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Procédé et dispositif pour tremper le verre
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La présente invention est relative d'une manière géné- rais au traitement thermique ou à la trempe du verre et se
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rapporte plus particulièrement à zen procédé de trompe p""'''' tectionné, dans lequel dos lames ou plaquea de verre préala- blâment chauffées sont refroidies par le contact dirwot avec des surfaces discontinuen offrant une conductibilité thor. ': que relativement élevée.
La trempe du verre constitue une méthode déjà connue et ancienne et consiste, dans ses grandes lignes, à chauffât*
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l'objet à tremper jusqu'à ce qu'il atteigne en Bubetcnce le point de ramollissement du verre e% à refroidir enl;J\LÍ:,'Î 1"1\1.- pidement les surfaces extérieures de cet objet, de toile -44- niéra que son extérieur soit mis en compression et el,... 4- rieur en extension.
Outre qu'un tel traitement augmente la
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résistance mécaniqua du verre, il modifie les caract4rix%1- ques de rupture de celui-ci de telle manière que, dans le cas où il ne rompt, il se dési, tégre en des particules inoffen- i
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sives, relativement petites, au lieu de se briser en éclate longs et dangereux, comme c'est le cas pour le verre recuit ordinaire.
Il est probable que la méthode la plua ancienne d'éton- ner ou tremper le verre chauffa consistait à plonger ce der- nier dans un bain de liquide.
Ultérieurement, on a proposé une méthode de trempe mo- difiée, dans laquelle les lames de verre préalablement chauf- fées étaient refroidies en les pressant entre moules refroi- dis à l'eau. Toutefois, on a rapidement reconnu le risque des fêlures de refroidissement dans cette méthode de trempe à l'aide de moules, et l'on a suggéré d'éliminer cet incon- vénient en interposant une couche flexible, par exemple une tôle perforée ou un tissu de fil métallique, afin d'espacer ou isoler le verre chaud des moules, plus froid*.
Cependant, le verre n'a été adopté commercialement sur une grande échelle qu'aux environs de l'année 1900. A cette époque on estimait généralement que la manière la plus pra- tique de refroidir des lames préalablement chauffées consis- tait à employer des courants ou jeta d'air dirigés contre les faces opposées du verre, et cette opinion a été large- ment admise jusqu'à l'époque présente, où la production du verre trempé a atteint une extension extrêmement grande, grâce à son emploi répandu pour les lunettes arrière et les vitrages latéraux des automobiles.
Partant de ce qui précède, la présente invention vise à établir un procédé perfectionné pour la trempe du verre, en particulier de lames ou plaques de verre, procédé dans lequel l'opération de refroidissement s'effectue par le con- tact direct entre les objets de verre préalablement chauffée et des surfaces de plateaux ou moules, qui ont été grenés en vue d'assurer une meilleure trempe et de prévenir des
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fêlures de refroidissement du verre.
En résumé, les objectifs énumérés si-dessus, ainsi que d'autres, sont atteints grâce à 1'adoption, sur les plateaux ou moule. de refroidissement, de surfaces profilées, dessi- nées ou grenées d'une manière particulière, de façon à assu- rer un contact direct, mais discontinu, entre la surface du moule et la surface du verre, lorsqu'ils sont appliqu4s l'un contre l'autre, ce qui permet d'établir une méthode de trempe nouvelle et perfectionnée, laquelle réduit nota- blement, voire, élimine entièrement, les difficultés que l'on rencontre dans les méthodes de trempe employée a actuellement et celles utilisées antérieurement.
La présente invention vise en outre à établir une métho- de de trempe qui permet de déterminer et de contrôler avec plus d'exactitude la résistance mécanique et les caractéris- tiques de rupture du verre trempé.
L'invention a en outre pour objet 4'établi= @@ précédé
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et un appareil pouvant être employés avec "UC\.':;"1 1'-:'.,,'" "t' #- par des lames de verre d'une large gamma d'épaisseurs, y compris des lames ultra-minces.
La présente invention se propose d'autre part d'étaulir un procédé et un appareil de trempe perfectionnés, à lucide desquels des lames de verre courbées peuvent être tr@mpees aussi aisément et avec la même précision que des lames pla- nes.
Dans les dessins annexés :
La fig. 1 est une vue en coupe vertical* d'un apparat 1 à tremper simple, établi conformément à la présente inven- tion.
La fig. 2 est une vue en coupe verticale d'un appareil à tremper, établi en vue de traiter des lames de verre cour- bées, conformément à la présente invention.
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La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale de l'ex-
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tré#it' de refroidissement d'un appareil A tremper des leu*# de verre, établi confohmémon% à une variante de l'invention.
