FR2933885A1 - Procede d'obtention de pieces bimetalliques et outils obtenus avec ce procede - Google Patents

Abstract

Procédé d'obtention de pièces bimétalliques par surmoulage d'une âme métallique par un alliage d'aluminium ou de zinc caractérisé en ce qu'il consiste à positionner une âme en acier, réalisée par découpage et/ou poinçonnage d'une feuille d'acier, dans un moule, dans lequel est injecté l'alliage d'aluminium ou de zinc, à leur température de fusion, afin de provoquer le revenu de ladite âme.

Description

PROCEDE D'OBTENTION DE PIECES BIMETALLIQUES ET OUTILS OBTENUS AVEC CE PROCEDE

La présente invention concerne un procédé de réalisation de pièces 5 constituées de deux alliages métalliques différents. Elle concerne plus particulièrement la réalisation d'outils, devant répondre à des contraintes mécaniques particulières.

De nombreux outils sont réalisés en une pluralité de matériaux, 10 notamment des métaux ou alliages métalliques ainsi que des matières composites ou thermoplastiques. Ces dernières permettent d'avoir une zone facilement préhensible et d'un contact agréable, permis grâce à la matière synthétique, cette dite zone étant couplée à une seconde partie, généralement centrale et métallique, qui va présenter des propriétés différentes, à savoir 15 conférer notamment une rigidité plus importante, pour répondre aux différentes contraintes liées à l'utilisation de l'outil. Ce type d'outil est généralement constitué d'une âme métallique, généralement de l'aluminium extrudé, sur laquelle est moulée le manche en matière composite ou thermoplastique, ou en aluminium, ce dernier métal étant 20 principalement utilisé pour la réalisation de couteaux. Le procédé de réalisation de ce type d'outil, ou plus généralement de pièces constituées d'au moins deux métaux différents a déjà été décrit. Ainsi, le document FR 2 558 084 décrit un procédé de réalisation d'une pièce bimétallique, à partir de deux pièces. Ces dernières sont associées par 25 dissolution partielle de l'insert dans la masse de la pièce support, l'insert étant au préalable recouvert d'une très fine couche de métal, qui servira de fondant. Le document FR 2 688 154 décrit un procédé d'obtention de pièces constituées de deux matériaux par surmoulage d'un insert revêtu d'un film métallique. La couche d'oxyde de l'insert est supprimée par traitement sous vide, 30 qui est ensuite revêtu d'un film à base de titane.

Ces différents procédés de fabrication ne permettent cependant pas la réalisation de pièces bimétalliques, par assemblage étroit d'une âme métallique avec un alliage d'aluminium ou de zinc, qui ne nécessitent pas au préalable un traitement important d'au moins un des deux éléments constitutifs de la pièce.

La présente invention entend remédier à cet inconvénient en proposant un procédé permettant à la fois de surmouler directement une âme métallique à l'intérieur d'une pièce moulée avec un alliage d'aluminium ou un alliage de zinc, tel que le zamak, et de réaliser une liaison intime de ces deux matières de composition différente afin d'éviter une désolidarisation ultérieure.

A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'obtention de pièces bimétalliques par surmoulage d'une âme métallique par un alliage d'aluminium ou de zinc caractérisé en ce qu'il consiste à positionner une âme en acier, réalisée par découpage et/ou poinçonnage d'une feuille d'acier, dans un moule, dans lequel est injecté l'alliage d'aluminium ou de zinc, à sa température de fusion, afin de provoquer le revenu de ladite âme.

Le procédé de réalisation de pièces bimétalliques, constituées d'acier en zone centrale et d'un alliage d'aluminium ou de zinc, en position périphérique, consiste tout d'abord à concevoir une âme métallique à partir d'une feuille d'acier. L'âme métallique peut être réalisée par découpage ou poinçonnage. Le procédé par découpage permet d'obtenir une âme avec un pourtour défini, une forme et des cotes précises. Le poinçonnage permet quant à lui de découper un matériau de faible épaisseur pour l'ajourer, permettant ainsi d'obtenir une âme avec des perforations ou des découpes particulières. L'âme métallique peut ainsi présenter une forme particulière, avec des orifices, des perforations ou des encoches, selon son utilisation ultérieure. L'âme métallique est réalisée en acier, dont la proportion fer/carbone sera déterminée pour qu'elle ait des propriétés particulières de rigidité, et en particulier un indice de dureté compris entre 45 et 55 HRC, correspondant à l'indice de dureté Rockwell, après traitement thermique. L'indice de dureté sera choisi en fonction des caractéristiques recherchées de l'âme métallique, et en particulier son utilisation finale. Cet indice de dureté sera également fonction de l'alliage métallique entourant l'âme, et en particulier en fonction de sa température d'injection.

