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La présente inveption a pour objet des objets bimétalliques composés d'une pièce coulée liée à une feuille de métal relativement mince. ainsi que le procédé de fabrication de ces objets, tels que semelles bimé- talliques pour fers à repasser, bien que l'invention ne soit pas limitée à celles-ci.
Dans le cours de l'évolution des ustensiles de cuisine légers, faits en totalité ou en partie d'aluminium et de ses alliages, il est devenu bientôt évident que l'intéressante qualité de légèreté de l'aluminium est aussi accompagnée de défauts qui sont inhérents au métal pour cet usa- ge, par exemple sa mollesse qui le fait se rayer et se plier facilement, la coloration résultant des changements de température, et la porosité de surface, qui, généralement,ne devient évidente que lorsque la surface a été polie.
Le fait de revêtir l'aluminium par galvanoplastie, ou de le fu- sionner avec une plaque de surface en cuivre ou autre métal, sont des ex- pédients coûteux, et nécessitent un travail considérable d'usinage ou au- tre finition, surtout dans le deuxième cas, à cause du gauchissement thermique et de l'union incomplète entre l'aluminium et la plaque de surface.
Conformément à la présente invention, on fournit un objet bimétallique destiné à être utilisé dans des ustensiles de cuisine, ou comme tel, ainsi que le procédé de fabrication de cet objet, procédé dans lequel on prend une feuille mince, donc flexible, de métal fortement poli ou polissable plus dur que l'aluminium. par exemple l'acier inoxydable, et on la lie uniformément à une pièce coulée d'aluminium de la grandeur et de la forme désirée pour former un objet léger ayant une surface dure et ajustée.
malgré la tendance au gauchissement thermique de la feuille quand l'objet est chauffé ou refroidi, à cause de la flexibilité relative de la feuille et des coefficients différents de dilatation thermique des métaux de la feuille et de la pièce coulée,
Dans un mode d'application particulièrement,,avantageux du procédé de la présente invention, la feuille flexible, telle qu'une feuille d'acier inoxydable, est de préférence revêtue à l'avance d'aluminium fondu, à la température voulue pour former sur cette feuille un alliage fer-aluminium, puis on la place dans un moule à coulée sous pression ou un mpule permanent, dont la cavité couvercle est façonnée au contour que l'on désire donner à la feuille,
tandis que la cavité opposée est façonnée au contour et aux dimensions que l'on désire donner à la partie aluminium de l'ensemble bimétallique à constituer ; on ferme le moule, et on y envoie de l'aluminium fondu à une pression suffisante pour forcer la feuille d'acier à épouser le contour de la cavité couvercle. tandis que l'aluminium fusionne avec la surface de la feuille qui a été revêtue à l'avance et qui est encore plastique, et se solidifie dans le moule pour compléter l'objet bimétallique.
Au lieu de couler immédiatement l'aluminium contre la feuille revêtue à l'avance d'aluminium pendant que l'aluminium qui est sur cette feuille est encore fondu ou plastique, on peut réactiver le revêtement d'aluminium de la feuille en réchauffant celle-ci, tandis que la feuille est installée dans la cavité du couvercle, et immédiatement avant l'opération de coulée sous pression.
On peut réunir à la pièce coulée, par cette méthode de façonnage sous pression, une feuille de métal plus ou moins épaisse, suivant l'usage final de l'objet, par exemple pour les fers à repasser où la feuille forme la surface de repassage ou pour les ustensiles de cuisine où la feuille forme la surface dure et lisse servant à frire ou à cuire, tandis que la pièce coulée d'aluminium'forme la partie de chauffe, que l'ustensile soit une casserole, un pot, un plat à rôtir, une poêle à frire, etc.
Pour permettre de comprendre plus complètement l'invention, on pourra se référer aux dessins ci-joints sur lesquels :
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La figure 1 est une coupe transversale d'une casserole selon la présente inventions fabriquée conformément au procédé de la présente invention.
La figure 2 est une coupe axiale semi-schématique d'un moule à, coulée sous pression ou moule permanent, représenté en position fermée préparatoire à l'opération de coulée sous pression, une feuille de métal emboutie étant montée sur la matrice mâle et logée dans la cavité de la matrice opposée, pour produire la casserole de la figure 1.
La figure 3 est une coupe similaire semi-schématique d'un moule à coulée sous pression ou moule permanent disposé pour fabriquer des ustensiles de cuisine munis d'une pièce coulée couvrant seulement une partie de la surface extérieure de la feuille métallique emboutie.
La figure 4 est une coupe fragmentaire agrandie du moule disposé pour faire un ustensile de cuisine doublé. sur ses deux surfaces exté- rieures, d'une feuille de métal emboutie et fait conformément à l'invention.
La figure 5 est une coupe fragmentaire agrandie d'un élément bimétallique fabriqué conformément à la présente invention et doublé sur sa surface extérieure d'une feuille de métal embouti ayant un contour spécial, par exemple un moule à gaufres.
La figure 6 est une vue en perspective agrandie d'un système anti-fuites à l'amorce de coulée du moule représenté sur la figure 2.
La figure 7 est une coupe longitudinale d'une semelle de fer à repasser, réalisant la présente invention et fabriquée conformément au procédé de la présente invention, montrant le contour d'un fer à vapeur auquel on peut adapter la semelle.
La figure 8 représente un emboutissage en cuvette de la feuille d'acier inoxydable ou métal similaire, destinée à constituer la surface de repassage du fer terminé; et
La figure 9 est une vue semi-schématique similaire de la matrice ouverte avec un brûleur à gaz interposé pour chauffer la surface de la feuille emboutie qui est revêtue à l'avance d'aluminium, afin de réactiver celle-ci avant l'opération de coulée sous pression.
Le métal en feuille à utiliser, comme matière de dpublage pour l'objet, a une épaisseur de l'ordre d'environ 0,15 à 0,75 mm, et c'est de préférence un acier inoxydable, tel que ceux des séries austénitique, martensitique et ferritique, etco, ou encore, la feuille peut être d'un acier à faible teneur en carbone, et revêtue à l'avance, sur sa surface extérieu- re, de chrome ou de nickel, avant l'opération de coulée ou après celle-ci.
Dans l'exemple illustré par la figure 1,, la feuille emboutie 11 peut être très mince, par exemple de l'ordre de 0,15 mm d'épaisseur, car il n'est pas nécessaire qu'elle garde sa forme par elle-même, puisqu'elle est soutenue par la pièce coulée 12 en aluminium ou alliage d'aluminium, formant la carcasse, dont l'épaisseur peut être de l'ordre de 5 mm, ou supérieure, ou inférieure, suivant la grandeur du pot 10 et les autres conditions, tandis que le fond 13 de cette pièce peut être plus épais, par exemple de l'ordre de 7.5 mm d'épaisseur, Dans le cas de casseroles plus grandes, par exemple marmites ou chaudrons contenant 10 ou 15 litres, ou cuves.
bassins, éviers, etc., l'épaisseur de la pièce coulée 12 peut être modifiée pour donner une plus grande solidité, ou bien la pièce peut être pourvue de nervures faisant corps avec elle, pour donner de la raideur et de la ri- g idité, etc., chose qui est entendue, et qui oblige seulement à en tenir compte dans la conception'des matrices de coulée que l'on va décrire maintenant.