La fig. 4 est une vue partielle d'une feuille â diagram- mie pour un profilométre enregistreur, où l'on voit les entê- te* et l'échelle de la fouille.
Les fige. 4A à 4E sont des vues partielles, analogues
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à la fig. 4g mais relatives à cinq enreg18tremonts de profit lomètres pour plateaux de moule présentant des grenure. de surface caractéristiques de l'invention.
La tige 5 est un graphique montrant l'effet du temps d'arrêt du plateau de Moule sur la trempe, en pour-cent, pour différentes épaisseurs du verre
Les figs. 6 à 6H sont des graphiques montrant des champs .
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de valeurs efficaces et de texpërâtm-ea de réchauffage du verre, champs dans lesquels on peut produire des lames de verre entièrement trempées de haute qualité, d'une épaisseur
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comprise entre 0,06 pouce et Oe235 .p::
'UC6 (là52 moi et z96 mi, 8ns le risque de fêlures de refroiaissemeatt La fig. 7 est un graphique montrant la relation entras d'un> part, une numération moyenne de fragment,5 ru dés (trem- pe) que l'on désire obtenir dans la verre et, dieutrt pal',", la grenure de la surface du plateau du moule de r6froldiù ment, pour trois épaisseurs de verre à glaces.
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La ±1g. 8 montre un graphique do la relation entre 1* paisseur du verre à glaces et la grenure de surface du pla- teau du moule de refroidissement, pour obtenir diverses nu- mérations de dés.
La fig. 9 est un graphique montrant la relation entre, d'une part, la numération de dés moyenne (trempe) que l'on désire obtenir dans le verre et, d'autre part, la grenure de surface du plateau du moule de refroidissement, pour six
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épaisseurs de verre à vitrée.
La tige 10 est un graphique montrant la relation entre, d'une part, l'épaisseur du verre à vitres et, d'autre parte la grenure de surface du plateau du moule de refroidissement, pour obtenir diverses numérations de dés.
La fig. 11 est un graphique montrant la relation entre la numération de dés moyenne et la contrainte interne à la traction qui se manifeste dans le verre trempe, en toutes épaisseurs, y compris le verre à glaces et le verre à vi- tres.
Suivant la présente invention, il est prévu un procédé pour tremper le verre sous forme de lames, dans lequel la lame est chauffée essentiellement jusque la limite de ra- mollissement du verre, après quoi les surfaces opposées de la lame sont rapidement refroidies, ce précédé étant carne- térisé en ce qu'au moins une desditea surfaces est refroi- die en la mettant en contact intime avec une surface discon tinue ayant une conductibilité thermique relativement éle- vée.
Suivant une autre particularité de l'invention, il est prévu un appareil pour tremper des lamea ou plaques de ver- re, qui comprend un corps de refroidissement, cet appareil étant caractérisé par une surface, à conductibilité thermi- que relativement élevée, destinée à entrer en contact avec le verre et rendue rugueuse jusqu'à une valeur efficace com- prise entre 90 et 1.500. i
Dans les dessins annexés, auxquels or. se reportera ci-après d'une manière plue détaillée, on a représenté dans la fig. 1 un simple appareil, à l'aide duquel la présente invention peut être mise en oeuvre.
Ainsi qu'on le voit, cet appareil comprend une base 9, sur laquelle est supporté un plateau de moule inférieur 10, dont la face supérieure
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".fiiée ou p.t ^"3a, ,": ans : \N'> qui -., .,..1<;S.. :-'Si'. c <1ét '$ ,,;;:J. ". 'm.H. f; an a -, i i. -1 t t , ; e une 1?-"e t ?'. , le 11, ,d.;. k '3t,;. x<' ...FF ±':Ïit ahau'f'.* 't iu.4E²?..
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Dans la fig. 2 on a représenté une forme de réalisation modifiée de l'appareil, qui peut être employée pour courber une lame de verre suivant une forme déterminée et pour trem- per simultanément la lame courbée. A cette fin, on prévoit un four vertical 14 qui peut être pourvu d'éléments chauf- fants électriques 15 et de chicanes ou plaques d'égalisa- tion de température faible.
Les plateaux de moule 17, éta- blis sous la forme requise pour courber sous pression une lame de verre suivant la courbure désirée, sont montés de manière à pouvoir se déplacer l'un par rapport à l'autre, dans le sens du rapprochement et de l'éloignement, au-dessus de l'ouverture 18 du four, les surfaces du moule destinées à entrer en contact avec le verre étant grenées de la même manière que les surfaces, tournées l'une vers l'autre, des plateaux 10 est 12 de la fig. 1.
