Procédé de fabrication d'un objet bimétallique et objet obtenu par ce procédé. La présente invention a pour objet un procédé (le fabrication d'un objet bimétalli que, par exemple d'une semelle de fer à re- l)asser, formé d'une pièce métallique moulée unie d'une manière permanente à une tôle mince comprenant un métal différent et dont au moins la. surface est constituée en un métal compatible avec le métal dont est cons tituée ladite pièce moulée. L'invention a égale ment pour objet un objet bimétallique obtenu par ce procédé.
A la suite du développement des ustensiles légers de cuisine constitués en totalité ou en partie par de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, il devient bientôt évident que la légèreté intéressante propre à l'aluminium s'accompagne malheureusement de certains dé fauts inhérents à. ce métal dans le cas de l'application envisagée; l'aluminium et ses alliages sont en effet mous et subissent facile ment des rayures et des bavures; ils perdent. leur coloration sous l'action des changements de température, et enfin ils présentent une certaine porosité de surface qui n'apparaît généralement qu'après polissage.
Les procédés consistant à recouvrir la surface de l'alumi nium par un placage métallique au moyen du courant électrique ou à souder l'aluminium à une plaque de cuivre ou d'un autre métal sont coûteux et exigent un usinage considé rable et, de plus, une opération de finissage, en particulier dans le deuxième cas, en raison des déformations produites par la chaleur et de l'union imparfaite entre l'aluminium et la plaque de recouvrement.
La présente invention vise à pallier à ces inconvénients. Le procédé, objet de la présente invention, est caractérisé, d'une part, par le tait qu'on utilise un moule formé d'au moins deux parties, l'une de ces parties constituant une matrice destinée à la conformation de la tôle, et caractérisé, d'autre part, en ce qu'on dispose ladite tôle sur ladite matrice, en ce qu'on ferme le moule hermétiquement en assemblant sesdites parties, en ce qu'on coule dans le moule entre ladite surface de la tôle et la portion du moule ne constituant pas la matrice le métal liquide de moulage dans des condi tions de température permettant à celui-ci de s'unir au métal dont est constituée la surface de la tôle,
en ce qu'on exerce sur le métal liquide se trouvant dans le moule une pression suffisante pour premièrement presser la tôle contre la matrice et lui faire épouser le con tour de cette dernière et pour secondement mouler la. pièce métallique, enfin en ce qu'on retire du moule l'obj et bimétallique ainsi obtenu.
L'objet bimétallique obtenu par ce procédé est caractérisé, selon la présente invention, en ce qu'il comprend une tôle dont l'épaisseur est comprise entre 0,15 mm et 0,75 mm et qui est liée à une pièce coulée constituée par un métal différent de celui dont la tôle est cons tituée. Au dessin annexé, on a représenté, à titre d'exemple, des moyens spéciaux pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention et un objet bimétallique obtenu par la mise en #uv r e de ces moyens spéciaux.
La fig. 1 est une coupe longitudinale de cet objet bimétallique eonstituant une semelle de fer à repasser.
La fig. 2 représente la tôle formant la partie inférieure de cette semelle.
La fig. 3 représente en coupe les deux parties d'un moule permettant de fabriquer la semelle représentée aux fig. 1 et 2.
La fig. 4 est une vue analogue à la fig. 3 avec un brûleur à gaz intercalé entre les deux parties du moule.
La tôle métallique utilisée comme ébauche aura de préférence sue épaisseur comprise entre 0,15 mm et 0,75 mm; elle sera constituée par exemple par un des aciers inoxydables compris dans les séries austénitique, marten- sitique et ferritique et séries analogues; cette tôle peut être également en acier à faible teneur en carbone et être recouverte au préala ble, sur sa face destinée à rester exposée, par une couche de ehrome ou de nickel. Cette couche pourrait cependant n'être appliquée qu'après l'opération de moulage.
