are advantageously used, as shown in Figures 3a and 3b. These dies correspond respectively to the upper part and to the lower part of the magnetic rotor, defined with respect to a plane perpendicular to the axis of the rotor and dividing the magnet 4 into two substantially equal parts.
  • FIG. 3a illustrates, in front view, a matrix 26, called the upper matrix, comprising on a support 28 the elements corresponding to the upper half of the magnetic rotor.
  • the matrix upper 26 is machined from a hard material, for example steel, to produce on the support 28 an element 30 of generally cylindrical shape comprising recesses 32 and bulges 34.
  • the element 30 thus has the external shape of the housing 6 and of the magnet 4.
  • a pinion 36, a bearing surface 38 and a pivot 40 are machined.
  • the upper die 26 is produced with dimensions slightly greater than those of the magnetic rotor to be manufactured.
  • the ratio of the dimensions of the matrix to those of the workpiece is, for example, from 1.05 to 1.25, and is preferably close to 1.15.
  • the dimensions of the magnetic rotor to be manufactured have been indicated by a dotted line 42.
  • FIG. 3b shows, in front view, a matrix 44, called the lower matrix, corresponding to the lower half of the magnetic rotor.
  • This matrix comprises a support 46 on which an element 30 is machined comprising a recess 32 and a bulge 34, which forms the second half of the housing 6 and of the magnet 4, a bearing surface 48 and a pivot 50.
  • the lower die 44 is machined with dimensions slightly greater than those of the magnetic rotor to be manufactured.
  • the lower half of the magnetic rotor is represented by a dotted line 52.
  • Each matrix is obtained by machining a block of hard material, for example a metal block.
  • the machining can be carried out according to any technique known to those skilled in the art; however, preferably, the machining of the dies is carried out by bar turning, or any other similar technique, this technique having the advantage of making it possible to obtain complex profiles for the toothing of the pinion, even when the depth of the toothing does not not exceed 0.1 mm.
  • the realization of the dies of the part to be manufactured constitutes the first step of the process of the invention.
  • the next step is to make blanks for each shell by injecting a metal powder into cavities containing these dies.
  • FIGS. 4a and 4b show a device for implementing the second step of the method of the invention, respectively in the closed position before injection and in the open position after injection.
  • This device mainly comprises a fixed plate 54, a movable plate 56 and a movable plate 58. These plates are made for example of steel.
  • the plate 56 can be moved in translation, along an axis perpendicular to the surface of the plate 54, so as to be placed on the plate 54 or on the contrary so as to be distant therefrom.
  • the plate 58 can be moved along the same axis to be brought into contact with the plate 56 or to be distant therefrom.
  • the translational movement of the plates 56 and 58 is guided by conventional means not shown.
  • the intermediate plate 56 has a cylindrical recess 60 which, when the three plates are in contact as shown in FIG. 4a, constitutes a cavity in which is placed a matrix 62 for the production of a shell blank.
  • the device is used successively to produce two blanks of shells from the upper 26 and lower 44 dies shown in FIGS. 3a and 3b.
  • the matrix 62 placed in the cavity is fixed on the lower face 64 of the plate 58. This fixing is ensured by suction, gluing, welding or other of the support 66 (respectively 28 and 46 in Figures 3a and 3b) of the matrix 62 (respectively 26 and 44) in a blind hole 68 made on the underside 64 of the plate 58.
  • a supply channel 70 is provided for injection into the cavity of the material in which the blank of the shell is produced.
  • a receiving channel 72 is also produced at the base of the cavity to receive the excess of the injected material.
  • the device also comprises centering rods 74, 76 which are guided in holes 78, 80 in the plate 58. These rods pass through the cavity; as can be seen in FIG. 4b, these rods make it possible to create in the molded shell 86 channels 82, 84 which can be used as a means for positioning the different shells forming the mold between them.
  • a channel 85 corresponding to the channel 118 visible in FIG. 1c is also provided.
  • the material from which the shells are made comprises a metallic powder which, for the injection operation, is mixed with a binding agent.
  • the grain size of the powder is preferably between 1 and 5 micrometers to guarantee an optimal proportion of metal in the mixture of powder and bonding agent.