En fonctionnement, une la- me de verre 19, appelée à être pliée et trempée, est amenée, à l'aide d'une tenaille 20, à la position représentée en traits mixtes, à l'intérieur de la chambre de chauffage du four 14. Lorsque la lame de verre a atteint la température désirée, on la soulevé jusqu'à la position en{traits pleins
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22, où. elle se trouve entre les plateaux de moule 17, qui sont d'abord mis en contact, puis hors contact, avec la lame de verre, en vue de courber et de tremper celle-ci simultanément.,
La fig. 3 représente une autre forme de variante de l'appareil à l'aide duquel l'invention peut être mise en pratique.
Dans ce cas, le verre 11 se déplace d'abord à travers un four de chauffage horizontal 23, puis entre deux bandes ou courroies sana fin 24, composées d'une série de plaques 25 réunies bout à bout et entraînées autour de pou- lies à chaîne 26. Les faces extérieures des plaques ou pla- teaux 25 sont grenées de la même manière que les faces des plaques 10 et 12 de la fige 1 et les moules 17 de la fig. 2, ces plaques 25 fonctionnant de façon à tremper de la même manière les lames de verre qui se déplacent antre elles.
En réglant convenablement le mouvement du verre à travers le four 23, chaque lame de verre chauffée, appelée à être trem- pée, peut être disposée avec précision, de manière à être saisie par - et interposée entre - un plateau 25 supérieur et un plateau 25 inférieur, des bandes mobiles 2', au moment où cette lame quitte le four.
Les hommes de métier savent que, lorsqu'un verre à gla- ces, par exemple, est chauffé au-dessus de sa limite de re. cuisson, mais en deçà de la limite à laquelle le verre est fluide (à peu près 1225 E (663 C)) environ, puis refroidi, par exemple par soufflage de l'air contre ses surfaces op- posées, le refroidissement rapide fait en sorte que les sur- faces du verre deviennent rigides, tandis que l'intérieur de la plaque de verre est à une température plus élevée.
Le verre intérieur, plus chaud, se contracte lorsqu'il se refroidit à la température ambiante et donne naissance à des contraintes de compression dans les surfaces de la plaque, contraintes qui sont équilibrées par des contraintes de trac- tion internes.
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Lorsqu'on fracture, aux fins de l'essai, le verre trai- té de cette manière, par exemple en utilisant un pointeau, on obtient des fragments qui sont de différentes dimensions, compte tenu de la grandeur des tensions qui se manifestent dans le verre. Des tensions élevées donnent lieu à la for- mation de fines particules) soit, "format graina de ris", tandis que des tensions peu élevées donnent lieu à la forma- tion de fragmenta plus grands, qui correspondent générale- ment à une demi-trempe ou une trompe partielle.
Parmi les problèmes que posent les procédés de trempe industriels ac- tuels on compte la difficulté d'obtenir toujours une trem- pe constante ou uniforme ; laprésence d'"irisations" ou de raies ou zones biréfrigérentes, qui peuvent être observées dans la lumière diurne partiellement polarisée et qui sont caractéristiques pour la trempe à l'air; ainsi que la dif- ficulté à obtenir une trempe satisfaisante dans de minces lames de verre.
Grâce à la présente invention, ces difficultés, ainsi que d'autres, qui se présentent dans la pratique industriel- le courante, sont vaincues ou éliminées par un procédé de trempe nouveau et perfectionné, qui consiste à mettre en con- tact intime, avec les surfaces opposées d'un corps qui a été préalablement chauffé à cette fin, des plateaux ou éléments de refroidissement dont les surfaces actives sont profilées ou grenées, de manière à permettre un contact di. rect mais discontinu entre ces surfaces et les surfaces des corps chauffés.
Une des particularités importantes de l'invention réai- de dans la découverte que les 'fêlures de refroidissement a - qui se manifestaient toujours jusqu'à présent lorsqu'une lame de verre chaud était pressée entre plaques de métal plus froides, pour être trempée, fêlures qui, lorsqu'on uti-
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lise un métal poli sont souvent si accusées, que le verre explose en fragmente entre les plateaux - peuvent être éli- minées si l'on fait appel à des plateaux présentant des sur" faces convenablement dépolies ou discontinues, appelées à entrer en contact avec le verre chaud*
Etant donné que le dépolissage des surfaces des pla- féaux ou du moule de pression, en vue d'obtenir un contact ' discontinu, a pour effet de réduire les zones de contact entre le verre et le moule,
ce dépolissage affecte les vi- fesses de refroidissement des surfaces du verre, de sorte qu'il doit être soigneusement contrôlé pour produire les résultats de trempe désirés. Au cours des recherches effec- tuées à propos de l'invention, les premières opérations de dépolissage étaient effectuées sur ces surfaces usinées lisses, appartenant à des paires de plateaux d'aluminium apparies, que l'on bombardait avec divers projectiles allant depuis la grenaille de calibre américain 550 jusqu'aux bil- les de 1/4 de pouce (6,35 mm), à des vitesses et avec un pourcentage de couvrant, destinés à produire une gamme de finis de surface allant depuis le grené jusqu'au mat fin.