Cette tôle mince est destinée à constituer la partie 12 formant la surface de repassage de la semelle représentée à la fig. 1, l'autre partie de cette semelle étant constituée par la pièce moulée en aluminium 11.
La tôle 12 est une pièce emboutie ayant le contour désiré. Elle comprend une partie creuse 13 avant le contour de la semelle ter minée du fer à repasser, et un bord rabattu 14 qui s'étend sur tout son périmètre, comme on le voit sur la fig. 2.
Un bossage intérieur 15 perforé en 16 est destiné au passage de la vapeur. L'ébauche 12 est appliquée dans la cavité 17 d'un moule formé de deux parties por tées respectivement par les châssis 19 et 20 et qui peuvent être amenées en juxtaposition et serrées ensemble par tout moyen connu.
La pièce 18 qui constitue une matrice est usinée avec beaucoup de soin, de manière que son fond, sur lequel est appliquée la sur face destinée à devenir la surface de repas sage de la semelle, soit parfaitement plat, à l'exception de la parie supportant le bossage 15. Pour empêcher la déformation de la partie périphérique de la tôle 12, le contour de la matrice 18 est également usiné avec soin, de manière à recevoir avec précision la eollerette 14. Un axe 23 contribue à placer avec préci sion la pièce 12 sur la matrice 18; cet axe traverse un orifice 24 prévu dans le bord ra battu 14 et se loge dans une douille 25 de la partie 22 du moule. Il est bien entendu que la partie de la cavité 17, dans laquelle s'adapte la tôle emboutie 12, peut être convexe ou avoir une forme complexe se conformant au con tour désiré de la tôle emboutie 12.
La cavité 21 du moule 22 a la forme vou lue pour former avec la surface intérieure de la tôle 12 la partie moulée 11 de la semelle 10. La, partie saillante 26 de la matrice 22 coopère avec le bossage 15 de la surface intérieure de la pièce emboutie 12 pour former la chambre de vapeur 27 représentée sur la fig. 1. On petit donner à. la matrice 22, si on le désire, la forme voulue pour recevoir les dispositifs de chauffage par résistance électrique, les douilles de contact et tous les éléments ana logues qui doivent être coulés dans l'alumi nium eonformément à une pratique courante.
L'orifice de coulée 27 de l'aluminium est. formé dans la partie chi moule 22 et dans son châssis 20; le cylindre 28 est. alimenté en aluminium liquide qui arrive par un entonnoir 29 et qui est. refoulé par un piston 30 jusque dans le moule. Avant de procéder à la coulée du métal, il est nécessaire de préparer la sur face de la tôle qui doit être unie à la pièce moulée, c'est-à-dire, dans le cas présent, la surface intérieure de la pièce emboutie 12, surface qui doit être liée au métal moulé.
Si le métal de moulage est. de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, la liaison sera réalisée par une couche d'un ferro-aluminium faisant partie de la tôle. Cette couche de ferro-alumi- nium est obtenue d'une manière connue en mettant. la partie de la surface de l'ébauche dans laquelle cette couche de ferro-aluminium doit être créée, en contact pendant Lui instant avec de l'aluminium ou un alliage d'alumi nium fondu à une température à. laquelle l'aluminium s'allie au fer de la tôle d'acier.
Après ce traitement, il subsiste une pellicule d'aluminium superposée à la couche de ferro- aluminium.
Immédiatement après ce traitement de la surface intérieure de la côte 12, et pendant que la pellicule d'aluminium est encore liquide ou plastique, on introduit la tôle sur la ma trice 18, on ferme le moule, on le verrouille et on injecte de l'aluminium liquide dans la cavité du moule à l'aide du piston 30 à une pression comprise entre 280 et 1050 kg/cm2. Pour des pressions de cet ordre, la tôle flexible 12 est repoussée fortement contre le fond de la matrice 18 et se conforme à toute la surface rectifiée de celle-ci. Les masses importantes des pièces 18 et 22 accélèrent la solidification de l'aluminium en exerçant un effet de refroi dissement.