  • the material can be a metal, a semi-metal or an alloy such as a carbide, for example a titanium or tungsten carbide, a nitride, for example a titanium or niobium nitride, or a heavy metal, for example iron, nickel, cobalt, chromium or molybdenum, or an alloy of these heavy metals, or a ceramic type material, for example Al2O3, ZnO2 or a mixture of Al2O3 and ZnO2.
  • a carbide for example a titanium or tungsten carbide
  • a nitride for example a titanium or niobium nitride
  • a heavy metal for example iron, nickel, cobalt, chromium or molybdenum, or an alloy of these heavy metals
  • a ceramic type material for example Al2O3, ZnO2 or a mixture of Al2O3 and ZnO2.
  • tungsten carbide it is advantageously added with cobalt in a proportion of 3 to 12% by weight of the mixture.
  • titanium carbide it is advantageously added with nickel and / or molybdenum, also in a proportion of 3 to 12% by weight of the mixture.
  • Grade D tungsten carbide powder supplied, for example, by Murex, in Great Britain, having an average grain size of about 3.5 micrometers, is placed for 36 hours in a grinder having a metal grinding wheel hard, in the presence of a solvent such as decahydronaphthaline. 3 to 12% by weight of pulverized cobalt is then added to the tungsten carbide powder, and the mixture is then ground for a further 3 to 6 hours.
  • the very finely pulverized mixture thus obtained is then dried under vacuum, to remove the solvent, then mixed at 150 ° C. with a bonding agent composed of 80% by weight of a hard wax of the Fischer-Tropsch type and of 20% by weight of a partially saponnified wax.
  • a bonding agent composed of 80% by weight of a hard wax of the Fischer-Tropsch type and of 20% by weight of a partially saponnified wax.
  • This mixture is then passed three times in succession through an injection molding machine of the type which is commonly used in the plastics industry.
  • the first two passages are used to thoroughly mix the powder and the bonding agent.
  • the mixture is injected into the device of the Figure 4a which is maintained at a temperature of 100 ° C. A few seconds after this extrusion, the blank 74 can be removed from the molding device.
  • the next step is to remove the bonding agent and then sinter the blank.
  • the blank is heated to 450 ° C in an oven in the presence of a shielding gas or under vacuum.
  • the bonding wax is practically completely removed during this heating, by liquefaction and evaporation.
  • the blank can be placed on a support made of a material absorbing the bonding agent, for example a fiberglass sheet, or completely surround it with an absorbent substance, such as oxide powder. 'aluminum. This heating is carried out in a time of the order of a few hours which depends on the dimensions of the room.
  • the blank is placed in a sintering oven and heated under vacuum to remove the last remains of the bonding agent as well as the gases or water vapor which it could possibly have absorbed.
  • the blank is then heated to a temperature of 700 ° C. under vacuum, that is to say to a pressure of approximately 0.1 mbar, then to a temperature of 1,400 ° C. under an atmosphere. of argon at a pressure of 100 mbar.
  • the blank is kept at this temperature for about 30 minutes.
  • FIG. 5 illustrates a mold composed of two shells manufactured according to the method of the invention.
  • the shells 88.90 correspond respectively to the dies 26.44 shown in Figures 2a and 2b. When assembled, these shells define a cavity 92 having the shape and dimensions of the magnetic rotor illustrated in FIGS. 2a and 2b.
  • the magnetic disc 94 is first placed in the lower shell 90, and the mold is closed by placing the upper shell 88 in place.
  • the magnetic disc 94 is held in position automatically when the mold is closed by the shoulders 96 which correspond - in negative - to the recesses 22 of the housing 6 visible in Figures 2a and 2b.
  • the material chosen for the manufacture of the magnetic rotor is then injected into the mold, for example a plastic material, by means of at least one nozzle 98 produced at the intersection of the two shells 88.90 and composed of two channels such that the channel 85 visible in FIG. 4b.
  • the invention relates to the production of the mold itself and not to a particular method for manufacturing parts by injection. It is therefore not useful to detail here the materials and the operating conditions which can be chosen for the manufacture of these parts, these being selected from the known materials and operating conditions depending on the nature and the destination of these parts.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de réalisation d'un moule destiné à la fabrication de pièces de très petites dimensions, c'est-à-dire des pièces dont l'une des dimensions n'excède pas quelques millimètres.
  • L'invention s'applique notamment en horlogerie pour la réalisation des moules destiné à la fabrication par injection des rotors magnétiques des ensembles moteurs de montres à quartz. Elle s'applique également à la réalisation de moules pour la fabrication de pièces par emboutissage.