Les grenages de surface produits de cette manière peuvent être désignés par ce qu'il est convenu d'appeler les "fac- leurs Alman", ce qui permet de définir les finis d'une maniè- re plus précise, et parce que ceux-ci peuvent aussi être pro- duits par d'autres manières, par exemple par mécanisage, gravure, meulage à l'abrasif, repoussage, et ainsi de suite, il est préférable d'effectuer des mesures à l'aide d'un pro- filomètre enregistreur, tandis que des mesures supplémentai- res de la rugosité totale de la surface, effectuées à l'aide d'un "profilométre groupe 4" fournissant les valeurs effica- ces (en millionnièmes de pouce) (0,0000254 mm).
Ces valeurs seront désignées dans la suite par l'abréviation "valeur eff."
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4 un en-tête et une échelle typiques de feuille de profilo- mètre enregistreur, tandis que les figs. 4A à 4E représen- tent cinq enregistrements réels d'un profilomètre enregis- treur, relatifs à des plateaux de moule en aluminium présen- tant des différentb grenages de surface allant depuis un fini mat (valeur eff. - 140) jusqu'à une surface granitée (valeur eff. = 1300) enregistrements obtenus avec un appa- reillage profilomètre dont la valeur de coupure rugosité/lar- geur était de 0,100 pouce (2,54 mm).
Lors de la mise en pratique de l'invention, on a cona- taté que, lorsqu'on presse des lames de verre entre plateaux do conductibilité thermique élevée, en vue de la trempe de ces lame$, le profil ou le grenage de la surface des pla- teaux doit présenter une valeur et±. comprise entre 90 et 1500. Du verre à glaces et du verre à vitres, d'une épais- seur entre 1/16 de pouce et 3/8 de pouce (1,58 mm et 9,52 mm) ont été trempés avec succès par ces moyens, les valeurs eff. élevées ayant donné les meilleurs résultats avec les lames épaisses, et les valeurs eff. moins élevées, avec les lames plus minces.
Les hommes de métier savent qu'il existe trois varia- bles affectant la rigidité mécanique et le degré de trempe du verre trempé. Ces variables sont, principalement, l'é-
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paisseur du verre, la température à laquelle le verra a été préalablement chauffé et l'allure du refroidissement, seul ce dernier facteur étant fonction de la technique de refroi- dissoment particulière employée.
L'allure du refroidissement est déterminée essentiel- lement par la valeur eff. de la surface qui est en contact avec le verre. Néanmoins, l'invention peut servir à déter- miner la température de chauffage préalable et le temps d'arrêt du plateau du moule, ainsi que la valeur et±. requi- se pour obtenir exactement un degré de trempe particulier dans une lame de verre d'une épaisseur donnée, et l'on peut réaliser un réglage remarquablement exact en ajustant l'une ou l'autre de ces variables, ou toutes les trois.
Afin de déterminer et de mettre en pratique ces cons- tatations, on a effectué un nombre considérable d'opérations expérimentales, au cours desquelles divers verres, tant con- formes que non conformes aux épaisseurs commerciales norma- les, étaient trempés à des degrés divers. Dans l'installa- tion témoin, douze plateaux d'aluminium étaient employés en qualité de moules de refroidissement; ils étaient bombar- dés avec de la grenaille du calibre américain 550 ou avec des billes de brunissage de 1/8 de pouce (3,17 mm), et l'on a obtenu dee surfaces ayant les valeurs eff. suivantes
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1 <SEP> 90
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Aux fins de contrôle et de référence, les variables étaient limitées aux essentielles, c'est-à-dire, le fini de surface des moules (valeurs eff.), la température du chauf- fage préalable du verre et l'épaisseur de ce dernier,
en employant des plateaux de moule ayant la même conductibili- té thermique, en maintenant ces plateaux à la température ambiante (80*F) (26,7 C) et en appliquant pour ces essais un temps d'arrêt maximal (supérieur à 30 secondes).
La méthode générale était analogue à celle représentée @ dans la fig. 1 et consistait à chauffer chacun des carrés de verre 11 d'une série de carrés de 3 1/2 pouces (88,90 mm), à une température donnée; à les transférer successivement à un plateau de moule 10 en aluminium d'une épaisseur de 1/2 pouce (12,70 mm); à presser un plateau de moule 12 en alumi- nium, identique au premier, au-dessus du carré de verre, avec une charge de 15 1bs (6,80 kg), afin d'assurer un con- tact adéquat entre le verre et le métal; puis à retirer le verre du moule.
