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Cette invention concerne la fabrication d'articles en métal dou- blé comprenant une mince plaque de métal ferreux et un corps moulé en alu- minium ou alliage d'aluminium. L'invention est particulièrement, mais non exclusivement,applicable à la fabrication des semelles pour fers à repas- ser.
Suivant la présente invention un procédé pour la fabrication d'un article en métaldoublé, par exemple une semelle de fer à repasser, consiste à appliquer à la surface d'une pince plaque de métal ferreux une mince pellicule de métal ductile résistant à la corrosion et à couler sur cette pellicule un corps en aluminium ou en alliage d'aluminium, dans des conditions telles que la liaison entre la pellicule et la plaque de métal ferreux soit une soudure mécanique.
Il est d'usage en pratique de fabriquer la semelle d'un fer à repasser électrique en coulant uncorps en aluminium ou en alliage d'aluminium dans lequel est noyé un élément chauffant électrique du type baguette.
Ces semelles présentent une conductibilité thermique élevée, une grande ré- sistance à la corrosion, sont légères et ont un aspect agréable, mais elles offrent l'inconvénient que la surface de repassage, même si elle est en al- liage d'aluminium dur, est sujette à se rayer et à se ternir à l'usage.
Aussi a-t-on proposé d'employer une semelle en alliage d'aluminium revêtue d'une mince partie en métal plus dur, tel que l'acier inoxydable. La présente invention concerne un procédé pour unir ce patin au corps métallique en aluminium d'une manière efficace de façon à former une "soudure" de haute résistance mécanique et de haute résistance aux à-coups thermiques.
On a constaté que si le corps en alliage d'aluminium et le patin en acier inoxydable en contact avec lui sont maintenus pendant un temps appréciable, à une haute température telle que celle requise pour la coulée, il se forme une couche d'alliage d'aluminium ferreux à la surface de jonction. Une telle couche d'alliage donne lieu à une "soudure" moins satis faisante que celle obtenue suivant la présente invention où la "soudure" est purement mécanique et la formation d'une couche d'alliage d'aluminium ferreux évitée. Ainsi,les mentions faites ici et dans les revendications ciaprès d'une soudure mécanique produite entre la pellicule et la plaque de métal ferreux, sont limitées à une soudure mécanique où. la formation d'une couche d'alliage d'aluminium ferreux est évitée.
De préférence-le )*étal ferreux comprend de l'acier oxydable et la mince pellicule y est appliquée par pistolage, après que la surface de la plaque en métal ferreux, à laquelle la pellicule est appliquée, a été rendue rugueuse, par exemple par sablage à l'aide de sable d'une granulométrie de 60 à 80 mailles. La surface découverte de la plaque de métal ferreux peut être polie.
La pellicule de métal ductile résistant à la corrosion - peut être en aluminium, en molybdène ou en acier inoxydable, et a de préférence une épaisseur comprise entre 5 et 8 millièmes d e pouce (0,12 à 0,20 mm).
Le corps métallique en aluminium est convenablement formé par moulage en coquille. Dans ce cas, la pellicule peut être préalablement chauffée à une température de l'ordre de 800 F (430 G env.) avant que le corps ne soit coulé. Le métal de moulage, avant d'être coulé dans la coquille, est maintenu à une température qui ne dépasse pas 1400 F (760 C env.), de préférence à 1350 F (730 C env.). La coulée peut être effectuée sous une pression de 7000 à 12. 000 livres par pouce carré (490 à 845 kg par cm2), par exemple 10.000 livres par pouce carré (700 kg par cm2).
L'invention peut être mise en pratique de diverses manières; on en décrira ci-après un mode d'exécution spécifique à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Figure 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, montrant une semelle de fer à repasser complète, conforme à l'invention,
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Figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle, en coupe dans une partie de la semelle.
Figure 3 est une vue schématique en perspective, montrant l'opémtion de pistolage,
Figure 4 est une vue composée montrant les moules métalliques d'une machine à mouler en coquilles et un élément chauffant pour le chauffage de la pellicule appliquée par pistolage sur le patin de la semelle.