Si l'on considère la figure 2, la feuille emboutie, mince, incapable de tenir seule, 11, est adaptée sur une matrice mâle 14. que l'on
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a soigneusement usinée pour avoir le contour que l'on désire donner à la surface intérieure du pot 10. contour qui suit de près la face concave de la feuille emboutie 11, de sorte que cette dernière ne présentera, dans l'ob- jet fini, ni rides ni autres irrégularités dues aux scories ou aux parties qui n'épousent pas la matrice 140
La matrice 14 est boulonnée dans un coulisseau 15. conformément à un usage bien connu, le coulisseau 15 étant l'une des parties d'un moule à coulée sous pression ou moule permanent.
L'autre coulisseau 16 peut se rapprocher ou s'éloigner du coulisseau fixe 15, sur des glissières 34. et porte la matrice femelle ou de couvercle 17. et le mécanisme éjecteur 34',
La cavité de la matrice 17 est plus grande que la feuille emboutie 11, de sorte qu'il reste un espace annulaire 18 de l'épaisseur désirée, par exem- ple 5 mm. sur les c6tés. et 7.5 mm au fond de la feuille emboutie 11. comme indiqué plus haut.
La feuille emboutie 11 est munie d'un rebord périphérique re- lativement large 19. qui sert de joint d'étanchéité entre les deux matrices
14 et 17. et que l'on rogne ensuite, comme Indiqué par les lignes en pointillé T sur la figure 1. Des chevilles d'alignement axial 20 sont prévues en- tre les coulisseaux 15 et 16. et l'on voit une des trois chevilles sur la figure 2.
L'amorce de coulée 21 est formée conjointement par les matri- ces 14 et 17, et les coulisseaux correspondants 15 et 16. et elle est située à la ligne de séparation entre ces éléments. L'amorce de coulée 21 communique avec le cylindre à pression 22 contenant le piston 23. Le cylindre 22 est alimenté en métal fondu par le trou de coulée 24.
et la pression est appliquée au métal fondu par le piston 23 de façon connue, avec le résultat qui sera décrite
Dans l'application du procédé de fabrication d'objets bimétalliques suivant la présente Invention,, par exeple la fabrication de casseroles doublées. il est nécessaire d'abord de préparer la surface de la feuille que l'on va réunir à la pièce coulée, dans le cas présent la surface extérieure de la feuille emboutie 11, en vue de la liaison avec le métal de couléeo Si la pièce coulée doit être en aluminium ou en alliage d'aluminium.
la réunion peut être assurée grâce à un film Intermédiaire d'un alliage fer-aluminium sur la surface de contact entre l'acier inoxydable de la feuille emboutie 11, et la pièce coulée 12= Ce film d'alliage fer-aluminium est de préférence produit. de façon connue, en mettant cette partie de la surface ferreuse à revêtir au contact d'aluminium ou alliage d'aluminium fondu, pendant un temps court,, et à une température à laquelle l'aluminium s'allie à la feuille ferreuse emboutie 11, de préférence de la manière décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique N 2.396.730 du 19 mars 1946.
Immédiatement après avoir traité ainsi la surface extérieure de la feuille emboutie 11. et pendant que le revêtement d'aluminium qui recouvre. sur cette surface, le film d'alliage fer-aluminium, est encore fondu ou plastique. on place la feuille emboutie 11 sur la matrice mâle 14, on ferme et on verrouille le moule, et on injecte de l'aluminium fondu dans la cavité 18 du moule, au moyen du piston 23. à une pression d'environ 300 à 1100 kg/cm2. A des pressions de cet ordre de grandeur, la feuille de métal flexible qui forme la pièce emboutie 11, est poussée, sur toute son extension. contre la surface de la matrice 14. de manière à en épouser le contour. Le métal de coulée se réunit au film d'aluminium qui recouvre l'alliage fer-aluminium sur la feuille emboutie 11.
Les grandes masses des motrices 14 et 17 accélèrent la solidification de l'aluminium de coulée. grâce à leur effet de refroidissement, bien qu'un refroidissement trop rapide ne soit pas souhaitable et que l'on puisse le régler en chauffant électriquement. à l'intérieur, les matrices 14 et 17, de façon connue.
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Malgré la nature essentiellement flexible de la mince feuille emboutie 11. elle s'ajuste sous la pression de coulée et reste ajustée quand l'aluminium se solidifie et fusionne avec le film d'alliage fer-aluminium pour donner l'ustensile de cuisine bimétallique cohérent 10 de la figure 1. moyennant rognange du rebord 190 La pression appliquée au métal de coulée pendant qu'il se refroidit tasse la pièce coulée 12. et assure une liaison permanente entre elle et le métal en feuille, liaison qui est assez forte pour résister aux contraintes pendant le chauffage ultérieur de l'objet. et à celles causées par les différents coefficients de dilatation thermique du métal de coulée et du métal en feuille.
Ce point est particulièrement important pour un ustensile de cuisine, comme le pot 10. que l'on chauffe et que l'on refroidit rapidement, par le côté constitué par la pièce coulée d'aluminiumo
Au lieu de couler immédiatement après l'application du film d'alliage fer-aluminium sur la surface extérieure de la pièce emboutie 11.
'et pendant que la couche d'aluminium placée par dessus est encore fondue ou plastique, comme on l'a expliqué, la feuille emboutie 11 peut subir un traitement préalable pour produire le film d'alliage fer-aluminium, puis on peut la laisser refroidir et ensuite la réactiver à tout moment ultérieur en la réchauffant, et en faisant fondre ainsi la couche d'aluminium superficielle immédiatement avant la coudée, pour la réunion avec le métal de coulée dans les conditions décrites.
Quelle que soit la manière dont l'opération de coulée est effectuée. soit que l'on coule pendant que la couche d'aluminium recouvrant le film d'alliage fer-aluminium est encore plastique après l'opération d'alliage. soit qu'on l'ait réactivée, la liaison est complète et la mince feuille emboutie 11. incapable de tenir seule, devient ferme et solide, étant soutenue par la pièce coulée rigide en aluminium. 12. à laquelle on l'a liée sous pression.
Gomme on l'a dit. on rogne le rebord 19 dans le finissage, ainsi que les jets et amorces, bien que l'amorce de coulée 21 soit disposée de façon telle que la partie coulée 21' provenant de cette amorce peut servir à tonner la base du manche 25. en matière thermiquement isolante appropriéeo De façon similaire, on peut ménager des évidements dans des côtés opposés de la matrice femelle 17. pour former des oreilles en saillie similaires à 21'. qui serviront de monture pour l'anse ordinaire en fil métallique des récipients de cuisson.
On comprendra aussi que le pot 10 peut avoir tout diamètre, toute profondeur ou toute forme désirables, suivant les besoinso
Comme exemple d'un ustensile de cuisine de dimensions différentes. figure 3 montre un moule servant à faire une poêle à frire conforme à l'invention, dans laquelle la feuille emboutie 26. en acier inoxydable ou métal similaire, capable de tenir seule, porte, liée à sa surface extérieure de fond seulement, une couche coulée relativement épaisse 27 d'aluminium ou alliage à base d'aluminium, de l'ordre de 3 mm d'épaisseur. Dans ce cas. la feuille emboutie 26 est faite de métal en feuille dont l'épaisseur est de l'ordre de 0.6 mm et qui, en conséquence, peut tenir seule, et elle est munie du rebord d'étanchéité 28.
Seule la surface extérieure de fond de la feuille emboutie 26. et son bord rond, sont soumis à un traitement préalable. pour créer la liaison d'alliage fer-aluminium déjà décrite,, et les matrices 29 et 30 sont façonnées exactement, de manière à empêcher tout écoulement d'aluminium fondu de la cavité de coulée 27 vers la paroi latérale 31 de la feuille emboutie, au delà du bord arrondie 32.