  • Dans la suite de la description, on considère, à titre d'exemple, la réalisation d'un moule pour la fabrication de rotors magnétiques pour montres à quartz. Cependant, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ce moule particulier, mais s'applique au contraire à la réalisation de moules de formes quelconques destinés à la fabrication de pièces quelconques de très petites dimensions.
  • Un rotor magnétique pour montre à quartz comprend un aimant en forme de disque, et une pièce moulée par injection. Cette pièce comprend un logement, de forme générale cylindrique, formant un boîtier pour l'aimant, un axe supérieur comportant un pignon, une portée et un pivot, et un axe inférieur comportant une portée et un pivot. Ce rotor magnétique à une longueur axiale d'environ 3 mm et un diamètre, pour le logement, d'environ 2 mm. Le diamètre du pignon est compris généralement entre 0,5 mm et 1 mm, et les pivots ont un diamètre de l'ordre de 0,1 mm.
  • Le rotor magnétique est obtenu par moulage par injection. De manière classique, le moule est réalisé dans un bloc métallique par des techniques telles que l'étincelage ou l'électro-érosion.
  • La précision de coupe offerte par ces techniques est suffisante pour réaliser un moule ayant des motifs de petites dimentions, tel que la forme en creux d'une aile du pignon du rotor magnétique. Cependant, il n'est possible, par ces techniques, d'obtenir qu'un profil simple pour cette forme en creux, tel que par exemple un profil constitué d'une suite de segments de droites.
  • Or on sait que les ailes de pignon ont généralement des profils complexes, par exemple de type hypocycloïdal, pour permettre un meilleur engrenage. Il existe donc un problème non résolu par les techniques connues.
  • L'invention a pour but de résoudre ce problème. L'invention vise notamment à permettre la réalisation de moules destinés à la fabrication de rotors magnétiques pour montres à quartz comprenant des ailes de pignon à profil complexe pour un pignon ayant un diamètre inférieur à 1 mm. L'invention vise plus généralement la réalisation de moules pour la fabrication de pièces de très faibles dimensions comprenant des motifs à profils complexes et de taille n'excédant pas quelques dixièmes de millimètre.
  • Le procédé de l'invention consiste à réaliser le moule à partir d'une poudre comprenant au moins un métal (désignée par "poudre métallique" dans la suite du texte) frittée, qui est mise en forme par moulage sur une matrice ayant la forme des pièces à fabriquer.
  • Le procédé de l'invention est totalement différent du procédé connu consistant à réaliser des pièces à partir d'une poudre métallique frittée. En effet, l'invention réside dans le fait de réaliser un négatif du moule en usinant une matrice, puis de faire un négatif de cette matrice pour obtenir le moule, cette double opération permettant de définir la forme du moule sur une pièce en relief - la matrice - qui peut être travaillée aisément alors que, selon l'art antérieur, on réalise le moule directement en creux en évidant une pièce.
  • De manière précise, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un moule destiné à la fabrication de pièces de très petites dimensions présentant au moins un motif ayant une dimension inférieure au millimètre, ce moule comprenant une ou plusieurs coquilles pouvant s'assembler pour définir une cavité ayant la forme et les dimensions des pièces à fabriquer, la réalisation de chaque coquille consistant à :
    • usiner par enlèvement de copeaux dans un matériau dur une matrice dont au moins une partie a la forme d'un négatif de la coquille à réaliser, cette partie ayant des cotes légèrement supérieures à celles de la coquille à réaliser,
    • positionner la matrice dans une cavité, et réaliser une ébauche de la coquille en injectant dans la cavité un mélange composé d'une poudre comprenant au moins un élément métallique et d'un agent de liaison,
    • éliminer l'agent de liaison par chauffage et soumettre l'ébauche à un frittage.
  • Dans le procédé de l'invention, la matrice utilisée pour réaliser le moule à des cotes supérieures à celles des pièces qui seront fabriquées ultérieurement, pour tenir compte du retrait subi par la coquille lors de l'opération de frittage. On sait que le retrait est déterminé de manière précise par les proportions respectives d'agent de liaison et de poudre métallique. De manière préférée, on réalise la matrice correspondant à une coquille avec des cotes supérieures de 5% à 25% de celles de cette coquille.