Figure 5 est une vue fragmentaire montrant en coupe les moules de la fig. 4 après qu'ils ont été fermés et que le métal y a été injecté.
Figure 6 est une vue de dessous du dispositif de semelle complet après son enlèvement des moules,
Figure 7 est une vue fragmentaire en coupe, à plus grande échel- le, montrant comment la pression du métal moulé en coquille déforme le pa- tin en acier inoxydable, et
Figure 8 est une photo-micrographie de la structure des diver- ses couches de métal dans la semelle, grossie environ 400 fois.
Bien que l'invention soit applicable à la fabrication d'autres articles en métal doublé, on l'a représentée à titre d'exemple dans son ap- plication à une semelle de fer à repasser qui comprend, comme le montrent les figs. 1 et 2, un corps principal 1, obtenu par moulage en coquille, en aluminium ou alliage d'aluminium, de préférence en alliage d'aluminium relativement dur. Dans le corps 1 est noyé un élément chauffant 2 du type baguette autour duquel le corps est coulé comme c'est décrit ci-après.
Les extrémités 3 dépassent verticalement la surface du corps 1 pour être raccordées à des conducteurs d'amenée du courant. Comme décrit ci-après, la surface inférieure du corps moulé en coquillle est rendue solidaire d'un mince patin en acier inoxydable 4, par exemple en acier dit du type 430, de 0,012 pouce d'épaisseur (0,3 mm) qui est fermemett soudé au corps par une pellicule intermédiaire 5 en métal ductile, tel que l'aluminium, le molybdène ou l'acier inoxydable. Une pareille semelle est applicable aussi bien aux fers à repasser à la vapeur qu'aux fers à repasser à sec; elle est représentée dans son application à une semelle de fer à repasser à la vapeur, comprenant une chambre de vaporisation 6 et des conduits de distribution de vapeur 7 moulés dans le métal du corps.
@ Un procédé de fabrication de cette semelle sera décrit ci-après.
Le mince patin, en acier inoxydable 4 est exécuté en premier lieu, par un procédé approprié quelconque, tel que le matriçage, l'étirage ou le poinçonnage, dans la forme représentée sur la figure: 3. C'est-à-dire qu'il comporte un rebord périphérique 10 uni au corps plat de la semelle par une bride verticale 12 qui forme le bord redressé de la surface de repassage, comme c'est indiqué sur la figure 2, et une paire d'oreilles perforées 11 qui s'étendent latéralement.
La surface du patin qui est visible sur le dessin est soumise à un sablage poussé, en utilisant de préférence du sable d'une finesse de 60 à 80 mailles, pour que toute la surface soit rendue rugueuse ou soit ra- yée. Elle est ensuite dégraissée de toute manière appropriée.
Le patin 4 est alors maintenu, dans une position verticale comme c'est représenté sur la figure 3 dans un châssis approprié, non représenté, et on y projette par pistolage une mince pellicule métallique 14, comme c'est indiqué à la partie supérieure de la figure . Le métal est appli- qué sur la plaque sous une épaisseur ¯de 0,005 à 0,008 pouce (0,12 à 0,20 mm) au moyen d'un pistolet de type conventionnel 15 dans lequel le métal à pulvériser est introduit sous forme de fil ou de tige 16 et est fondu dans une flamme à haute température, puis projeté par soufflage en un jet 17 sur la surface à recouvrir.
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Pour la production de la pellicule, plusieurs métaux donnent de bons résultats, notamment l'aluminium ou les alliages d'aluminium, le molybdène ou l'acier inoxydable. Tous ces métaux offrent une grande ré- sistance à la corrosion, peuvent être appliqués facilement au pistolet, sont ductiles et se soudent fermement à la surface du patin 4 qui a été sablée. En outre,tous ces métaux donnent lieu à des surfaces satisfaisan- tes sur lesquelles le corps métallique principal en aluminium de l'article peut être coulé en coquille.