Les côtés 31 peuvent être enduits d'une solution de barrage à base de glu. de graphite colloïdal, ou toute autre solution appropriée pour empêcher l'adhérence de toute fuite d'aluminium se produisant au-delà du bord arrondi 320
Le coulisseau 33 de la matrice 29 est mobile sur des glissiè- res 34. en direction du coulisseau fixe 35 de la matrice 30. et les matrices
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sont centrées et mises exactement en position grâce à des chevilles 36.
La feuille emboutie chauffée ou réactivée 26. placée dans le moule de la façon décrite. ferme la matrice par son rebord 28. quand on ferme le moule. puis. on verse de l'aluminium fondu. par le trou de coulée 37. dans la ca- vité de coulée 27. et on le comprime avec le piston 38. pour faire en sor- te que l'aluminium fondu pousse le fond de la feuille emboutie contre la matrice 29. et se solidifie alors qu'il est encore soumis aux hautes pres- sions mentionnées plus hauto
Bien que la feuille emboutie 26 soit faite d'une plaque rela- tivement épaisse, le fond est flexible, mais il est rendu rigide par la coulée 27. qui est liée à la feuille, par compression,
si solidement que les effets thermostatiques dûs aux changements rapides de température ne nuisent pas à la liaison, et en rendent pas le fond convexe, chose qui est caractéristique pour les ustensiles de cuisine en tôle à fond plat. En outre, la conductibilité thermique élevée de l'aluminium assure des tempé- ratures à peu près uniformes sur chaque unité de surface du fond.
Le rebord d'étanchéité 28 est ensuite rogné si on le désire. de même que l'amorce de coulée 39. Etant donné que le calibre de la feuille emboutie est suffisant pour lui permettre de tenir seule, on peut fixer à sa paroi latérale une poignée ou une anse. suivant les besoins.
Outre que l'on recouvre, totalement ou partiellement,, de métal en feuille, l'une des surfaces d'une pièce coulée, on peut recouvrir ainsi les deux surfaces, en prévoyant des feuilles métalliques embouties qui s'emboîtent, ayant les dimensions et formes complémentaires désirées.
On voit cette modification sur la figure 4. sur laquelle les feuilles embouties opposées 40 et 41 sont placées respectivement, la première sur la matrice mâle 42. 42'. la deuxième dans la matrice femelle 43. les deux matrices étant usinées avec précision.et les feuilles embouties correspondantes 40 et 41 étant à peu près ajustées par rapport aux matrices.
Les deux feuilles embouties 40 et 41 peuvent être faites de métal en feuille mince et incapable de tenir seul. ayant une épaisseur de l'ordre de 0.15 mm. bien que l'une d'elles, par exemple la feuille emboutie extérieure 41. puisse avoir un calibre plus fort, par exemple 0,20 mm. ou vice versao
L'écartement entre les feuilles embouties 40 et 41 peut être calculé pour permettre une pièce coulée de l'ordre de 5 mm d'épaisseur. tandis que l'espace entre les rebords des feuilles embouties 40 et 41 permet un rebord coulé plus mince. 45. de l'ordre de 3,8 mmo L'amorce de coulée 46, en queue de poisson, à section rectangulaire aplatie, qui conduit à l'espace destiné au rebord 45. est située sur la ligne de séparation entre la matrice supérieure 429 et la matrice Inférieure 42.
43. et conduit au cylindre contenant le piston de pression 47, et au trou de coulée 48.
Une fois que l'on a fait subir un traitement préalable à la surface intérieure de la feuille emboutie 41 et à la surface extérieure de la feuille emboutie 40. pour assurer la liaison de la façon décrite, on les place dans le moule, que l'on ferme alors en le verrouillant, on verse du métal fondu dans l'espace de coulée 44. par le trou de coulée 48 et l'amorce de coulée 46. et on applique au métal situé dans l'espace 44 une pression de l'ordre indiqué plus haut. au moyen du piston 47. Cette pression pousse les feuilles embouties 40 et 41 à épouser, sur toute leur extension. les matrices correspondantes 42 et 43. et les lie à l'aluminium quand ce dernier se solidifie sous pression pour former la pièce coulée 44.
On rogne l'amorce de coulée 46. on usine et on polit le rebord 54.,, pour terminer le récipient muni de surfaces d'usure opposées, fournies par les feuilles embouties 40 et 41. et conservant la légèreté et la conductibilité thermique de l'aluminium qui forme le noyau coulé raidisseur 44.
On applique le même type général de procédé qui vient d'être décrit, lorsqu'il s'agit seulement d'appliquer sur la surface extérieure de
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la pièce coulée la feuille de métal dure. telle que la feuille emboutie 41 de la figure 4. Par exemple, on peut faire un fer à gaufres dont la surface extérieures ou gaufrée. est formée par la mince feuille de métal em- boutie 50 représentée sur la figure 5. On donne à la matrice 51 une forme complémentaire pour recevoir exactement la feuille emboutie 50 et façonner suivant son propre contour les saillies et dépressions de celle-ci.
On prépare la surface intérieure de la feuille emboutie en vue de la liaison avec l'aluminium, et on l'écarté de la matrice 52 pour donner la pièce coulée 53 quand l'aluminium ou alliage d'aluminium fondu, ou tout autre métal désiré et conducteur de la chaleur, est envoyé dans cet espace, sous pression, par l'amorce de coulée 54 et au moyen du piston 55. de la manière décrite. Le métal fondu à pression élevée pousse la mince feuille de métal embouti 50 à épouser la matrice 51. et se lie à cette feuille quand le métal fondu se solidifie sous pression. On peut enrpber dans l'aluminium des éléments chauffants à résistance électrique 56, comme l'indique la figure 5. De cette manière, on peut faire rapidement les éléments opposés semblables d'un fer à gaufres, et chacun peut avoir des surfaces lisses et dures.
On peut façonner de façon similaire d'autres dispositifs-à contour.
Bien que l'on utilise généralement une feuille de métal mince façonnée à l'avance par emboutissage. si l'on applique des pressions suffisamment élevées pendant la coulée, une feuille plate très mince sera poussée à épouser les contours de la matrice sans qu'ils soit nécessaire de la façonner à l'avanceo Ainsi, des feuilles de métal d'une épaisseur de l'ordre de 0.15 à 0.25 mm ont été façonnées en couches ayant la profondeur d'une poêle ou tourtière peu profonde, sur la pièce coulée, sans rides, sous des pressions de coulée de l'ordre de 400 à 600 kg/cm2. et si l'on emploie des pressions supérieures, allant jusqu'à 1100 kg/cm . on peut obtenir des formes plus profondes sans les façonner à l'avance.
Toutefois. lorsqu'on utilise du métal en feuilles aussi mince, façonné à l'avance ou non. il se produit quelquefois, à l'amorce de coulée, des fuites du métal de coulée à haute pression, autour du bord du métal en feuille. On peut éviter ces fuites grâce au dispositif représenté en perspective sur la figure 6. considérée conjointement avec la figure 2. Dans cette disposition, deux blocs séparés. 60 et 61. sont empilés dans un évidement correspondant de la matrice 17. de sorte que le bloc 61 est placé sur le rebord 19 de la feuille emboutie Il.0 et que le bloc 60 est placé sur le bloc 61.
Le bloc 60 porte les chevilles de guidage 62. qui traversent librement des trous alignés du bloc 61. et des trous agrandis 63 dans la partie à rogner du rebord 19. et sont installés à des extrémités opposées dans les matrices 17 et 14. représentées sur la figure 1. mais omises sur la figure 6 pour plus de clartéo Les faces contiguës des blocs sont usinées exactement à plat. et la face inférieure du bloc supérieur 60 contient une rainure qui forme avec la face supérieure du bloc inférieur la portion de matrice de l'amorce de coulée 21 qui conduit à la cavité de coulée 18 formant la pièce coulée 12 de la figure 1.