La tôle 12 prend une forme définie sous l'effet de la pression de moulage et. conserve cette forme pendant que l'aluminium se soli difie et se soude à la pellicule d'aluminium pour former la semelle bimétallique 10 (le la fig. 1; l'aluminium de ladite pellicule se con fond alors avec l'aluminium de moulage. On découpe ensuite le bord rabattu 74 et l'on perce les orifices 16 d'injection de vapeur. La pression appliquée au métal fondu pen dant qu'il se solidifie rend la pièce moulée compacte et assure une liaison permanente entre cette pièce et la tôle métallique, qui est assez résistante pour supporter les contraintes produites pendant le chauffage et dues aux coefficients différents de dilatation thermi que de la pièce moulée et de la tôle.
Ceci est particulièrement important pour tous les ustensiles de cuisine susceptibles d'être rapi dement chauffés et refroidis sur leurs faces latérales en aluminium.
Au lieu de procéder au moulage immédiate ment après l'application de la couche de ferro- aluminium sur la surface intérieure de la tôle et pendant que la pellicule d'aluminium su perposée est encore liquide ou plastique, comme on l'a expliqué, on peut traiter au préalable la tôle 12 de manière à former la. couche de ferro-aluminium et la pellicule d'aluminium superposée, la laisser ensuite re froidir, puis la rendre active de nouveau à un moment postérieur quelconque, en ramol lissant par la chaleur l'aluminium de la pelli cule superposée immédiatement avant le mou lage, de préférence après que la pièce 12 a été appliquée sur la matrice 18.
Si l'on considère la fig. 4, on voit que la tôle 12, à la. surface de laquelle on a. formé ladite couche et ladite pellicule soit avant, soit après son emboutissage dans une tôle mince d'acier inoxydable ou d'un alliage ana logue, est appliquée à l'état froid dans la ma trice 18, pendant que les châssis 19 et 20 sont ouverts et écartés l'un de l'autre.
On suspend un brûleur multiple 40 oxyacétylénique ou alimenté par d'autres gaz, à proximité de la surface intérieure de la. tôle 12, et on chauffe celle-ci à une température comprise entre 704 et 787 C, de manière à faire fondre ou à rendre plastique la. pellicule d'aluminium, d'une épaisseur de 0,025 à 0,075 mm, super posée à la couche de ferro-ahiminium. Cette pellicule, qui est recouverte d'alumine, est ramollie et subdivisée suffisamment par ce chauffage pour que l'alumine s'échappe et se dissipe dans toute la masse d'aluminium quand le moule est fermé et quand on injecte l'alu minium à la. pression mentionnée ci-dessus.
L'examen microscopique ne révèle aucune dif férence entre une liaison obtenue ainsi par une nouvelle activation et celle obtenue pen dant que la. pellicule d'aluminium est encore liquide ou plastique; la couche de ferro-alumi- nium n'est pas affectée non plus par ce pro cédé de réactivation .
Le brfileur 40 comprend une enveloppe d'acier 31 recouverte d'une garniture en céra mique 32 qui comporte une chambre 33 d'in flammation ayant le contour de la tôle 12 et possédant plusieurs ajutages d'injection 34; ceux-ci communiquant avec un collecteur de gaz 35 alimenté en oxygène et en acétylène ou avec un autre mélange de gaz combustible venant d'une source de pression appropriée par la conduite flexible 36. Comme on le voit sur la fig. 4, on peut abaisser ou soulever le brtileur 40 de manière à l'amener à sa posi- tion de fonctionnement alignée sur la tôle 12 ou à l'éloigner de cette position.
En dehors de l'aluminium et de ses alliages, le magnésium et ses alliages, le titane et ses alliages, le cuivre et ses alliages, le nickel et. ses alliages, et d'autres métaux ou alliages analogues peuvent servir de métal de moulage. Le métal constituant la, tôle peut être choisi de manière à donner à la surface de l'objet bimétallique des propriétés désirées que le métal de moulage ne possède pas.