On a ensuite brisé chaque carré de verre trempé, en se
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servant d'un pointeau. et l'on a compté le nombre de mor- ceaux ou dés dans une zone d'un pouce carré (64(,1 mm2).
Pour faciliter ce comptage des dés, on a exécuté des photo- graphies agrandies du groupement de dés (non représentées ici).
Les données relatives aux contraintes dans le verre trempé étaient obtenues en trempant des réglettes {largeur 1/2 pouce (12,70 mm) et longueur 3 1/2 pouces (88,90 mm)) de verre de toutes épaisseurs qui convenaient pour la menu- re de contraintes avec un appareil du type à coin de quarts.
Les figs. 6 à 6A et 7 à 11 représentent et comparent les groupements de dés (degrés de trempe) obtenus avec trois épaisseurs de verre à glaces et six épaisseurs de verre 1 vitres. Les figs. 6 à 6H représentent les champs de valeurs efficaces et de températures du verre, dans les limites des- quelles diverses épasseurs de verre à vitres et de verre à glaces peuvent être trempées en soumettant le verre à une pression entre plateaux d'aluminium à surface grenée,pour obtenir une trempe industrielle complète (déterminée par la numération des dés).
Ainsi, chaque carré des figs. 6 à 6H représente une des photographies, dont il était question plus haut, d'une aire typique de l'une des plaques de verre trempées de la série soumise aux essais et qui ont présen- té une numération de dés ou fragments comprise entre 10 et 200 par pouce carré (64(,1 mm2) aprèsrupture à l'aide d'un pointeau. Les essais ont été effectués en chauffant préala- blement le verre à des températures comprises entre 1.175 F et 1.350.F (634,97 C à 732*C) et en le soumettant ensuite à la pression entre plateaux de moule dont les finis de sur- face s'exprimaient comme des valeurs efficaces (Veff).
Des surfaces finement grenées (les petites valeurs eff étant du côté gauche des figs. 6 à 6H) ont fourni le verre le plus
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,r ez3t tramp+ et, daa dos fornab *rît ",. à la suite 4'u, contact plJ8 èt-la4U en';,.e la verre et le -m6tul et d'un re?-raidissement. plue rapide" Les z1:Ir..ea couvertes par les phf'-graphies qui représentât des carrés indiquent les ±1. nis de surface des moules, exprimés en valeurs eff, ainsi que les températures de chauffage préalable du verre qui conviennent le mieux pour la trempe du verre de différentes épaisseurs.
Ces zones sont limitées du cote gauche par les températures du verre combinées avec les valeurs eff, qui risquent de causer des fêlures de refroidissement et, du côté droit, par les températures combinées avec les valeurs eff, susceptibles de fournir des grosseurs de dés plus gran- des, qui indiquent un moindre degré de trempe.
La fig. 6A, qui se rapporte à un verre à glaces d'une épaisseur de 0,195 pouce (4,95 mm) (plaque de 3/16 de pouce (4,76 mm)) montre que le champ de la trempe industrielle complète est très voisin de celui du verre à glaces de 1/4 de pouce (6,35 mm) (fig. 6).
La fig. 6B représente le champ, plus étroit, qui cor- respond à la meilleure trempe du verre à glaces d'une épais-
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sueur de 0,130 pouce (3$JO mm) (plaque de 1/6 de pouce (3,17 mm)). Dans ce cas, les moules présentant un grenage gros- sier, désigné par les valeurs et± 1.000 et 1.300 produisent de gros fragments de verre, ce qui indique une demi-trempe ou une trempe partielle, comme c'était le cas pour les va- leurs eff de ?00(et de 800 aux températures moins élevées.
Les fige* 6C, 6D et 6E représentent le champ pour la plus forte trempe du gros verre à vitres (épaisseur de 0,215 pouce, de 0,190 pouce et de 0,120 pouce) (5,46 mm, 4,82 mm et 3,04 mm), tandis que les figs. 6F, 6G et 6H représentent les champs plus limités, relatifs à la meilleure trempe du verre à vitres moins épais (0,090 pouce , 0,070 pouce et 0,060 pouce) (2,28 mm, 1,77 mm et 1,52 mm) ou d'une résis-
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tance nominale simple de 15 à 17 onces (425,24 g à 481,94 g) et de 12 à 14 onces (340,19 g à 396,89 g), respectivement.
On notera en outre que des températures de chauffage préa- lable plus élevées sont requises pour produire la trempe maximale de ces verres plus légers.