Dans le fonctionnement du dispositif à blocs d'étanchéité des figures 2 et 6, la pression du coulisseau 16 et de la matrice 17 sur les blocs 60 et 61 les appuie fortement l'un contre l'autre, et aussi, pousse et aplatit le rebord 19 en dessous du bloc 63. contre la matrice 14. de sorte que le métal de coulée ne peut pas couler entre le rebord 19 et la surface contiguë de la matrice 14. à l'amorce de coulée,
Quand on ouvre le moule,, et que la pièce coulée composite bimétallique 11, 12 est éjectée par le mécanisme éjecteur 34'. une cheville 65 de ce dispositif coopère avec le bloc 60, et pousse les blocs 60 et 61 hors de la cavité de la matrice 17.en même temps que la pièce coulée.
Le bloc supérieur 60 est alors enlevé de la pièce coulée par la force appliquée aux extrémités inférieures des chevilles 62. comme on le voit sur la figure 6,
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ce qui libère alors le bloc inférieur 61. permettant de le retirer de la pièce coulée. La fente d'amorce de coulée 21. dans le bloc 60. peut avoir la forme voulue pour s'adapter au contour que doivent avoir les manches ou oreilles d'anse. comme on l'a expliqué plus haut.
Il est évident que le procédé de la présente invention est uti- le dans la formation d'objets bimétalliques pour différents usages. dans lesquels on désire avoir une mince couche d'un métal. servant de surface d'usure, de surface d'appui. ou de surface ornementale ou autre placée sur une carcasse en métal compatible susceptible d'être coulé à des pressions suffisamment élevées pour aplatir hydrauliquement. ou façonner hydraulique- ment d'une autre manière,, la mince feuille de métal contre une matrice don- nant la forme désirée, et l'amener à épouser le contour de celle-ci.
Par exemple, la mince feuille de métal peut devenir la surface de repassage
112 de la semelle bimétallique 110 du fer, comme représenté sur la figure
7. l'autre partie étant la pièce coulée d'aluminium 1110
La feuille métallique 112 est constituée par une feuille em- boutie au contour désirés et,,, dans le cas d'espèce. elle comprend la por- tion creusée de la surface de semelle. 113. qui a le contour d'une semelle terminée. et le rebord d'étanchéité de matrice 114. qui s'étend sur son périmètre. comme on le voit particulièrement sur la figure 8.
SI le fer à repasser terminé doit être du type sec. la portion de surface 113 est in- interrompue. mais s'il doit être un fer à vapeur, on peut ménager le renflement intérieur 115. ou partie similaires et le perforer ensuite en 116, comme le montre la figure 70
L'évidement de la matrice 118 de la figure 9 est soigneusement usiné, de sorte que le fond de l'évidement. fait pour placer dessus la portion de surface de repassage de la feuille emboutie 112, est parfaitement plate et ajustées sauf pour la partie supportant le renfelement 115. Pour empêcher la déformation du périmètre de la feuille emboutie 112. la matrice est de même usinée exactement pour recevoir tout juste le rebord d'étanchéité de matrice 114.
On comprendra que la portion de la matrice 118 qui est épousée par la feuille doit- être convexe, ou avoir une forme complexe correspondant au contour que doit avoir. une fois terminée, la feuille emboutie 1120
De même. la cavité de coulée de la matrice 121 est façonnée pour former avec la surface intérieure de la feuille emboutie 112. la portion de coulée 111 de la semelle 110.
Si on le désirée on peut donner à la matrice la forme voulue pour recevoir les éléments chauffants à résistance él@@@@ @électrique. douilles de contact etc.... qui doivent être enrobés dans l'aluminium conformément à l'usage connuo
Dans l'application du procédé permettant de faire la semelle bimétallique 110 conformément à la présente inventions la surface intérieure de la feuille emboutie 112 est revêtue à l'avance. de la manière décrite. en vue de la liaison avec le métal de coulée.
Si le métal de coulée doit être l'aluminium ou un alliage d'aluminium, la liaison sera assurée par un film intermédiaire d'un alliage fer-aluminium à la surface de contact entre l'acier et la pièce couléeo Ce film d'alliage fer-aluminium est de préférence réalisé de la manière décriteo
Immédiatement après avoir traité de cette façon la surface intérieure de la feuille emboutie 112. et pendant que le revêtement d'aluminium recouvrant, sur cette feuille,, le film d'alliage fer-aluminium, est encore fondu ou plastiquée on introduit la feuille emboutie 112 dans son logement, dans la matrice 118. on ferme et on verrouille le moule, et on in- jecte dans la cavité du moule, de l'aluminium fondu à une pression de l'ordre de 300 à 1100 kg/cm2 environ.
A des pressions de cet ordre,, le métal flexible qui forme la feuille emboutie 112 est poussé, sur toute son extension, contre le fond de la matrice 118. pour épouser la surface plate de ce-
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lui-ci. Les grandes masses des matrices 118 et 121 accélèrent la solidification de l'aluminium de coulée, grâce à leur effet de refroidissement.
Malgré la nature essentiellement flexible de la mince feuille emboutie 112. elle s'ajuste sous la pression de coulée, et reste ajustée quand l'aluminium se solidifie et fusionne avec le film d'alliage fer-aluminium pour devenir la semelle bimétallique cohérente 110 de la figure 1, moyennant rognage du rebord 114 et perçage des trous de jet de vapeur 116.
Au lieu de couler immédiatement après l'application du film d'alliage fer-aluminium sur la surface intérieureet pendant que la couche superficielle d'aluminium est encore fondue ou plastique, comme décrit, on peut faire subir à la feuille emboutie 112 un traitement préalable, pour constituer le film fer-aluminium, la laisser refroidir et ensuite la réactiver à tout moment ultérieur en ramollissant à la chaleur le revêtement superficiel d'aluminium immédiatement avant la coulée, de préférence après que la feuille emboutie revêtue à l'avance a été mise en place dans son lo- gement, dans la matrice 118.
Si l'on considère la figure 9. la feuille emboutie 112 liée à l'avance, à froide ayant été traitée soit avant soit après son emboutissa- ge à partir d'une feuille d'acier inoxydable mince ou métal similaire est mise en place dans l'évidement de la matrice 118. tandis que les châssis 119 et 120 sont ouverts et écartés. Puis, on suspend un brûleur multiple, oxyacétylénique ou à autre gaz, 130, à proximité de la surface intérieure revêtue à l'avance de la feuille emboutie 112, et on chauffe cette dernière jusqu'à une température de l'ordre de 705 à 709 Ca pour faire fondre ou rendre plastique la mince couche résiduelle d'aluminium, de 0,025 à 0.075mm qui recouvre le film d'alliage fer-aluminium.
Il apparaît que, malgré sa surface d'oxyde d'aluminium, la couche superficielle d'aluminium se ramollit et se subdivise suffisamment par cette opération de réchauffement, pour que, quand on ferme le moule et que l'on injecte l'aluminium à la pression déjà mentionnée,. l'oxyde d'aluminium soit balayé et se dissipe dans toute la masse d'aluminium.