  • Le fait d'utiliser une matrice pour définir le moule permet de recourir à des techniques telles que le décolletage, qui présente l'avantage d'offrir une meilleure résolution que l'étincelage ou l'électro-érosion. Un gain en résolution est en outre obtenu par le simple fait que la matrice a des cotes supérieures à celles des pièces à réaliser. Le procédé de l'invention permet donc de réaliser des motifs de petites dimensions à profils complexes.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • les figures 1a à 1e illustrent les différentes étapes du procédé de l'invention, et la figure 1e illustre l'utilisation du moule obtenu selon ce procédé pour la fabrication de pièces de petites dimensions,
    • les figures 2a et 2b représentent respectivement une vue de dessus et une vue de face d'un rotor magnétique pour une montre à quartz, ce rotor magnétique comprenant un aimant disposé dans une pièce moulée,
    • les figures 3a et 3b représentent des matrices pour la réalisation d'un moule constitué de deux coquilles, ce moule étant destiné à la fabrication du rotor magnétique représenté sur les figures 2a et 2b,
    • les figures 4a et 4b représentent un dispositif pour la réalisation par moulage, selon l'invention, d'une ébauche de coquille en poudre métallique, la figure 4a montrant le dispositif en position fermée avant le moulage et la figure 4b montrant le dispositif après le moulage,
    • la figure 5 est une coupe montrant la fabrication d'un rotor magnétique par moulage par injection dans le moule réalisé selon le procédé de l'invention.
  • Les figures 1a à 1e illustrent les étapes successives du procédé de l'invention, dans le cas d'un moule réalisé à partir d'une seule matrice. La première étape consiste à réaliser une matrice 100, telle que représentée sur la figure 1a, comprenant un support 102 et une partie 104 ayant la forme des pièces à fabriquer et des cotes légèrement supérieures à ces pièces. La matrice 100 est obtenue de préférence par usinage d'un bloc de matériau dur tel que l'acier.
  • La deuxième étape du procédé consiste à obtenir une ébauche de moule à partir de cette matrice. Pour celà, comme on l'a représenté sur la figure 1b, on place la partie 104 de la matrice 100 dans une cavité 106 qui est définie par l'assemblage de deux éléments 108 et 110. La matrice 100 est fixée dans une cavité par son support 102. Un orifice 112 pratiqué dans l'élément 108 permet l'injection dans la cavité du mélange composé de la poudre métallique et de l'agent de liaison.
  • On obtient ainsi une ébauche de moule 116 tel que représenté sur la figure 1c. Un canal 118 peut être réalisé dans ce moule par usinage ou en plaçant dans la cavité 106 une tige 114 entre la matrice 100 et le bord de la cavité. Cette tige peut être partie intégrante de la matrice 100 ou constituée par une protubérance de la surface de l'élément 110.
  • La troisième étape du procédé est illustrée par la figure 1d, qui montre l'ébauche de moule 116 dans un four 120. Dans cette étape, on élimine l'agent de liaison par chauffage, puis on fritte l'ébauche de moule. Le retrait subi par l'ébauche de moule au cours de cette étape annule l'excès de dimension initial du moule créé par la différence de cotes entre la matrice et les pièces à fabriquer.
  • La figure 1e montre l'utilisation du moule obtenu selon le procédé de l'invention. Le moule 116 est assemblé avec un couvercle 122 pour former une cavité 124 ayant la forme et les dimensions des pièces à fabriquer. Le canal 118 permet d'injecter dans cette cavité le matériau désiré pour la fabrication des pièces.
  • On va maintenant décrire, à tire d'exemple, la réalisation selon le procédé de l'invention d'un moule destiné à la fabrication de rotors magnétiques pour montres à quartz.
  • Le rotor magnétique à fabriquer est représenté sur les figures 2a et 2b, sur lesquelles il est désigné par la référence numérique 2.
  • Il comprend un aimant 4, ayant la forme d'un disque, et une pièce moulée comportant 3 parties : un logement 6, de forme générale cylindrique, contenant l'aimant 4, un axe supérieur 8 comprenant un pignon 10, une portée 12 et un pivot 14, et un axe inférieur 16 comportant une portée 18 et un pivot 20. L'aimant 4, le logement 6 et les axes 8, 16 sont alignés sur un même axe. Le logement 6 peut comprendre un ou plusieurs évidements 22 qui, comme on le verra dans la suite du texte, correspondent à des parties du moule qui ont pour fonction de maintenir l'aimant 4 en position pendant le moulage par injection de la pièce 2.