On a constaté au cours des essais qu'une température minimale de chauffage préalable est nécessaire pour produi- re une trempe maximale. Par exemple, un chauffage préala- ble d'un verre à glaces de 0,235 pouce (5,96 mm) (plaque de
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1/4 de pouce(6,35 mm)) à 1,175*F (634,97*0) n'était pas suffisant, même lorsque les plateaux de moule offraient des valeurs eff élevées, et des fragments relativement gros se sont formés lors de la rupture. Toutefois, une température de chauffage préalable de 1.200 F (649 C) a permis d'attein- dre une trempe complète, indiquée par la plus grande vites- se des fragmenta.
Les températures de chauffage préalable
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de 1.225*F (662,75 C) et de 1,250*F (677*0) et de 1*275*F (690,53 C) pour le verre à glaces de 1/4 de pouce (b,35 mm) a donné lieu à la formation de verres trempés avec des gros- seura de fragments qui étaient pratiquement indiscernables.
Les limites de température où les numérations de dés é@@ent pratiquement inchangées pour tous les verres essayés sont Andiquées dans le tableau ci-après.
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Epaisseur <SEP> et <SEP> espace <SEP> du <SEP> Températures <SEP> de <SEP> chauffage <SEP> prés- <SEP> , <SEP>
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<tb> verre <SEP> labié <SEP> appliquées <SEP> pour <SEP> établir
<tb>
<tb> des <SEP> numérations <SEP> de <SEP> dés <SEP> moyennes
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Verre à glacée de 0,235 pouce (plaque de 1/4 de pouce) 1.225-Fi 1.250 F, 1.275'? Verre à glaces de 0,195 pouce (plaque de 3/16 de pouce) 1.225OFe 1.250-Pe 1.275*? Verre à glaces de 0,130 pouce (plaque de 1/8 de pouce) 1.250 F, 1.275*? Verre à vitres de 0,215 pouce (lame de 713Z de pouce) 1.225'?, 1.250'?, 1.275*F Verre à vitres de 0,.:'' pouce (lame de 3/16 de pouce) ;
,225 F, 1250OFe 1.2i5' Verre à vitres de 0,120 pouce (lame à double résistance) ..25t ', 1.2'ia=a 1.3a4 ' Verre à vitres de 0$090 pouce (lame à simple résistance) 1.250*Fs 1.275'F, .3t0 F
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<tb> Verre <SEP> à <SEP> vitres <SEP> de <SEP> 0,070 <SEP> pouce
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(lame de 15 à 17 onces) .'1.02''S $ ..3t? , 1.325'? Verre à vitres de 0,060 pouce (lame de 12 à 14 onces) 1.300.F, 1,3250F$ 1.350*F
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<tb> (1 <SEP> pouce <SEP> - <SEP> 2(,40 <SEP> mm
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Etant donné que les grosseurs de dés formées par cha- que paire de plateaux de moule pour une épaisseur de verre donnée étaient équivalentes dans toute l'étendue des gam- mes de température indiquées, on a établi la moyenne des numérations de dés pour tracer les diagrammes de la relation, entre la numération moyenne de dés et le grenage de la sur- face des plateaux de moule,
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On a constaté que, compte tenu d'erreurs d'expérimen- tation, un graphique semi-logarithmique du nombre moyen de dés par pouce carré (645,16 mm) en fonction de la valeur eff . de la surface des plateaux du moule a donné une ligne droi- te.
La fige 7 donne un diagramme rectiligne de cette rela- tion, telle qu'elle se rapporte au verre à glaces, et re- présente la relation entre les numérations de dés des trois épaisseurs de verre à glaces trempé, que l'on a produites en pressant le verre, préalablement chauffé, entre moules présentant différents grenages de surface.
Finalement, la fig. 8, qui a été dérivée de la fig. 7, montre le grenage de surface des moules qui doivent être employés pour produire diverses grosseurs de dés, pour différentes épaisseurs de verre à glaces. Par exemple, si l'on désire obtenir. vingt fragments ou dés par pouce carré (64(,16 mm2) pour un verre à glaces d'une épaisseur de 0,150 pouce (3,81 mm), la fig. 8 indique que le moule doit être doté d'un grenage de surface équivalent à une valeur eff de 880 environ.
Les résultats des essais avec diverses épaisseurs de verre à vitres étaient pareils à ceux effectués avec du verre à glaces, mais les premiers ont été étendus à cer- tains verras de moindre résistance, disponibles dans le commerce. Les fige. 9 et 10 sont relatives aux résultats de la trempe du verre à vitres. Par exemple, si l'on dé- sire obtenir vingt dés par pouce carré (645,16 mm2) dans du verre à vitres trempé d'une épaisseur de 0,150 pouce (3,81 mm), la fig. 10 indique que les surfaces du moule doivent être grenées ou dépolies jusqu'à une valeur eff de 680 environ.