Parmi les métaux non ferreux susceptibles de s'allier avec de l'aluminium fondu, on peut citer l'argent, le cuivre, le chrome, le nickel, le titane, le molybdène, le tantale, et les alliages de ces métaux, par exemple les alliages comprenant, comme composantes principales, le nickel et le cuivre, les alliages à base de nickel avec. additions de chrome, de molyb dène, etc. destinés à résister à des tempéra tures très élevées, les laitons, les bronzes, et les alliages analogues.
Les tôles de ces métaux ou alliages, ou les tôles en métal ferreux com portant un revêtement de l'un de ces métaux ou alliages ou d'un métal ou alliage approprié de brasure, d'étamage, de galvanisation on de soudure, peuvent être unies all métal de mou lage de la manière décrite sans aucun traite ment préalable, si ce n'est un décapage quand cela est nécessaire.
Par conséquent, un grand nombre d'objets moulés, comprenant les se melles de fer à repasser, les semelles de presses, les rouleaux de calandrage, les ustensiles de cuisine tels que les casseroles,, les plaques de four, les poêles à frire, peuvent être recou verts d'un revêtement formé par une tôle constituée principalement d'acier inoxydable ou d'un alliage analogue; cette tôle peut re couvrir entièrement ou partiellement la pièce moulée en aluminium; la pièce moulée peut ne recouvrir qu'une partie de la tôle dans le cas d'une marmite ou d'une casserole en acier inoxydable.
On peut bien entendu également utiliser un moule formé par exemple de trois ou quatre parties dont l'une constitue une matrice des tinée à la. conformation de la tôle. Le métal de moulage est alors coulé entre la surface de la tôle et la portion du moule comprenant les deux ou trois parties ne constituant pas la matrice.
Process for manufacturing a bimetallic object and object obtained by this process. The present invention relates to a process (the manufacture of a bimetallic object, for example of an iron soleplate), formed of a molded metal part permanently joined to a thin sheet. comprising a different metal and of which at least the. surface consists of a metal compatible with the metal of which said molded part is made. A subject of the invention is also a bimetallic object obtained by this process.
Following the development of light kitchen utensils made wholly or in part by aluminum or aluminum alloys, it soon becomes evident that the interesting lightness specific to aluminum is unfortunately accompanied by certain inherent faults. at. this metal in the case of the envisaged application; aluminum and its alloys are indeed soft and easily undergo scratches and burrs; they lose. their coloration under the action of temperature changes, and finally they exhibit a certain surface porosity which generally only appears after polishing.
The processes of coating the surface of the aluminum with a metal plating by means of electric current or of welding the aluminum to a plate of copper or other metal are expensive and require considerable machining and, moreover, , a finishing operation, in particular in the second case, due to the deformations produced by the heat and the imperfect union between the aluminum and the cover plate.
The present invention aims to overcome these drawbacks. The method, object of the present invention, is characterized, on the one hand, by the fact that a mold formed of at least two parts is used, one of these parts constituting a die intended for the shaping of the sheet. , and characterized, on the other hand, in that said sheet is placed on said die, in that the mold is closed hermetically by assembling its said parts, in that the mold is cast between said surface of the sheet and the portion of the mold which does not constitute the matrix, the liquid molding metal under temperature conditions allowing the latter to unite with the metal of which the surface of the sheet is made,
in that sufficient pressure is exerted on the liquid metal in the mold to first press the sheet against the die and make it conform to the shape of the latter and secondly to mold the. metal part, finally in that the object and bimetallic thus obtained is removed from the mold.
The bimetallic object obtained by this process is characterized, according to the present invention, in that it comprises a sheet whose thickness is between 0.15 mm and 0.75 mm and which is linked to a casting constituted by a different metal from that of which the sheet is made. The accompanying drawing shows, by way of example, special means for carrying out the process according to the invention and a bimetallic object obtained by the use of these special means.