L'examen microscopique ne révèle pas de différence perceptible entre une liaison réactivée et une liaison formée alors que le revêtement initial d'aluminium est encore fondu ou plastique, et le film fer-aluminium n'est pas non plus altéré ni différent à cause de cette réac- tivationa
Le brûleur 130 peut comprendre une coquille d'acier 131, munie d'un doublage en céramique 132. possédant une chambre à flamme 133 correspondant au contour de la feuille emboutie 112. et munie de plusieurs ajutages 134 communiquant avec une rampe à gaz 135 alimentée en mélange oxy-acétylénique ou autre mélange de gaz combustibles provenant d'une source à pression appropriée, grâce au tube flexible 1360 Comme indiqué sur la figure 9.
le brûleur 130 peut être élevé et abaissé pour s'aligner, en position de travail, sur la feuille emboutie 112. ou quitter cette position.
Il est évident que le procédé de la présente invention est utile dans la fabrication d'objets bimétalliques pour différents usages, dans lesquels on, désire avoir une mince couche d'un métal servant de surface d'usure, surface d'appui, surface ornementale ou autre surface, recouvrant une carcasse en métal compatible, susceptible d'être coulé à des pressions suffisamment élevées pour aplatir hydrauliquement, ou façonner hydrauliquement d'autre manière, la mince feuille de métal, contre une matrice donnant la forme voulue, et l'amener à épouser le contour de celle-ci.
Ainsi, en plus de l'aluminium et de ses alliages, on peut utiliser le magnésium et ses alliages, le titane et ses alliages, le cuivre et ses alliages, le nickel, et ses alliages, etc.. comme métal de coulée servant à façonner par pression, pour s'unir à elle de façon permanente par une liaison d'alliage l'une des surfaces d'une mince feuille d'un métal différent, ajoutant à la surface de la pièce coulée des propriétés intéressantes que le métal de coulée ne possède paso
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Bien que l'on ait particulièrement décrit la liaison par fa- çonnage sous pression hydraulique. d'une feuille très mince en alliage de métal ferreux avec l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium. par l'in- termédiaire d'une liaison d'alliage fer-aluminium.
on peut aussi, conformé- ment à la présente invention, lier à l'aluminium fondu de minces feuilles de métaux non ferreux immédiatement compatibles avec l'aluminium fondu grâ- ce à un alliage avec celui-ci. Parmi ces métaux ferreux compatibles, on citera l'argent, le cuivre, le nickel. le chrome. le titane, le molybdène, le tantale, et leurs alliages. tels que ceux de la série- Monel, ainsi que la série nimonique. les laitons, bronzes. etc.
Une feuille faite de ces métaux ou alliages, ou une feuille de métal ferreux revêtue ou plaquée avec ceux-ci, ou avec des métaux ou alliages appropriés de brasage. d'étamage, de galvanoplastie ou de soudage, peuvent être réunis au métal de coulée de la manière décrite, sans traitement préalable autre qu'un nettoyage ou dé- capage en cas de besoin.
En conséquence, beaucoup d'objets coulés, parmi lesquels les semelles en fer plat, et d'autres ustensiles de cuisine tels que pots, poêles, plats, à cuire, à rôtira à frire, etc.,, peuvent être dou- blés ou revêtus d'une feuille superficielles d'acier inoxydable ou métal similaire, qui couvre tout ou partie de la pièce moulée d'aluminium, ou dont la pièce coulée ne couvre qu'une partie ;
par exemple une casserole en acier inoxydable dont la surface du fond est couverte d'une épaisse cou- che d'aluminium qui été coulée dessus entre deux matrices à pression sui- vant la présente inventiono De même. les sabots de presses, cylindres de calandrage. etc., peuvent être- recouverts de métal en feuille très mince grâce au procédé de coulée à façonnage sous pression de la présente inven- tion.
Bien qu'on ait illustré et décrit ici certaines tonnes de réa- lisation particulièrement intéressantes de l'invention, il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ces formes mais qu'elle est susceptible de modifications de forme et de détail rentrant dans le cadre des revendica- tions ci-jointes, dans lesquelles l'expression "métal alumineux" désigne l'aluminium et les alliages à base d'aluminium.
REVENDICATIONS. la) Procédé pour faire une pièce coulée de métal, et simultanément. la réunir de façon permanente à une mince feuille d'un métal différent ayant une surface compatible avec le métal de coulée,. pour former un objet bimétallique; le procédé comprend les opérations suivantes: monter la feuille dans un moule ayant le contour que doit avoir la feuille sur la pièce coulée terminée; fermer le moule hermétiquement ; introduiredans le mou- le métal fondu de coulée, dans des conditions de température qui conduisent le métal fondu de coulée à se réunir à la surface compatible de la feuille ; exercer sur le métal fondu de coulée contenu dans le moule une pression suffisante pour appuyer la feuille contre le contour du moule afin qu'elle l'épouse sur toute son extension ;
enlever du moule l'objet bi- métallique obtenu.
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The present invention relates to bimetallic objects composed of a casting bonded to a relatively thin sheet of metal. as well as the method of making such objects, such as bimetallic soles for irons, although the invention is not limited thereto.
In the course of the evolution of light kitchen utensils, made in whole or in part of aluminum and its alloys, it soon became evident that the interesting quality of lightness of aluminum is also accompanied by defects which are inherent in metal for this purpose, for example its softness which causes it to scratch and bend easily, the coloration resulting from changes in temperature, and the surface porosity, which generally only becomes evident when the surface has been polite.
Electroplating the aluminum, or fusing it with a copper or other metal faceplate, are expensive expedients, and require considerable machining or other finishing work, especially in the second case, because of thermal warping and the incomplete union between the aluminum and the surface plate.
In accordance with the present invention, there is provided a bimetallic object intended for use in kitchen utensils, or as such, as well as the method of manufacturing this object, method in which a thin sheet, therefore flexible, of strongly metal is taken. polished or polishable harder than aluminum. eg stainless steel, and bonded uniformly to an aluminum casting of the desired size and shape to form a lightweight object having a hard, snug surface.
despite the tendency for thermal warping of the sheet when the object is heated or cooled, due to the relative flexibility of the sheet and the different coefficients of thermal expansion of the metals of the sheet and the casting,
In a particularly advantageous embodiment of the process of the present invention, the flexible sheet, such as stainless steel sheet, is preferably pre-coated with molten aluminum, at the desired temperature to form. on this sheet an iron-aluminum alloy, then it is placed in a die-casting mold or a permanent mpule, the cover cavity of which is shaped to the contour that we want to give to the sheet,
while the opposite cavity is shaped to the contour and to the dimensions that it is desired to give to the aluminum part of the bimetallic assembly to be formed; the mold is closed, and molten aluminum is sent into it at sufficient pressure to force the steel sheet to conform to the contour of the cover cavity. while the aluminum fuses with the surface of the sheet which has been coated in advance and which is still plastic, and solidifies in the mold to complete the bimetallic object.
Instead of immediately casting the aluminum against the pre-coated aluminum foil while the aluminum that is on that foil is still molten or plastic, the aluminum coating of the foil can be reactivated by heating the foil. ci, while the sheet is installed in the cavity of the cover, and immediately before the die-casting operation.
We can join to the casting, by this method of shaping under pressure, a more or less thick metal sheet, depending on the end use of the object, for example for irons where the sheet forms the ironing surface. or for kitchen utensils where the foil forms the hard, smooth surface for frying or baking, while the aluminum casting 'forms the heating part, whether the utensil is a pan, pot, dish roasting pan, frying pan, etc.
To allow a more complete understanding of the invention, reference may be made to the accompanying drawings in which:
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Figure 1 is a cross section of a pan according to the present inventions made in accordance with the method of the present invention.
Figure 2 is a semi-schematic axial section of a die-casting or permanent mold, shown in the closed position preparatory to the pressure casting operation, a stamped metal sheet being mounted on the male die and housed in the cavity of the opposing die, to produce the pan of figure 1.