  • Le rotor magnétique représenté sur les figures 2a et 2b a une longueur axiale d'environ 3 mm et un diamètre d'environ 2 mm. Les pivots 14, 20 ont un diamètre d'environ 0,1 mm; les ailes 24 du pignon 10 définissent une denture ayant également une profondeur de l'ordre de 0,1 mm.
  • Le moule destiné à la fabrication de ce rotor magnétique est réalisé, conformément à l'invention, en trois étapes. La première étape consiste à réaliser une ou plusieurs matrices correspondant chacune à une partie de la pièce à fabriquer. Dans le cas du rotor magnétique représenté sur les figures 2a et 2b, on utilise avantageusement deux matrices, telles que représentées sur les figures 3a et 3b. Ces matrices correspondent respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure du rotor magnétique, définies par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du rotor et divisant l'aimant 4 en deux parties sensiblement égales.
  • La figure 3a illustre, en vue de face, une matrice 26, dite matrice supérieure, comportant sur un support 28 les éléments correspondant à la moitié supérieure du rotor magnétique. La matrice supérieure 26 est usinée dans un matériau dur, par exemple de l'acier, pour réaliser sur le support 28 un élément 30 de forme générale cylindrique comprenant des évidements 32 et des renflements 34. L'élément 30 a ainsi la forme extérieure du logement 6 et de l'aimant 4. Sur cet élément 30, on usine un pignon 36, une portée 38 et un pivot 40.
  • Pour tenir compte du retrait du moule lors de l'étape de frittage, on réalise la matrice supérieure 26 avec des cotes légèrement supérieures à celles du rotor magnétique à fabriquer. Le rapport des cotes de la matrice à celles de la pièces à fabriquer est, par exemple, de 1,05 à 1,25, et est de préférence proche de 1,15. Sur la figure 3a, on a indiqué par un trait pointillé 42 les cotes du rotor magnétique à fabriquer.
  • La figure 3b montre, en vue de face, une matrice 44, dite matrice inférieure, correspondant à la moitié inférieure du rotor magnétique. Cette matrice comprend un support 46 sur lequel est usiné un élément 30 comportant un évidement 32 et un renflement 34, qui forme la deuxième moitié du logement 6 et de l'aimant 4, une portée 48 et un pivot 50. Comme la matrice supérieure 26, la matrice inférieure 44 est usinée avec des cotes légèrement supérieures à celles du rotor magnétique à fabriquer. A titre de comparaison, la moitié inférieure du rotor magnétique est représentée par un trait pointillé 52.
  • Chaque matrice est obtenue par usinage d'un bloc de matériau dur, par exemple d'un bloc métallique. L'usinage peut être réalisé selon toute technique connue de l'homme de l'art; cependant, de préférence, l'usinage des matrices est réalisé par décolletage, ou toute autre technique similaire, cette technique présentant l'avantage de permettre d'obtenir des profils complexes pour la denture du pignon, même lorsque la profondeur de la denture n'excède pas 0,1 mm.
  • La réalisation des matrices de la pièce à fabriquer constitue la première étape du procédé de l'invention. L'étape suivante consiste à réaliser des ébauches de chaque coquille, par injection d'une poudre métallique dans des cavités contenant ces matrices.
  • On a représenté sur les figures 4a et 4b un dispositif pour la mise en oeuvre de la deuxième étape du procédé de l'invention, respectivement en position fermée avant l'injection et en position ouverte après l'injection.
  • Ce dispositif comporte principalement une plaque fixe 54, une plaque mobile 56 et une plaque mobile 58. Ces plaques sont réalisées par exemple en acier. La plaque 56 peut être déplacée en translation, suivant un axe perpendiculaire à la surface de la plaque 54, de manière à être posée sur la plaque 54 ou au contraire de manière à en être éloignée. De même, la plaque 58 peut être déplacée suivant le même axe pour être mise en contact avec la plaque 56 ou pour en être éloignée. Le mouvement de translation des plaques 56 et 58 est guidé par des moyens classiques non représentés.