Après sablage le patin 4 est placé dans un moule métallique ou coquille comme c'est indiqué sur la figure 4. La structure du moule en coquille comprend une paire de moules métalliques conjugués 18 et 19 montés dans les éléments d'une machine à mouler en coquille indiquée en
20. Il est préférable de maintenir les moules à une température d'environ
500 à 600 F (260 à 315 C) de façon à empêcher un refroidissement trop ra-- pide du métal coulé. Le patin 4 est placé dans une cavité plus profonde ménagée dans le moule 18 et est supporté par des oreilles perforées 11, enfilées sur de petites goujons de repérage 21.
Le moule 19 est pourvu de chevilles saillantes 23 qui pénè- trent dans des trous 24 ménagés dans le moule 18 pour assurer la juxtaposi- tion correcte des deux moules et la concordance des cavités qui y sont formées. Le moule 19 est pourvu d'alésages appropriés pour recevoir les piè- ces d'extrémité 3 de l'élément de chauffage 2 de manière à supporter celui- ci dans la cavité, de tellè sorte qu'à l'exception de ces extrémités il est complètement noyé dans l'alliage d'aluminium après la coulée.
Le patin 4 étant placé dans le moule 18, un brûleur à gaz pivotant 25 est amené entre les moules séparés comme c 'est représenté sur la figure 4 pour chauffer à une température d'environ 800 F (425 C) la pellicule appliquée par pistolage, sur la surface du patin 4. Cette température n'est pas critique et peut varier entre 600 F (315 C) et 1000 F (540 C).
Le but de ce chauffage intermédiaire est d'assurer que le métal coulé en coquille s'écoule dans les interstices de la surface métallique obtenue par pistolage, sans se refroidir assez rapidement pour ne pas épouser rigoureusement la surface rugueuse et, par conséquent, ne pas se "souder" à la pellicule pistolée. Le chauffage ne nécessite que quelques secondes car il ne sert qu'à préchauffer la pellicule métallique pistolée. D'autres types de dispositifs de chauffage peuvent être employés pour chauffer la pellicule pistolée si on le préfère. On fait alors pivoter le brûleur 25 pour le dégager et on actionne la machine à mouler en coquille de manière à rapprocher les moules 18 et 19 dans la position de coulée représentée sur la figure 5.
La machine à mouler en coquille est pourvue d'un cylindre d'alimentation protubérant 31 présentant à sa partie supérieure une ouverture de coulée 32 conduisant à un alésage d'alimentation 28 dans lequel se trouve un plongeur 30. L'alésage d'alimentation s'étend dans le cylindre 31 jusqu'à un renforcement 29 formé dans la coquille 19 et communiquant avec les cavités ménagées dans les coquilles.
Le plongeur 30 se trouvant dans la position retirée, on coule le métal dans l'alésage 28 du cylindre d'alimentation 31 par l'ouverture 32 et on fait alors avancer le plongeur pour refouler le métal sous une haute pression dans les creux des coquilles.
Pour contribuer à l'obtention d'une "soudure" ferme et continue, il est désirable que le métal en fusion pénètre dans la coquille à grande vitesse et sous haute pression. La température doit évidemment être suffisante pour permettre au métal de s'écouler librement, mais elle ne doit pas être élevée au point de favoriser la formation d'un alliage entre la pellicule 5 et le patin en acier inoxydable 4.
Par exemple, pour le moulage de la semelle de fer à repasser représentée, le métal en fusion peut être amené à la machine à mouler en coquille à une température d'ap-
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proximativement 1350 F (725 C environ), Le plongeur refoule alors le métal dans la coquille sous une pression allant de 7500 à 12000 livres par pouce carré (520 à 850 kg par cm2) de préférence 10.
