Procédé de fabrication d'une feuille métallique creuse et feuille obtenue par mise en #uvre de ce procédé Le présent brevet comprend un procédé de fabri cation d'une feuille métallique creuse, par exemple en aluminium ou en un alliage d'aluminium, et la feuille métallique creuse obtenue par la mise en #uvre de ce procédé.
On sait fabriquer des feuilles d'aluminium creuses présentant des passages longitudinaux continus ménagés à l'intérieur de celles-ci entre deux couches superficielles de métal. Dans le procédé connu, les passages sont tout d'abord définis par impression de motifs en matière empêchant la soudure sur les deux faces d'une feuille d'aluminium centrale, que l'on unit ensuite par laminage à chaud à deux autres feuilles d'aluminium, sauf sur les surfaces sur les quelles la matière empêchant la soudure a été dépo sée, cette matière s'étant étendue au cours du lami nage.
On ouvre alors les passages en forçant un fluide sous pression dans la feuille composite, le long des régions pourvues de matière empêchant la soudure, la feuille étant maintenue entre deux plateaux de presse ; la pression du fluide sépare les deux surfaces de la feuille composite aux endroits où elle a été empêchée de s'unir par ladite matière.
Le procédé objet d'une des inventions est carac térisé en ce que l'on forme un corps métallique com posite plat, présentant deux couches métalliques superficielles et une couche centrale constituée par des segments métalliques reliant les deux couches superficielles, lesdits segments étant séparés l'un de l'autre par des longueurs de matière empêchant la soudure disposées dans la couche centrale avec leurs bords, latéraux se recouvrant mutuellement (vu en plan), les segments eux-mêmes étant approximative ment parallèles au plan dudit corps,
et en ce que l'on applique une force aux deux couches superficielles pour leur imprimer un déplacement latéral relatif et pour déformer les régions de jonction des segments de liaison avec les deux couches superficielles., tout en faisant tourner lesdits segments pour former des nervures dressées maintenant les deux couches super ficielles à l'écart l'une de l'autre.
La feuille obtenue par mise en #uvre de ce pro cédé est caractérisée en ce qu'elle comprend des cou ches superficielles plates. de métal maintenues à l'écart l'une de l'autre au moyen de nervures s'éten dant entre les couches superficielles, lesdites nervures étant venues d'une pièce avec le métal des couches superficielles, et toutes les nervures étant pratique ment Parallèles entre elles.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une mise en #uvre du procédé objet d'une des inventions. La fig. 1 est une coupe transversale d'un lingot pour la mise en #uvre du procédé.
La fig. 2 est une coupe transversale de la feuille produite par laminage du lingot de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale de la feuille creuse produite à partir de la feuille laminée de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe d'un appareil pour pro duire le lingot représenté à la fig. 1.
La fig. 5 est une vue en plan de l'appareil de la fig. 4.
Le lingot représenté à la fig. 1 comprend deux couches métalliques superficielles 1, séparées par une couche -centrale venue de coulée avec les deux dites couches. La couche centrale comprend plusieurs bandes de fibres de verre tissées 2, agissant comme matière empêchant la soudure. Les bandes 2 sont disposées côte à côte, avec leurs bords latéraux se recouvrant mutuellement (le lingot étant vu en plan).
L'épaisseur totale du lingot est désignée par a, alors que l'épaisseur de la couche dans laquelle les bandes 2 se trouvent est désignée par b, le recouvrement latéral des bandes 2 par c, leur séparation latérale par d et leur séparation verticale par e.
A la suite du laminage du lingot de la fig. 1 con duisant à la forme représentée à la fig. 2, l'épaisseur des couches superficielles l' est fortement réduite, alors que l'angle formé par la surface et les bandes empêchant la soudure 2' (maintenant sous la forme d'un filin de particules de verre désintégrées), est fortement réduit.