Les données des figs. 7 à 10 peuvent être exprimées par de simples relations mathématiques, pour indiquer les
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majorations de des escomptées et la grenags @ss surfaces du moule, Dans les équations ci-après, D désigne la numé- ration de dés (nombre de d4s ou fragments par pouce carré (645,16 mm2)), tandis que R est relatif au grenage de surfa- ce du moule (valeurs eff).
Pour verre à glaces de 0,234 pouce (5,96 mm), log D = 3,385 - 0,00168R Pour verre à glaces de 0,195 pouce (4,95 mm), log D = 3,230 - 0,001?6R Pour verre à glaces de 0,130 pouce (3,30 mm), log D = 3,220 - 0,00244R Pour verre à vitres de 0,215 pouce (5,46 mm), log D - 3,162 - 0,00187R Pour verre à vitres de 0,190 pouce (4,82 mm), log D = 3,200 - 0,00220R Pour verre à vitres de 0,120 pouce (3,04 mm), log D = 3,120 - 0,00317R Pour verre à vitres de 0,070 pouce (1,77 mm),
log D = 3,555 - 0,00775R Pour verre à vitres de 0,060 pouce (1,52 mm), log D - 3,500 - 0,01000R
Les relations entre le fini du moule (valeurs eff) et l'épaisseur (t) du verre à glaces ou à vitres, telles que représentées dans les figs. 8 et 10, peuvent être exprimées par des équations mathématiques linéaires, pour déterminer la trempe obtenue dans le verre, mesurée par les numérations de dés dans les échantillons rompus. Ainsi, on peut prescri- re le fini du moule qui produira la grosseur de dés désirée dans les verres de diverses épaisseurs.
Dans les équations qui suivent, Veff désigne la valeur efficace de la surface du moule, telle que fournie par les indications du profilomètre, tandis que t désigne l'épaisseur
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du verre en pouces.
Dans le verre à glaces ;
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Pour 20 des par pouce carré (6y5fl6 mm2), Vert - 4&480t + 208 " 40 # " " " Vert m 3.8lot + 165 * Veff- )y30% + 155 Il 80 " " m If " Veff * 3.14o% + 14o j n 100 " " " " " Veff - 3.14ot + 90 tandis que,dans le verre à vitres ; -
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pour 20 dés par pouce carré (64$,].6 mm"), Vert m t.$70t 4 68 n 40 m m m m n ye ¯ L9 50 Ik 60 m n tt H #eff " 3 > af3'G = 53 80 n m m Veff -3.370t." 40 x ion v w m n YePf = .OOt 33
Il ressort de ce qui précède que l'on peut spécifier le fini du moule, de même que la température de chauffage préalable du verre, pour produire n'importe quelle grosseur de dés lors de la trempe du verre à glaces ou du verre à vitres de n'importe quelle force commerciale, conformément à la présente invention.
De plus, et bien que les essaie rap- portés aient été effectués avec du verre à vitres d'une 'pais- ! saur minimale de 0,060 pouce (1,52 mm), des expériences aup- plémentaires ont montré que du verre à vitres d'une épais- seur non supérieure à 0,048 pouce (1,21 mm) pouvait être trou- pé de la même manière, en utilisant des moules dotés d'un grenage fin, tel qu'il peut être obtenu en meulant les pla- teaux de moule en aluminium avec une meule de grès No220 (américain).
La connaissance de la relation entre les grosseurs des dès et les tensions internes dans le verre trempé offre ici de l'intérêt, et la fig. 11 représente la relation générale.
, Cette figure représente les numérations de dès de tous les échantillons individuels de verre trempé, tant pour le
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verre à glacée que pour le verre à vitres, de toutes les forces, en fonction des contraintes de traction mesurées sur des languettes de verre trempé. Etant donné la grande dispersion des résultats, la ligne droite qui indique la moyenne n'est qu'approximative. Par exemple, si l'on déter- mine une numération de vingt dès par pouce carré (645,16 mm2), la contrainte de traction interne indiquée est de 7.200 1bs par pouce carré (506,21 kg par cm2) environ. De même, 100 dès par pouce carré (645,16 mm2) correspondent à une contrain te de traction de 9.700 1bs par pouce carré (681,97 kg par cm2) dans le verre.
Des contraintes de traction allant jus- que 14.000 1bs par pouce carré (984,29 kg par cm2) ont été mesurées dans des verres d'une force plus élevée (par exem- ple dans le verre à glaces de 1/4 de pouce (6,35 mm) et le verre à vitres de 7/32 de pouce (5,55 mm)); toutefois, les numérations de dès de verres aussi fortement trempés sont douteuses, étant donné la nature explosive du bris.