Figure 3 is a similar semi-schematic sectional view of a die-casting mold or permanent mold arranged to make kitchen utensils with a casting covering only a part of the outer surface of the stamped metal sheet.
Figure 4 is an enlarged fragmentary section of the mold arranged to make a lined kitchen utensil. on its two outer surfaces, of a sheet of metal stamped and made in accordance with the invention.
Fig. 5 is an enlarged fragmentary section of a bimetallic member made in accordance with the present invention and lined on its outer surface with a stamped sheet of metal having a special contour, for example a waffle mold.
FIG. 6 is an enlarged perspective view of an anti-leakage system at the start of the casting of the mold shown in FIG. 2.
Fig. 7 is a longitudinal section of an iron soleplate, embodying the present invention and manufactured in accordance with the method of the present invention, showing the outline of a steam iron to which the soleplate can be fitted.
FIG. 8 shows a cup-drawing of the sheet of stainless steel or the like, intended to constitute the ironing surface of the finished iron; and
Figure 9 is a similar semi-schematic view of the open die with a gas burner interposed to heat the surface of the stamped sheet which is pre-coated with aluminum, in order to reactivate it before the operation of die casting.
The sheet metal to be used as a release material for the object has a thickness of the order of about 0.15 to 0.75 mm, and it is preferably a stainless steel, such as those of the series. austenitic, martensitic and ferritic, etc, or the sheet may be of a low carbon steel, and coated in advance, on its outer surface, with chromium or nickel, before the operation of casting or after it.
In the example illustrated by FIG. 1, the stamped sheet 11 can be very thin, for example of the order of 0.15 mm thick, because it is not necessary for it to keep its shape by it. - even, since it is supported by the casting 12 in aluminum or aluminum alloy, forming the carcass, the thickness of which may be of the order of 5 mm, or greater, or less, depending on the size of the pot 10 and other conditions, while the bottom 13 of this part may be thicker, for example of the order of 7.5 mm thick, In the case of larger saucepans, for example pots or pots containing 10 or 15 liters , or vats.
basins, sinks, etc., the thickness of the casting 12 can be varied to give greater strength, or the part can be provided with ribs integral with it, to give stiffness and rigidity. idity, etc., something which is understood, and which only obliges to take it into account in the design of the casting dies which will be described now.
If we consider Figure 2, the stamped sheet, thin, unable to stand alone, 11, is fitted to a male die 14. that we
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a carefully machined to have the desired contour to the interior surface of the pot 10. contour which closely follows the concave face of the stamped sheet 11, so that the latter will not present, in the finished object , no wrinkles or other irregularities due to slag or parts which do not follow the matrix 140
The die 14 is bolted into a slider 15. In accordance with well known usage, the slider 15 being one part of a die-casting mold or permanent mold.
The other slide 16 can move closer to or move away from the fixed slide 15, on slides 34. and carries the female or cover die 17. and the ejector mechanism 34 ',
The die cavity 17 is larger than the stamped sheet 11, so that an annular space 18 of the desired thickness remains, for example 5 mm. on the sides. and 7.5 mm at the bottom of the stamped sheet 11. as indicated above.
The stamped sheet 11 is provided with a relatively wide peripheral rim 19. which serves as a seal between the two dies.
14 and 17. and then trimmed, as indicated by the dotted lines T in FIG. 1. Axial alignment pins 20 are provided between the sliders 15 and 16. and one of the three pegs in figure 2.
The casting initiator 21 is formed jointly by the dies 14 and 17, and the corresponding slides 15 and 16. and it is located at the dividing line between these elements. The casting primer 21 communicates with the pressure cylinder 22 containing the piston 23. The cylinder 22 is supplied with molten metal through the casting hole 24.
and the pressure is applied to the molten metal by the piston 23 in a known manner, with the result which will be described
In the application of the process for manufacturing bimetallic objects according to the present invention, for example the manufacture of lined pans. it is first necessary to prepare the surface of the sheet which will be joined to the casting, in this case the outer surface of the stamped sheet 11, in view of the bond with the casting metal. casting should be aluminum or aluminum alloy.
the meeting can be ensured by means of an intermediate film of an iron-aluminum alloy on the contact surface between the stainless steel of the stamped sheet 11, and the casting 12 = This iron-aluminum alloy film is preferably product. in a known manner, by putting this part of the ferrous surface to be coated in contact with aluminum or molten aluminum alloy, for a short time, and at a temperature at which the aluminum alloys with the stamped ferrous sheet 11 , preferably as described in U.S. Patent No. 2,396,730 of March 19, 1946.
Immediately after so treating the outer surface of the stamped sheet 11. and while the coating of aluminum covering. on this surface, the iron-aluminum alloy film is still molten or plastic. the stamped sheet 11 is placed on the male die 14, the mold is closed and locked, and molten aluminum is injected into the cavity 18 of the mold, by means of the piston 23. at a pressure of approximately 300 to 1100 kg / cm2. At pressures of this order of magnitude, the flexible metal sheet which forms the stamped part 11 is pushed over its entire extension. against the surface of the die 14. so as to match its contour. The casting metal meets with the aluminum foil which covers the iron-aluminum alloy on the stamped sheet 11.
The large masses of the motors 14 and 17 accelerate the solidification of the casting aluminum. thanks to their cooling effect, although too rapid cooling is undesirable and can be regulated by electric heating. inside, the dies 14 and 17, in a known manner.
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Despite the essentially flexible nature of the thin stamped sheet 11, it adjusts under the casting pressure and remains snug as the aluminum solidifies and fuses with the iron-aluminum alloy film to give the cohesive bimetallic cookware. 10 of Figure 1 by trimming the flange 190 The pressure applied to the casting metal as it cools presses the casting 12 and provides a permanent bond between it and the sheet metal which bond is strong enough to resist. to stresses during subsequent heating of the object. and those caused by the different coefficients of thermal expansion of the casting metal and the sheet metal.
This point is particularly important for a kitchen utensil, like the pot 10. which is heated and cooled quickly, by the side formed by the aluminum casting.
Instead of pouring immediately after applying the iron-aluminum alloy film to the outer surface of the stamped part 11.
'and while the aluminum layer placed on top is still molten or plastic, as explained, the stamped sheet 11 can be pretreated to produce the iron-aluminum alloy film, and then it can be left cool and then reactivate it at any later time by reheating it, and thereby melting the surface aluminum layer immediately before the bend, for reuniting with the casting metal under the conditions described.
Regardless of how the casting operation is performed. or that it is cast while the aluminum layer covering the iron-aluminum alloy film is still plastic after the alloying operation. either reactivated, the bond is complete and the thin stamped sheet 11. unable to stand on its own, becomes firm and strong, being supported by the rigid aluminum casting. 12. to which she was tied under pressure.
As we said. the rim 19 is trimmed in the finishing, as well as the jets and primers, although the casting primer 21 is arranged such that the casting part 21 'coming from this primer can be used to thunder the base of the handle 25. in suitable thermally insulating material. Similarly, recesses can be provided in opposite sides of the female die 17. to form protruding ears similar to 21 '. which will serve as a frame for the ordinary wire handle of the cooking vessels.
It will also be understood that the pot 10 can have any desirable diameter, depth or shape, as required.
As an example of a kitchen utensil of different dimensions. Figure 3 shows a mold for making a frying pan according to the invention, in which the stamped sheet 26. of stainless steel or similar metal, capable of holding on its own, carries, bonded to its outer bottom surface only, a layer relatively thick cast 27 of aluminum or aluminum-based alloy, of the order of 3 mm thick. In that case. the stamped sheet 26 is made of sheet metal the thickness of which is of the order of 0.6 mm and which, therefore, can stand on its own, and it is provided with the sealing rim 28.