On peut voir que le métal compris entre les bandes réduites 2' a maintenant la forme de -segments de liaison ou de nervures 3 entre les couches superficielles l'.
On entaille les surfaces supérieure et inférieure l' de la feuille représentée à la fig. 2, en 4 et 4' respectivement, jusqu'à la matière empêchant la soudure, et on développe la feuille en appliquant une force transversalement aux bords de la feuille et tout le long de ceux-ci, dans la direction des flèches, au moyen d'une machine à étirer ou en appliquant une force perpendiculaire ou oblique par rapport à la feuille, au moyen de têtes suceuses, ou par une combinaison de ces méthodes.. Cette opéra tion dresse les segments et les fait tourner,
de préfé- rence d'un angle d'au moins 70o environ, pour leur donner la forme des nervures 3' représentées à la fig. 3.
On peut constater que, dans la feuille terminée, les couches superficielles 1' ne sont pas d'épaisseur uniforme et que chacune des couches superficielles varie légèrement de section entre chaque paire de nervures 3'.
L'épaisseur de peau des couches superficielles l', l'épaisseur totale des feuilles creuses, l'espacement et l'épaisseur des nervures 3' , peuvent toutes être déter minées par le choix des valeurs<I>a, b, c, d</I> et e et de l'angle d'inclinaison des bandes 2 dans. le lingot de départ, et par la réduction d'épaisseur que l'on fait subir au lingot au cours du laminage subséquent.
Il existe un rapport entre l'épaisseur de peau des couches superficielles l' et l'épaisseur des nervures 3', qui doit être respecté pour que la feuille creuse obtenue présente une surface d'apparence satisfai sante, lorsqu'elle est produite par étirage transversal seul. Il est essentiel que l'effort maximum auquel les couches superficielles sont soumises ne dépasse pas la limite élastique du métal.
Si cette condition n'est pas remplie, les couches superficielles cèdent plas tiquement dans leurs points les plus minces, ce qui donne une feuille creuse présentant de légères ondu lations superficielles qui nuisent à son apparence. On a constaté pratiquement qu'en utilisant l'étirage seul, l'épaisseur des couches superficielles 1' doit attein dre au moins le double de l'épaisseur des nervures 3'.
Pour produire des feuilles creuses de propriétés mécaniques supérieures, il peut être avantageux de former les feuilles de manière telle qu'une certaine proportion des. couches superficielles l' soit faite d'une matière plus résistante que les. nervures 3'. Ceci peut par exemple être réalisé en formant le lingot en un alliage d'aluminium ductile qui ne durcit pas nota blement au cours du laminage et en plaquant un alliage écrouissable ou traitable à chaud sur l'une ou sur les deux faces du lingot, au cours du laminage et à l'aide de procédés connus.
Cela permet de pro céder au développement de la feuille sans devoir craindre le fendillement des nervures et dispose l'alliage le plus résistant (et le plus coûteux) unique ment dans les régions où il confère le plus de résis tance, c'est-à-dire dans les couches superficielles. On peut également procéder de manière analogue pour former une feuille creuse plaquée d'une matière plus tendre, telle que de l'aluminium extra-pur, en vue de la protéger contre la corrosion.
On peut produire un lingot tel que celui repré senté à la fig. 1, destiné à la fabrication de la feuille creuse décrite, à l'aide du procédé de coulée semi- continu, en utilisant l'appareil représenté aux fig. 4 et 5. Le moule 10, qui est représenté schématique ment, est du type à jaquette d'eau et à refroidissement par rideau. Il présente des surfaces de travail 10' en cuivre. Dans ce moule, l'eau de refroidissement est introduite dans la double parai au moyen de deux entrées (non représentées), qui sont séparées de la surface de travail par une plaque à perforations 11, servant à diriger l'eau sur la face externe dé la sur face de travail du moule.