Bien que - ainsi qu'il a été dit plus haut - les études rapportées ici aient été basées sur l'emploi de plateaux de moule en aluminium ayant une conductibilité thermique de
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1.430 B.T.U./heure/pied carré/*F/ouce (6.981,87 koal/m2/h/*C/ 25,4 mm) environ, d'autres travaux ont démontré que des ma- têriaux tels que le cuivre, le graphite, les matières réfrac- taires enduites, l'acier inoxydable, qui ne possèdent qu'une conductibilité thermique légèrement supérieure à 100
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B.T.U./heure/pied carré/*F/pouce (488,24 kcal/m/h/ 0/25,µ mm), etc..., peuvent être utilisés pour atteindre la trempe dans le verre, en tenant compte de la différence de la conducti- bilité thermique des différentes matières constitutives des moules.
D'une manière générale, les matériaux de construction de moules qui conviennent pour la mise en oeuvre de la pré-
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sente invention sont classée comme bons conducteurs de cha- leur, qui possèdent une conductibilité thermique comprise approximativement entre 100 et 2.900 B,T.U./heure/pied carré/ F/pouce (488,24 et 14.159 kcal/m2/h/ C/25,4 mm), par oppo- sition aux conducteurs médiocres" ou matériaux qui consti- tuent des isolants thermiques.
D'autre part, les moules de refroidissement sont main- tenus à la température ambiante (environ 80 F (26,7 C)) en vue de ces essais. Toutefois, on a constaté que, dans des limites raisonnables, la température du moule présentait relativement peu d t importance (des variations de 40 à 180 F (4,44 à 82,2 C) n'ont pas donné lieu à un changement impor- tant dans la trempe). Il convient cependant de noter que les températures du moule excessivement élevées ou excessi- vement basses auraient un effet sur l'allure de refroidis- semant et que, si elles étaient appliquées, elles devraient être compensées.
Par exemple, une élévation importante de la températu- re des moules de pression a produit une diminution marquée dans la trempe du verre. Dans une série d'essais avec du verre à glaces de 1/4 de pouce (6,35 mm), dans lesquels la température des moules était élevée progressivement, on a constaté que, avec une température du moule de 500*F (260 C), la numération des dés donnait seulement le quart de la numé- ration obtenue lorsque les moules étaient employés à une tem- pérature voisine de la température ambiante.
De même, un temps d'arrêt (la durée pendant laquelle les plateaux du moule demeuraient en contact avec le verre) d'au moins deux minutes était appliqué dans chaque cas.
En considérant le diagramme de la fig. 5, on voit qu'il en est résulté une trempe maximale, nonobstant l'épaisseur du verre et les valeurs eff. Cependant, des variations du temps
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d'arrêt peuvent servir . contrdier latremps. Ainsi, la ligne A de la fig. 5 montre les variations de trempe ainsi produites dans un verre à glaces de Ils de pouce (3,17 mm) pressa entre les plaseaux du moule avec différents temps d'arrêt. Les ordonnées du graphique montrent les rapporte entre les numérations effectives des dés et les numérations de dés maximales pouvant être obtenues après des temps d'ar- rêt prolongés.
Dans le cas d'un verre à glaces de 1/8 de pouce (3,17 mm), on voit qu'un temps d'arrêt de 10 secondes est nécessaire pour atteindre la trempe maximale (le plus grand nombre de dés). De même, un temps d'arrêt de 15 secon- des est requis pour un verre de 1/4 de pouce (6,35 mm), tan- dis que le temps d'arrêt pour un verre de 3/8 de pouce (9,52 mm) est de 20 secondes. Ces temps d'arrêt, qui repré- sentent les temps minimaux requis pour atteindre la trempe maximale dans le verre, sont fonction du grenage de surface des plateaux du moule, ainsi qu'il ressort du côté droit de la fig. 5.
Cette ligne indique qu'un temps d'arrêt de 23 secondes correspond à l'application d'une plaque à fini plus rugueux (valeur eff = 1.300), pour tremper un verre à glaces de 3/8 de pouce (9,52 mm), alors que l'on a indiqué ci-dessus un temps d'arrêt de 20 secondes pour des plateaux de moule à grenage plus fin (valeur eff = 700).
Dans certaines applications pratiques il peut s'avérer inutile d'atteindre la trempe maximale avec un jeu de pla- teaux donné, étant donné qu'il suffit d'obtenir des grosseurs de riz. La fige 5 montre que l'on peut obtenir une moindre trempe en réduisant simplement le temps d'arrêt pendant le- quel le verre est pressé entre les plateaux du moule.