Fig. 1 is a longitudinal section of this bimetallic object constituting an iron soleplate.
Fig. 2 shows the sheet forming the lower part of this sole.
Fig. 3 shows in section the two parts of a mold making it possible to manufacture the sole shown in FIGS. 1 and 2.
Fig. 4 is a view similar to FIG. 3 with a gas burner interposed between the two parts of the mold.
The metal sheet used as a blank will preferably have a thickness of between 0.15 mm and 0.75 mm; it will be constituted for example by one of the stainless steels included in the austenitic, martensitic and ferritic series and similar series; this sheet may also be of low carbon steel and be covered beforehand, on its face intended to remain exposed, by a layer of ehrome or nickel. This layer could however be applied only after the molding operation.
This thin sheet is intended to constitute the part 12 forming the ironing surface of the sole shown in FIG. 1, the other part of this sole being formed by the cast aluminum part 11.
The sheet 12 is a stamped part having the desired contour. It comprises a hollow part 13 before the contour of the finished sole of the iron, and a folded edge 14 which extends over its entire perimeter, as can be seen in FIG. 2.
An interior boss 15 perforated at 16 is intended for the passage of steam. The blank 12 is applied in the cavity 17 of a mold formed of two parts carried respectively by the frames 19 and 20 and which can be brought into juxtaposition and clamped together by any known means.
The part 18 which constitutes a die is machined with great care, so that its bottom, on which is applied the surface intended to become the wise meal surface of the sole, is perfectly flat, with the exception of the parie supporting the boss 15. To prevent deformation of the peripheral part of the sheet 12, the contour of the die 18 is also carefully machined, so as to receive the collar 14 with precision. A pin 23 helps to place the die with precision. part 12 on die 18; this axis passes through an orifice 24 provided in the beaten edge 14 and is housed in a sleeve 25 of part 22 of the mold. It is understood that the part of the cavity 17, in which the stamped sheet 12 fits, may be convex or have a complex shape conforming to the desired shape of the stamped sheet 12.
The cavity 21 of the mold 22 has the desired shape to form with the inner surface of the sheet 12 the molded part 11 of the sole 10. The projecting part 26 of the die 22 cooperates with the boss 15 of the inner surface of the stamped part 12 to form the steam chamber 27 shown in FIG. 1. We little give to. the die 22, if desired, the shape desired to receive the electric resistance heaters, the contact sockets and all the like which must be cast in aluminum in accordance with common practice.
The casting orifice 27 of the aluminum is. formed in the chi-mold part 22 and in its frame 20; cylinder 28 is. supplied with liquid aluminum which arrives through a funnel 29 and which is. forced by a piston 30 into the mold. Before proceeding with the casting of the metal, it is necessary to prepare the surface of the sheet which must be united to the molded part, that is to say, in this case, the inner surface of the stamped part 12 , surface which must be bonded to the cast metal.
If the casting metal is. aluminum or an aluminum alloy, the connection will be made by a layer of a ferro-aluminum forming part of the sheet. This layer of ferro-aluminum is obtained in a known manner by putting. the part of the surface of the blank in which this layer of ferroaluminum is to be created, in instant contact with aluminum or an aluminum alloy molten at a temperature of. where the aluminum alloys with the iron in the steel sheet.
After this treatment, there remains an aluminum film superimposed on the ferroaluminum layer.
Immediately after this treatment of the inner surface of the rib 12, and while the aluminum film is still liquid or plastic, the sheet is introduced on the matrix 18, the mold is closed, locked and injected with water. liquid aluminum in the mold cavity using the piston 30 at a pressure of between 280 and 1050 kg / cm2. For pressures of this order, the flexible sheet 12 is pushed strongly against the bottom of the die 18 and conforms to the entire rectified surface thereof. The large masses of parts 18 and 22 accelerate the solidification of the aluminum by exerting a cooling effect.