L'âme métallique en acier est ensuite disposée dans un moule de surmoulage, qui va se refermer sur elle. La forme du moule de surmoulage est définie en fonction de la configuration finale de la pièce à réaliser, et présente en outre un logement pour accueillir l'âme métallique. Une fois l'âme en acier bien positionnée, un second alliage métallique, différent de la composition de l'âme métallique, par conséquent autre que l'acier, est ensuite injecté dans le moule de surmoulage. Ce métal de surmoulage sera choisi préférentiellement parmi les alliages d'aluminium ou de zinc, en particulier le zamak, constituant un alliage de zinc, d'aluminium, de magnésium et éventuellement du cuivre. Le choix de l'alliage d'aluminium est guidé par les propriétés particulières de ce métal, à savoir notamment une grande légèreté, une facilité de moulage et une bonne résistance à la corrosion. Le zamak, alliage du zinc, présente quant à lui une bonne malléabilité, ainsi qu'une bonne résistance à la corrosion. L'injection de l'alliage d'aluminium et du zamak, est réalisée respectivement à 660°C et 400-425°C, correspondant aux températures de fusion de chacun de ces métaux. Ces températures vont provoquer un revenu sur l'âme en acier. Du fait de la différence de température d'injection de ces alliages, le revenu, et par conséquent la dureté finale, sur l'âme en acier seront différents.

Le revenu correspond en fait à un traitement thermique, qui consiste à réchauffer l'âme métallique, afin d'en éliminer les composés fragilisant l'acier la constituant, tels que les carbures, et d'en libérer certaines contraintes, en favorisant les migrations atomiques par élévation de la température. Le revenu de l'âme métallique en acier a pour conséquence d'améliorer sa résistance mécanique, tout en réduisant sa dureté. L'âme en acier perd ainsi entre 6 et 13 points de dureté HRC, après refroidissement. L'injection de l'alliage d'aluminium ou de zamak, permet de réaliser naturellement le revenu sur l'âme en acier, tout en assurant son surmoulage. Ainsi, l'âme n'a pas besoin de subir un traitement thermique supplémentaire ou un traitement chimique particulier, qui lui conférerait des caractéristiques et propriétés précises, tout en assurant une liaison optimale avec le métal de surmoulage. La liaison entre le matériau de surmoulage et l'âme peut encore être améliorée par création de liaisons supplémentaires, qui seront mécaniques : c'est notamment le cas où l'âme métallique présente des perforations ou des encoches, qui vont permettre l'insertion de vis ou de tout autre élément d'assemblage. Le procédé de réalisation de pièces bimétalliques est particulièrement adapté pour la fabrication d'outils, tels qu'un manche de marteau, un niveau à bulle, un cadre de scie à métaux ou un manche de couteau, à titre d'exemples non limitatifs, dans la mesure où ce type d'outils doit répondre à diverses contraintes mécaniques, notamment une maniabilité facilitée, permise par un faible poids de l'outil, ainsi qu'une bonne résistance aux chocs et au temps, due à une rigidité importante et de bonnes propriétés contre la corrosion.

On comprendra mieux l'invention en référence aux dessins annexés, représentant la réalisation d'un marteau, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue de l'âme métallique constituant la partie centrale du manche du marteau ; - la figure 2 est une représentation de la section du manche du marteau, avec l'âme et le second métal de surmoulage ; - la figure 3 est une vue en coupe de la ligne A-A de la figure 2, représentant l'âme entourée de la partie surmoulée ; - la figure 4 est une vue en coupe de la ligne B-B de la figure 2, au niveau du trou de l'âme ; - la figure 5 est une représentation du manche seul du marteau ; - la figure 6 est une représentation du marteau après assemblage des différents éléments constitutifs.

L'âme métallique 1, réalisée en acier, est destinée à être insérée dans le manche d'un marteau en partie centrale. Elle présente une forme sensiblement rectangulaire, avec une perforation 2 en partie haute, ainsi qu'une pluralité d'encoches 3 en partie latérale haute, et une autre encoche 4, plus profonde, en partie basse. L'âme est réalisée à la fois par un procédé de découpage et de poinçonnage, qui permettent d'obtenir sa forme particulière. Le moule de surmoulage présente la configuration générale du manche du marteau, ainsi qu'un logement permettant le positionnement de l'âme en acier, avec notamment des zones permettant l'emplacement des encoches et perforations. Ce moule de surmoulage se referme sur l'âme métallique pour permettre l'injection d'un second métal 5 différent de l'acier, ce métal étant sous forme d'un alliage, en particulier d'aluminium ou de zinc, notamment le zamak.