Only the outer bottom surface of the stamped sheet 26. and its round edge are subjected to a preliminary treatment. to create the iron-aluminum alloy bond already described ,, and the dies 29 and 30 are shaped exactly, so as to prevent any flow of molten aluminum from the casting cavity 27 to the side wall 31 of the stamped sheet, beyond the rounded edge 32.
The sides 31 can be coated with a glue-based barrier solution. colloidal graphite, or any other suitable solution to prevent the adhesion of any aluminum leakage occurring beyond the rounded edge 320
The slide 33 of the die 29 is movable on slides 34 in the direction of the fixed slide 35 of the die 30. and the dies
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are centered and placed exactly in position thanks to ankles 36.
The heated or reactivated stamped sheet 26. placed in the mold as described. closes the die by its rim 28. when the mold is closed. then. molten aluminum is poured. through the tap hole 37. into the tap 27. and it is compressed with the piston 38. to cause the molten aluminum to push the bottom of the stamped sheet against the die 29. and rest. solidifies while it is still subjected to the high pressures mentioned above.
Although the stamped sheet 26 is made of a relatively thick plate, the bottom is flexible, but it is made rigid by the casting 27. which is bonded to the sheet by compression.
so firmly that the thermostatic effects due to rapid changes in temperature do not interfere with the bond, and do not make the bottom convex, which is characteristic of sheet metal cookware with a flat bottom. In addition, the high thermal conductivity of aluminum ensures roughly uniform temperatures over every unit area of the bottom.
The sealing rim 28 is then trimmed if desired. as well as the casting initiator 39. Since the gauge of the stamped sheet is sufficient to enable it to stand alone, a handle or a handle can be attached to its side wall. as needed.
In addition to covering, totally or partially, with sheet metal, one of the surfaces of a casting, the two surfaces can thus be covered, by providing pressed metal sheets which fit together, having the dimensions and desired complementary shapes.
This modification can be seen in FIG. 4, on which the opposing stamped sheets 40 and 41 are placed respectively, the first on the male die 42. 42 '. the second in the female die 43. the two dies being precision machined. and the corresponding stamped sheets 40 and 41 being roughly adjusted relative to the dies.
The two stamped sheets 40 and 41 can be made of sheet metal that is thin and unable to stand on its own. having a thickness of the order of 0.15 mm. although one of them, for example the outer stamped sheet 41, may have a larger gauge, for example 0.20 mm. or vice versao
The spacing between the stamped sheets 40 and 41 can be calculated to allow a casting of the order of 5 mm thick. while the space between the edges of the stamped sheets 40 and 41 allows for a thinner cast edge. 45. of the order of 3.8 mmo The casting primer 46, fishtail, with a flattened rectangular section, which leads to the space intended for the rim 45. is located on the separation line between the upper die 429 and the Lower matrix 42.
43. and leads to the cylinder containing the pressure piston 47, and to the tap hole 48.
After the inner surface of the stamped sheet 41 and the outer surface of the stamped sheet 40 have been pre-treated to bond in the manner described, they are placed in the mold, which is then placed in the mold. 'it is then locked by locking, molten metal is poured into the casting space 44. through the casting hole 48 and the casting initiator 46. and a pressure of 1 is applied to the metal in the space 44. order given above. by means of the piston 47. This pressure pushes the stamped sheets 40 and 41 to match, over their entire extension. the corresponding dies 42 and 43. and bonds them to the aluminum when the latter solidifies under pressure to form the casting 44.
The casting primer 46 is trimmed and the rim 54 is machined and polished to complete the container provided with opposing wear surfaces provided by the stamped sheets 40 and 41 and retaining the lightness and thermal conductivity of the aluminum which forms the stiffening cast core 44.
The same general type of process which has just been described is applied, when it is only a question of applying to the outer surface of
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the casting the hard metal sheet. such as the stamped sheet 41 of FIG. 4. For example, a waffle iron can be made with the outer or embossed surface. is formed by the thin embossed sheet of metal 50 shown in FIG. 5. Die 51 is given a complementary shape to exactly receive the embossed sheet 50 and to shape the protrusions and depressions thereof according to its own contour.
The interior surface of the stamped sheet is prepared for bonding with the aluminum, and moved away from die 52 to give the casting 53 when the aluminum or aluminum alloy is molten, or any other desired metal. and heat conductor, is sent into this space, under pressure, by the casting initiator 54 and by means of the piston 55. in the manner described. The molten metal at high pressure causes the thin sheet of stamped metal 50 to conform to the die 51 and bonds to this sheet as the molten metal solidifies under pressure. Electric resistance heaters 56 can be embedded in aluminum, as shown in Fig. 5. In this way, the opposing elements can be quickly made like a waffle iron, and each can have smooth and smooth surfaces. hard.
Other contour devices can be shaped in a similar fashion.
Although a thin sheet of metal formed in advance by stamping is generally used. if sufficiently high pressures are applied during casting, a very thin flat sheet will be pushed to follow the contours of the die without having to be shaped in advanceo Thus, sheets of metal with a thickness of the order of 0.15 to 0.25 mm were shaped in layers having the depth of a shallow pan or pie pan, on the casting, without wrinkles, under casting pressures of the order of 400 to 600 kg / cm2 . and if higher pressures are used, up to 1100 kg / cm. you can get deeper shapes without shaping them in advance.
However. when using sheet metal as thin, pre-shaped or not. At the initiation of the casting there is sometimes leakage of the casting metal at high pressure around the edge of the sheet metal. These leaks can be avoided by means of the device shown in perspective in FIG. 6 considered in conjunction with FIG. 2. In this arrangement, two separate blocks. 60 and 61. are stacked in a corresponding recess of the die 17. so that the block 61 is placed on the rim 19 of the stamped sheet II.0 and the block 60 is placed on the block 61.
Block 60 carries guide pins 62 which freely pass through aligned holes of block 61 and enlarged holes 63 in the trim portion of flange 19. and are installed at opposite ends in dies 17 and 14. shown in Figure 1. but omitted from Figure 6 for clarity o The adjacent faces of the blocks are machined exactly flat. and the lower face of the upper block 60 contains a groove which forms with the upper face of the lower block the die portion of the casting initiator 21 which leads to the casting cavity 18 forming the casting 12 of FIG. 1.
In the operation of the sealing block device of Figures 2 and 6, the pressure of the slider 16 and the die 17 on the blocks 60 and 61 presses them strongly against each other, and also pushes and flattens the rim 19 below the block 63. against the die 14. so that the casting metal cannot flow between the rim 19 and the surface contiguous of the die 14. to the casting initiator,
When the mold is opened, and the bimetallic composite casting 11, 12 is ejected by the ejector mechanism 34 '. a pin 65 of this device cooperates with the block 60, and pushes the blocks 60 and 61 out of the cavity of the die 17. at the same time as the casting.
The upper block 60 is then removed from the casting by the force applied to the lower ends of the pegs 62. as seen in Figure 6,
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which then frees the lower block 61, allowing it to be removed from the casting. The casting initiator slot 21. in the block 60. may have the desired shape to match the contour that the handles or handle ears must have. as explained above.
It is obvious that the process of the present invention is useful in forming bimetallic articles for various uses. in which it is desired to have a thin layer of a metal. serving as a wear surface, a bearing surface. or ornamental or other surface placed on a compatible metal frame capable of being cast at pressures high enough to hydraulically flatten. or otherwise hydraulically shape the thin sheet of metal against a die to give the desired shape, and cause it to conform to the contour thereof.