  • La plaque intermédiaire 56 comporte un évidement cylindrique 60 qui, lorsque les trois plaques sont en contact comme on l'a représenté sur la figure 4a, constitue une cavité dans laquelle est placée une matrice 62 pour la réalisation d'une ébauche de coquille. Le dispositif est utilisé successivement pour réaliser deux ébauches de coquilles à partir des matrices supérieure 26 et inférieure 44 représentées sur les figures 3a et 3b.
  • La matrice 62 placée dans la cavité est fixée sur la face inférieure 64 de la plaque 58. Cette fixation est assurée par aspiration, collage, soudage ou autre du support 66 (respectivement 28 et 46 sur les figures 3a et 3b) de la matrice 62 (respectivement 26 et 44) dans un trou borgne 68 pratiqué sur la face inférieure 64 de la plaque 58.
  • Un canal d'alimentation 70 est prévu pour l'injection dans la cavité du matériau dans lequel est réalisée l'ébauche de la coquille. Un canal de réception 72 est également réalisé à la base de la cavité pour recevoir l'excédent du matériau injecté. Le dispositif comprend également des tiges de centrage 74, 76 qui sont guidées dans des trous 78, 80 dans la plaque 58. Ces tiges traversent la cavité; comme on peut le voir sur la figure 4b, ces tiges permettent de créer dans la coquille moulée 86 des canaux 82, 84 qui peuvent être utilisés comme moyen pour positionner entre elles les différentes coquilles formant le moule. Un canal 85 correspondant au canal 118 visible sur la figure 1c est également prévu.
  • Le matériau dans lequel sont réalisées les coquilles comprend une poudre métallique qui, pour l'opération d'injection, est mélangée à un agent de liaison. La dimension des grains de la poudre est de préférence comprise entre 1 et 5 micromètres pour garantir une proportion optimale de métal dans le mélange de poudre et d'agent de liaison .
  • Le matériau peut être un métal, un semi-métal ou un alliage tel qu'un carbure, par exemple un carbure de titane ou de tungstène, un nitrure, par exemple un nitrure de titane ou de niobium, ou un métal lourd, par exemple du fer, du nickel, du cobalt, du chrome ou du molybdène, ou un alliage de ces métaux lourds, ou encore un matériau de type céramique, par exemple Al₂O₃, ZnO₂ ou un mélange de Al₂O₃ et de ZnO₂.
  • Dans le cas du carbure de tungstène, celui-ci est avantageusement additionné de cobalt dans une proportion de 3 à 12% en poids du mélange. Dans le cas du carbure de titane, celui-ci est avantageusement additionné de nickel et/ou de molybdène, également dans une proportion de 3 à 12% en poids du mélange.
  • A titre d'exemple, on peut procéder de la manière suivante. De la poudre de carbure de tungstène de qualité D fournie, par exemple, par la maison Murex, en Grande Bretagne, ayant une grosseur de grain moyenne de 3,5 micromètres environ, est placée pendant 36 heures dans un broyeur ayant une meule en métal dur, en présence d'un solvant tel que la décahydronaphthaline. De 3 à 12% en poids de cobalt pulvérisé est ensuite ajouté à la poudre de carbure de tungstène, et le mélange est ensuite broyé pendant encore 3 à 6 heures.
  • Le mélange très finement pulvérisé ainsi obtenu est ensuite séché sous vide, pour éliminer le solvant, puis mélangé à 150°C avec un agent de liaison composé de 80% en poids d'une cire dure du type Fischer-Tropsch et de 20% en poids d'une cire partiellement saponnifiée. Ces deux cires peuvent être obtenues, par exemple, auprès de la maison Chemische Werke Hüls, à Marl en Allemagne Fédérale, sous les références respectives de SH 105 et K 25.
  • Ce mélange est ensuite passé trois fois de suite dans une presse à injecter à vis du type qui est couramment utilisé dans l'industrie des matières plastiques. Les deux premiers passages servent à mélanger intimement la poudre et l'agent de liaison. Pendant le troisième passage, le mélange est injecté dans le dispositif de la figure 4a qui est maintenue à une température de 100°C. Quelques secondes après cette extrusion, l'ébauche 74 peut être retirée du dispositif de moulage.
  • L'étape suivant consiste à éliminer l'agent de liaison puis à fritter l'ébauche.