000 livres par pouce carré (700 kg par cm2). Il est aussi désirable d'employer une vitesse élevée pour le plongeur et dans l'exemple spécifique considéré des résultats satisfaisants ont été obtenus par l'emploi d'un plongeur de 2 1/2 pouces de diamètre (63,5 mm) se déplaçant à une vitesse d'environ 450 pieds (135 m) par minute, bien qu'une soudure ferme ait été obtenue avec des vitesses de plongeur plus faibles, telles que 190 pieds (58 m) par minute. Dans ces conditions, le métal moulé en coquille se soude parfaitement à la pellicule pistolée, sur toute son étendue, et remplit tous les creux de la coquille pour former une semelle ayant la forme désirée.
Lorsque le métal a été injecté dans la coquille on le laisse reposer pendant 15 à 20 secondes, le métal se solidifiant pendant ce temps et la pièce moulée complète pouvant alors être enlevée du moule préalablement aux opérations ultérieures.
La figure 6 montre l'aspect de la pièce moulée mixte, lorsqu'elle est enlevée du moule. Cette vue est prise de manière à représenter la surface extérieure du patin 4 et montre la bavure 35,qui se forme normalement sur le rebord 10 lors du moulage en coquille ainsi que le bouchon de métal formé par le jet de coulée 36 encore fixé à la pièce moulée. Lorsque celle-ci a été enlevée du moule, le jet de coulée 36, la bavure 35 et le rebord 10 de l'enveloppe 4 sont rognés ou tranchés à la matrice pour former la semelle finie, représentée sur la fig. 1.
Le procédé a été décrit dans son application à la fabrication d'une semelle de fer à repasser à la vapeur, auquel cas, comme, le montre la figure 6, la semelle, lorsqu'on la retire de la coquille, présente dans sa surface inférieure uncertain nombre de rainures 38 se terminant par un renforcement partiellement circulaire 37. Dans l'opération de parachèvement, des lumières d'éjection de la vapeur sont forées dans les renforcements 37 de telle sorte que lorsqu'on utilise le fer à repasser, de la vapeur peut être éjectée de haut en bas sur la surface de repassage du patin 4 et peut être répartie sur la surface soumise au repassage par les rainures 38.
Pour la formation de ces rainures et renforcements, la coquille 18, comme le montre la figure 7, est pourvue de saillies 40. Comme le patin est placé à l'origine dans la coquille sur les broches 21, la surface inférieure arrière plate du patin 4 vient en contact avec les parties supérieures des saillies 40, mais la haute pression du métal produite pendant le moulage en coquille repousse le patin en acier inoxydable 4 en contact intime avec la surface de la coquille 18 sur toute son étendue et la presse sur les saillies 40 de la coquille 18 pour modeler les rainures et les renforcements dans le patin.
L'acier inoxydable et le revêtement qui y est appliqué par pistolage sont suffisamment ductiles pour résister aux efforts de déformation et de modelage pendant le moulage en coquille, sans que la cohésion entre la pellicule pistolée et le patin en acier inoxydable soit rompue. Le métal coulé 41 (fig. 7) se soude sur les renforcements et rainures 37 et 38 aussi bien que sur les surfaces planes du patin 4.
Figure 8 est une photo-micrographie grossie 400 fois d'une coupe de semelle de fer à repasser fabriquée suivant l'invention. Le patin en acier inoxydable 4 présente une surface rugueuse 50 obtenue par sablage et dans laquelle la pellicule métallique 5 appliquée par pistolage a pénétré. Le métal coulé en coquille du corps 1 a comprimé la' pellicule métalli- que 5, en la repoussant sous haute pression dans la surface rugueuse et s'est aussi mélangé à la pellicule métallique 5 comme c'est indiqué le long de la ligne 51. La pellicule 5 est ainsi unie par une soudure mécanique à haute adhérence au patin en acier inoxydable et est unie par une soudure mécanique à haute adhérence, avec interpénétration au corps métallique 1 en aluminium coulé.