The sheet 12 assumes a defined shape under the effect of the molding pressure and. retains this shape as the aluminum solidifies and welds to the aluminum film to form the bimetallic sole 10 (Fig. 1; the aluminum in said film then merges with the casting aluminum. The folded edge 74 is then cut and the steam injection holes 16. The pressure applied to the molten metal while it solidifies makes the molded part compact and ensures a permanent bond between this part and the sheet. metallic, which is strong enough to withstand the stresses produced during heating and due to the different coefficients of thermal expansion of the molded part and the sheet.
This is particularly important for all kitchen utensils which can be quickly heated and cooled on their aluminum side faces.
Instead of proceeding with the molding immediately after the application of the ferroaluminum layer on the inner surface of the sheet and while the aluminum foil on it is still liquid or plastic, as explained, we may pre-treat the sheet 12 so as to form the. layer of ferroaluminum and the superimposed aluminum film, then let it cool again, then make it active again at any later time, by softening the aluminum of the superimposed film with heat immediately before softening , preferably after part 12 has been applied to die 18.
If we consider fig. 4, we see that the sheet 12, at the. surface of which we have. formed said layer and said film either before or after its stamping in a thin sheet of stainless steel or an analogous alloy, is applied in the cold state in the matrix 18, while the frames 19 and 20 are open and separated from each other.
A multiple oxyacetylene or other gas powered burner 40 is suspended near the interior surface of the. sheet 12, and the latter is heated to a temperature between 704 and 787 C, so as to melt or make the plastic. aluminum film, 0.025 to 0.075 mm thick, superimposed on the ferro-ahiminium layer. This film, which is covered with alumina, is softened and subdivided sufficiently by this heating so that the alumina escapes and dissipates throughout the aluminum mass when the mold is closed and when the aluminum is injected to the. pressure mentioned above.
Microscopic examination does not reveal any dif ference between a bond thus obtained by a new activation and that obtained during the. foil wrap is still liquid or plastic; the ferroaluminum layer is also not affected by this reactivation process.
The brfileur 40 comprises a steel casing 31 covered with a ceramic lining 32 which comprises an ignition chamber 33 having the contour of the sheet 12 and having several injection nozzles 34; these communicating with a gas manifold 35 supplied with oxygen and acetylene or with another mixture of combustible gas coming from a suitable pressure source through the flexible pipe 36. As seen in FIG. 4, the burner 40 can be lowered or raised so as to bring it to its operating position aligned with the sheet 12 or to move it away from this position.
Apart from aluminum and its alloys, magnesium and its alloys, titanium and its alloys, copper and its alloys, nickel and. its alloys, and other similar metals or alloys can serve as a casting metal. The metal constituting the sheet may be chosen so as to give the surface of the bimetallic object desired properties which the casting metal does not possess.
Among the non-ferrous metals capable of alloying with molten aluminum, mention may be made of silver, copper, chromium, nickel, titanium, molybdenum, tantalum, and the alloys of these metals, for example example alloys comprising, as main components, nickel and copper, alloys based on nickel with. additions of chromium, molyb dene, etc. intended to withstand very high temperatures, brasses, bronzes, and similar alloys.
Sheets of these metals or alloys, or ferrous metal sheets having a coating of one of these metals or alloys or of a suitable metal or alloy for brazing, tinning, galvanizing or welding, may be united with the molding metal in the manner described without any prior treatment, except pickling when necessary.
As a result, a large number of molded objects, including iron plates, press soles, calendering rollers, kitchen utensils such as pots, baking sheets, frying pans, can be covered with a coating formed by a sheet consisting mainly of stainless steel or a similar alloy; this sheet can completely or partially cover the cast aluminum part; the molded part may cover only part of the sheet in the case of a stainless steel pot or pan.
It is of course also possible to use a mold formed, for example, of three or four parts, one of which constitutes a matrix of the tines. conformation of the sheet. The molding metal is then cast between the surface of the sheet and the portion of the mold comprising the two or three parts which do not constitute the die.