  • Dans un premier temps, l'ébauche est chauffée à 450°C dans un four en présence d'un gaz de protection ou sous vide. La cire de liaison est pratiquement complètement éliminée pendant ce chauffage, par liquéfaction et évaporation. Pendant ce chauffage, on peut placer l'ébauche sur un support en matériau absorbant l'agent de liaison, par exemple une feuille en fibre de verre, ou l'entourer complètement d'une substance absorbante, telle que la poudre d'oxyde d'aluminium. Ce chauffage est effectué en un temps de l'ordre de quelques heures qui dépend des dimensions de la pièce.
  • Dans un deuxième temps, l'ébauche est placée dans un four de frittage et chauffée sous vide pour éliminer les derniers restes de l'agent de liaison ainsi que les gaz ou la vapeur d'eau qu'elle pourrait éventuellement avoir absorbés.
  • L'ébauche est ensuite chauffée jusqu'à température de 700°C sous vide, c'est-à-dire à une pression d'environ 0,1 mbar, puis jusqu'à une température de 1'400°C sous une atmosphère d'argon à une pression de 100 mbar. L'ébauche est maintenue à cette température pendant environ 30 minutes.
  • Après refroidissement, la coquille ainsi obtenue est terminée et ne demande plus aucun usinage.
  • La figure 5 illustre un moule composé de deux coquilles fabriquées suivant le procédé de l'invention. Les coquilles 88,90 correspondent respectivement aux matrices 26,44 représentées sur les figures 2a et 2b. Lorsqu'elles sont assemblées, ces coquilles définissent une cavité 92 ayant la forme et les dimensions du rotor magnétique illustré sur les figures 2a et 2b.
  • Pour fabriquer ce rotor magnétique, on met d'abord en place le disque aimanté 94 dans la coquille inférieure 90, et on referme le moule en mettant en place la coquille supérieure 88. Le disque aimanté 94 est maintenu en position automatiquement lorsque le moule est fermé grâce aux épaulements 96 qui correspondent - en négatif - aux évidements 22 du logement 6 visibles sur les figures 2a et 2b. On injecte ensuite dans le moule le matériau choisi pour la fabrication du rotor magnétique, par exemple une matière plastique, par l'intermédiaire d'au moins une buse 98 réalisée à l'intersection des deux coquilles 88,90 et composée de deux canaux tel que le canal 85 visible sur la figure 4b.
  • L'invention concerne la réalisation du moule lui-même et non pas un procédé particulier pour la fabrication de pièces par injection. Il n'est donc pas utile de détailler ici les matériaux et les conditions opératoires qui peuvent être choisis pour la fabrication de ces pièces, ceux-ci étant sélectionnés parmi les matériaux et les conditions opératoires connus en fonction de la nature et de la destination de ces pièces.

Claims (9)

  1. Procédé de réalisation d'un moule destiné à la fabrication de pièces de très petites dimensions présentant au moins un motif ayant une dimension inférieure au millimètre, ledit moule comprenant une ou plusieurs coquilles (88,90) pouvant s'assembler pour définir une cavité ayant la forme et les dimensions des pièces à fabriquer, ledit procédé étant caractérisé en ce que la réalisation de chaque coquille consiste à :
    - usiner par enlèvement de copeaux dans un matériau dur une matrice (26,44) dont au moins une partie a la forme d'un négatif de la coquille à réaliser, ladite partie ayant des cotes légèrement supérieures à celles de la coquille à réaliser,
    - positionner ladite matrice dans une cavité et réaliser une ébauche (86) de coquille en injectant dans ladite cavité un mélange composé d'une poudre comprenant au moins un élément métallique et d'un agent de liaison,
    - éliminer par chauffage ledit agent de liaison de ladite ébauche et soumettre ladite ébauche à un frittage.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les proportions d'agent de liaison et de poudre dans le mélange sont fixées, pour chaque coquille, en fonction de l'écart des cotes entre la matrice correspondante et les pièces à fabriquer.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que pour chaque coquille, la matrice correspondante à des cotes supérieures de 5% à 25% à celles de la coquille à réaliser.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la poudre métallique est composée de carbure de tungstène et de cobalt.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite poudre métallique est composée de carbure de titane et de nickel et/ou de molybdène.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'agent de liaison est une matière plastique.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que chaque matrice est obtenue par décolletage.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les matrices sont réalisées en acier.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour la fabrication de petites pièces par injection, caractérisé en ce qu'au moins une matrice comporte au moins un élément en forme de tige, chaque tige définissant dans la coquille réalisée un canal (98) pour le moulage par injection desdites petites pièces.
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