Cette injection d'alliage métallique, par sa température élevée, permet de modifier l'indice de dureté de l'âme en acier par un phénomène de revenu, et de réaliser le manche, avec ses caractéristiques et son design particuliers, qui va être solidaire de l'âme en acier, de manière à ce que lors des chocs ultérieurs subis par le marteau, les deux éléments constitutifs du manche restent intimement liés. Dans cet exemple, le marteau est ensuite assemblé de manière classique, c'est-à-dire par collage d'une tête de frappe en partie haute du manche, tandis que sa partie inférieure est recouverte d'un revêtement qui va faciliter la préhension et procurer un contact agréable du manche de l'outil.

La description s'appuie sur un surmoulage réalisé avec un alliage d'aluminium ou de zinc, comme le zamak, mais pourrait s'appliquer à tout autre alliage approprié. Le procédé de fabrication de pièces bimétalliques s'applique préférentiellement à la réalisation d'outils, qui doivent supporter des contraintes mécaniques particulières, notamment au niveau de leur rigidité et de leur résistance à la corrosion, tout en restant suffisamment légers pour être facilement maniables. Le fait de combiner une partie centrale en acier avec un revêtement en un alliage d'aluminium ou de zinc, en particulier le zamak, permet de réaliser une pièce ayant à la fois une bonne rigidité et une légèreté, associées à une liberté de design. L'aluminium sous forme d'alliage présente des caractéristiques techniques et esthétiques, qui en font un matériau de choix. En effet, l'aluminium est un élément facile à mouler, présentant une bonne résistance à la corrosion. De plus, il permet de réaliser différentes finitions, présentant à la fois des caractéristiques mécaniques intéressantes et un esthétisme soigné. Le fait de surmouler un alliage d'aluminium ou de zinc sur une pièce en acier permet de renforcer la rigidité de la pièce composée de ces deux métaux. Le fait de surmouler directement un second alliage métallique, en particulier d'aluminium ou de zinc, notamment le zamak, directement sur l'âme en acier permet une liaison optimale et intime de ces métaux entre eux, sans que l'âme ait besoin de subir un traitement préalable particulier et qui évitera une désolidarisation ultérieure, grâce au phénomène de revenu, qui se fait naturellement. Ainsi, dans le cas où le procédé selon l'invention permet la réalisation d'un marteau, le manche de ce dernier ne risque pas d'être cassé ou fléchi, suite à la répétition des chocs.

Pour un niveau à bulle, le procédé de l'invention permet d'éviter sa déformation, en cas de chocs ou de chutes, ce qui serait préjudiciable à sa précision. Le procédé de l'invention permet d'obtenir une bonne rigidité du cadre d'une scie à métaux, qualité nécessaire à la tension de la lame.

Le fait d'utiliser comme revêtement un alliage d'aluminium permet d'avoir un esthétisme soigné, qui implique évidemment que l'âme métallique ne soit pas visible. De plus, l'aluminium est léger, ce qui va faciliter le maniement de l'outil auquel il se destine. Il possède en outre une très bonne résistance à la corrosion, et présente une longévité importante, faisant de lui un matériau de choix. Ces caractéristiques se retrouvent dans la plupart des alliages d'aluminium. Le zinc ou un de ses alliages ne subissant qu'une corrosion superficielle, il se forme une fine pellicule terne, qui n'altère pas le métal en profondeur, et permet particulièrement de protéger l'acier contre la corrosion. De plus, lorsque le zinc est utilisé dans un alliage, grâce à ses bonnes caractéristiques mécaniques et physiques et son aptitude au moulage, des formes complexes de faible épaisseur peuvent être réalisées. Le point de fusion relativement bas, ainsi que sa fluidité importante font que les alliages de zinc sont faciles à couler.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention de pièces bimétalliques par surmoulage d'une âme métallique par un alliage d'aluminium ou de zinc caractérisé en ce qu'il consiste à positionner une âme en acier, réalisée par découpage et/ou poinçonnage d'une feuille d'acier, dans un moule, dans lequel est injecté l'alliage d'aluminium ou de zinc, à leur température de fusion, afin de provoquer le revenu de ladite âme.
2. 2. Procédé d'obtention de pièces bimétalliques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indice de dureté de l'âme en acier est réduite de 6 à 13 points de dureté HRC lors de l'étape de revenu.
3. 3. Procédé d'obtention de pièces bimétalliques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage de zinc est du zamak.
4. 4. Procédé d'obtention de pièces bimétalliques, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme métallique présente un indice de dureté compris entre 45 et 55 HRC après son refroidissement.
5. 5. Procédé d'obtention de pièces bimétalliques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme comporte au moins un orifice et/ou au moins une encoche, destinés à créer une liaison mécanique.
6. 6. Manche de marteau obtenu selon le procédé d'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une âme 1 en acier, munie d'une perforation 2, et d'une pluralité d'encoches 3, 4, destinées respectivement à l'insertion de la tête et d'un revêtement. 30