For example, the thin sheet of metal can become the ironing surface
112 of the bimetallic sole 110 of the iron, as shown in figure
7.the other part being the aluminum casting 1110
The metal foil 112 consists of a foil embossed to the desired contour and, in this case. it comprises the hollowed-out portion of the sole surface. 113. which has the outline of a finished sole. and the die sealing rim 114. which extends around its perimeter. as can be seen particularly in figure 8.
IF the finished iron must be of the dry type. the surface portion 113 is uninterrupted. but if it is to be a steam iron, the internal bulge 115 or similar part can be left and then perforated at 116, as shown in figure 70.
The recess of the die 118 of Figure 9 is carefully machined, so that the bottom of the recess. made to place the ironing surface portion of the stamped sheet 112 thereon, is perfectly flat and adjusted except for the portion supporting the bulge 115. To prevent deformation of the perimeter of the stamped sheet 112. the die is likewise machined exactly to just receive the die seal lip 114.
It will be understood that the portion of the matrix 118 which is followed by the sheet must be convex, or have a complex shape corresponding to the contour that must have. when finished, the stamped sheet 1120
The same. the casting cavity of the die 121 is shaped to form with the interior surface of the stamped sheet 112. the casting portion 111 of the sole 110.
If desired, the die can be shaped to accommodate the electric resistance heaters. contact sockets etc ... which must be coated in aluminum in accordance with known usage
In the application of the method for making the bimetallic sole 110 according to the present inventions the inner surface of the stamped sheet 112 is coated in advance. in the manner described. for bonding with the casting metal.
If the casting metal is to be aluminum or an aluminum alloy, the bond will be ensured by an intermediate film of an iron-aluminum alloy at the contact surface between the steel and the casting o This alloy film iron-aluminum is preferably made as described
Immediately after having treated in this way the inner surface of the stamped sheet 112. and while the aluminum coating covering, on this sheet, the iron-aluminum alloy film, is still melted or plasticized, the stamped sheet is introduced. 112 in its housing, in the die 118. the mold is closed and locked, and molten aluminum is injected into the cavity of the mold at a pressure of the order of approximately 300 to 1100 kg / cm2.
At pressures of this order, the flexible metal which forms the stamped sheet 112 is pushed, over its entire extension, against the bottom of the die 118 to conform to the flat surface of this.
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him. The large masses of the dies 118 and 121 accelerate the solidification of the casting aluminum, thanks to their cooling effect.
Despite the essentially flexible nature of the thin stamped sheet 112, it adjusts under the casting pressure, and remains snug as the aluminum solidifies and fuses with the iron-aluminum alloy film to become the coherent bimetallic base 110 of FIG. 1, by trimming the rim 114 and drilling the steam jet holes 116.
Instead of casting immediately after the application of the iron-aluminum alloy film to the interior surface and while the aluminum surface layer is still molten or plastic, as described, the stamped sheet 112 can be pretreated. , to form the iron-aluminum film, allow it to cool and then reactivate it at any later time by heat-softening the aluminum surface coating immediately before casting, preferably after the pre-coated stamped sheet has been installation in its housing, in the matrix 118.
Considering Fig. 9, the cold-bonded, cold-bonded stamped sheet 112 having been processed either before or after its stamping from a sheet of thin stainless steel or the like is placed. in the recess of the die 118. while the frames 119 and 120 are opened and separated. Then, a multiple oxyacetylene or other gas burner 130 is suspended near the interior surface coated in advance with the stamped sheet 112, and the latter is heated to a temperature of the order of 705 to 709 Ca to melt or make plastic the residual thin layer of aluminum, from 0.025 to 0.075mm which covers the film of iron-aluminum alloy.
It appears that, despite its aluminum oxide surface, the surface aluminum layer softens and subdivides sufficiently by this heating operation, so that, when the mold is closed and the aluminum is injected to the pressure already mentioned ,. the aluminum oxide is swept away and dissipates throughout the aluminum mass.
Microscopic examination does not reveal a noticeable difference between a reactivated bond and a bond formed while the initial aluminum coating is still molten or plastic, and the iron-aluminum film is also not altered or different due to this reactivation
The burner 130 can comprise a steel shell 131, provided with a ceramic lining 132. having a flame chamber 133 corresponding to the contour of the stamped sheet 112. and provided with several nozzles 134 communicating with a gas train 135 supplied. in oxy-acetylene mixture or other mixture of combustible gases coming from a source at suitable pressure, thanks to the flexible tube 1360 As indicated in figure 9.
the burner 130 can be raised and lowered to align, in the working position, on the stamped sheet 112. or to leave this position.
It is evident that the process of the present invention is useful in the manufacture of bimetallic articles for various uses, in which it is desired to have a thin layer of a metal serving as a wear surface, bearing surface, ornamental surface. or other surface, covering a compatible metal carcass, capable of being cast at pressures high enough to hydraulically flatten, or otherwise hydraulically shape, the thin sheet of metal, against a die giving the desired shape, and the bring it to fit the outline of it.
Thus, in addition to aluminum and its alloys, one can use magnesium and its alloys, titanium and its alloys, copper and its alloys, nickel, and its alloys, etc., as a casting metal for to form by pressure, to unite with it permanently by an alloy bond one of the surfaces of a thin sheet of a different metal, adding to the surface of the cast part interesting properties that the metal of casting does not have o
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Although the connection by shaping under hydraulic pressure has been particularly described. of a very thin sheet of ferrous metal alloy with aluminum or an aluminum-based alloy. via an iron-aluminum alloy bond.
It is also possible, in accordance with the present invention, to bond to the molten aluminum thin sheets of non-ferrous metals immediately compatible with the molten aluminum by means of an alloy therewith. Among these compatible ferrous metals, mention will be made of silver, copper and nickel. chrome. titanium, molybdenum, tantalum, and their alloys. such as those of the series- Monel, as well as the nimonic series. brasses, bronzes. etc.
A foil made of such metals or alloys, or a ferrous metal foil coated or plated therewith, or with suitable brazing metals or alloys. tinning, electroplating or welding, can be joined to the casting metal in the manner described, without prior treatment other than cleaning or stripping if necessary.
As a result, many cast objects, including flat iron soles, and other kitchen utensils such as pots, pans, dishes, cooking, roasting, frying, etc., can be doubled or coated with a surface sheet of stainless steel or similar metal, which covers all or part of the aluminum casting, or of which the casting only covers a part;
for example a stainless steel saucepan the bottom surface of which is covered with a thick layer of aluminum which has been cast over it between two pressure dies according to the present invention. Likewise. press shoes, calendering rolls. etc., can be coated with very thin sheet metal by the die-casting process of the present invention.
Although certain particularly interesting embodiments of the invention have been illustrated and described here, it is understood that the invention is not limited to these forms but that it is susceptible of modifications in form and in detail. falling within the scope of the appended claims, in which the expression "aluminous metal" denotes aluminum and aluminum-based alloys.
CLAIMS. la) Process for making a metal casting, and simultaneously. joining it permanently to a thin sheet of a different metal having a surface compatible with the casting metal ,. to form a bimetallic object; the method comprises the following operations: mounting the sheet in a mold having the contour that the sheet must have on the finished casting; close the mold tightly; introducing into the molten metal casting mold under temperature conditions which cause the molten casting metal to meet at the compatible surface of the sheet; exert sufficient pressure on the molten casting metal contained in the mold to press the sheet against the contour of the mold so that it follows it over its entire extension;
removing the bi-metallic object obtained from the mold.