Les articles doublés produits par ce procédé sont caractérisés
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par une haute résistance mécanique et une haute résistance aux à-coups thermiques. Des semelles de fem à lisser construites suivant le présent procédé ont été soumises à des essais répétés où elles furent d'abord chauf- fées à une température de 600 F (315 C) approximativement et ensuite im- mergées dans de l'eau à une température d'environ 50 à 60 F (10 à 15 C) sans donner lieu à une détérioration apparente ni à un affaiblissement de la soudure entre le corps moulé en aluminium 1 et le patin en acier inoxy- dable 4.
La haute résistance mécanique et thermique de la soudure entre le corps moulé en aLuminium et le patin en acier inoxydable est vraisem- blablement due en grande partie à l'absence d'un alliage ferro-aluminium de structure friable au joint 50 entre le patin en acier'inoxydable 4 et la pellicule de métal 5 appliquée par pistolage. En outre, la ductilité du métal intermédiaire dans la pellicule 5 parait rendre la soudure entre le corps 1 et le patin 4 apte à résister à de violents à-coups thermiques sans affaiblissement ni séparation.
Il est vraisemblabe aussi que la com- binaison de la chaleur et de la pression qui applique la pellicule métal- lique en contact intime avec la surface rugueuse'du corps en métal ferreux provoque une certaine soudure moléculaire, qui donne lieu à une ferme adhérence continue entre le métal ferreux, le métal appliqué par pistolage et le métal coulé et assure aussi une bonne conductibilité thermique entre eux. Le terme "soudure mécanique" est employé ici pour indiquer que les molécules des deux métaux sont amenées en contact tellement intime que les forces moléculaires deviennent énergiquement actives, par opposition à un effet d'alliage entre les deux métaux.
La surface rugueuse du corps en métal ferreux est importante pour faciliter la formation d'une soudure mécanique entre les deux métaux, vu que les points saillants sur la surface rugueuse produisent des pressions localisées extrêmement élevées sur le métal appliqué par pistolage lorsque la pression de moulage applique ce métal sur la surface rugueuse pendant le'moulage.
Le procédé décrit ci-dessus peutêtre exécuté complètement sans changement, lorsque la pellicule de métal appliquée par pistolage est en un métal contenant de l'aluminium ou en acier inoxydable. Toutefois si l'on pistole du molybdène, il est désirable dé réduire au minimum le chauffage à l'aide du brûleur 25, car le molybdène commence à s'oxyder à environ 600 F (315 C). En service, les coquilles sont habituellement chauffées ou sont rapidement portées à une température d'environ 500 à 600 F (260 à 315 C) et le chauffage intermédiaire à l'aide du brûleur 25 peut être supprimé complètement ou sa durée être réduite, lorsque le patin 4 est revêtu par pistolage de molybdène qui ne doit pas être chauffé à une température dépassant 500 F (260 C) avant la coulée.
Le procédé décrit, bien qu'étant particulièrement applicable à la fabrication de semelles de fers à repasser, peut aussi être employé d'une façon générale pour la fabrication d'articles en aluminium moulés en coquilles comprenant un métal ferreux tel que l'acier inoxydable soudé à une partie par une pellicule de métal appliquée par pistolage dans des conditions propres à éviter la formation d'une pellicule dure d'alliage ferro-aluminium friable au joint entre les métaux dissemblables.
Bien que le procédé ait été décrit en détail en utilisant l'acier inoxydable comme matière du patin, certains métaux ductiles résistant à la corrosion comme pellicule appliquée par pistolage, et un alliage d'aluminium comme matière du moulage en coquille pour la fabrication des semelles de fers à repasser, il est évident que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention,appliquer le procédé à d'autres métaux ferreux et employer d'autres métaux appliqués par pistolage, de ductilité suffisante pour pouvoir se souder mécaniquement à la surface rugueuse du patin aux températures et pressions employées pour le moulage en coquille de l'aluminium, comme par exemple, le cuivre et les alliages de cuivre ou. des métaux ferreux autres que l'acier inoxydable.