L'eau de refroidissement s'échappe par une fente périphérique 12 adjacente au bord inférieur de cette surface de travail et entoure le lingot pendant qu'on le retire dans la fosse de coulée, sur un support 14, qui forme le fond du moule au début de l'opération de coulée, comme représenté sur la partie de droite de la fig. 4.
En vue de la production de lingots convenant à la fabrication des feuilles creuses, le support 14 est pourvu d'une série de plaques de serrage 15 qui, dans le présent exemple, sont disposées selon un angle d'environ 300 par rapport à la longueur du support. Ces plaques servent à maintenir les extrémités des bandes tissées de verre 16.
Les bandes 16, provenant de bobines (non représentées), sont conduites vers le bas, à travers des plaques de guidage 17, inclinées selon le même angle que les plaques de serrage 15 par rapport au support 14, de manière qu'au début de l'opération de coulée, les bandes soient tendues entre les plaques de guidage 17 et le support 14 et soient disposées parallèlement l'une à l'autre et obli- quement par rapport aux faces du moule, mais dans une zone s'étendant parallèlement aux faces du moule.
Les plaques de guidage 17 sont dégagées au centre en 18, de manière à éviter que les bandes se déplacent latéralement, d'autre part, les plaques de serrage engagent les bandes par frottement, mainte- nant ainsi les bandes sous tension pendant que l'on fait descendre le support 14.
On peut voir, d'après la description en référence aux fig. 1, 2 et 3, que la disposition et l'espacement des bandes dans le lingot doivent demeurer aussi constants que possible. C'est pour respecter cette con dition que l'on utilise ce type de moule, car il permet un refroidissement rapide, de sorte que la profondeur du bain de métal fondu aux sommes des lingots, et par conséquent les longueurs non soutenues des ban des à insérer, est maintenue au minimum.
Afin de réduire le plus possible les perturbations de la position des bandes par le métal fondu coulant dans le moule, on utilise une goulotte 19 spéciale, comportant une chicane centrale 20, qui divise le métal en deux courants dirigés sur chacun des côtés de la rangée de bandes insérées.
Par exemple, on a coulé un lingot d'épaisseur initiale de<B>152</B> mm au moyen de l'appareil décrit. On a coupé et rebuté les deux extrémités du lingot et on a usiné le bloc central pour éliminer les irrégularités de surface communes aux lingots coulés par le pro cédé continu. On a alors chauffé ce bloc à 520o C, puis on l'a laminé à chaud pour le réduire à l'état de plaque de 6,35 mm d'épaisseur.
On a découpé cette plaque en plusieurs longueurs dont on a scindé les bords comme représenté en 4, 4' à la fig. 2, à une distance d'environ 76 mm en retrait des bords, par passage de ces longueurs entre deux rouleaux dont l'un porte une arête coupante et l'autre est plat.
Pour certaines applications, par exemple pour des échangeurs de chaleur, il peut être avantageux de produire une feuille creuse comportant une couche intermédiaire à partir de laquelle les nervures s'éten dent latéralement jusqu'aux couches superficielles. Un tel produit peut être facilement obtenu à partir d'une feuille laminée comportant deux couches sépa rées, dans lesquelles se trouvent des bandes de matière empêchant la soudure, les bandes dans cha cune des couches étant disposées. les unes par rapport aux autres comme décrit.
Ces couches sont séparées par une zone médiane de métal ne contenant pas de matière empêchant la soudure, ladite zone formant la couche centrale à partir de laquelle les. nervures s'étendent lorsque la feuille laminée a été développée par étirage latéral. Les passages entre les nervures servent à la circulation des fluides.
La matière que l'on utilise de préférence comme matière empêchant la soudure dans la fabrication de feuilles composites par un procédé de coulée, est la bande de fibre de verre tissée. Cette: matière con vient particulièrement lorsque la matière empêchant la soudure est disposée de manière que sa section transversale forme des bandes droites, pour définir des segments métalliques de liaison droits.
Lorsque l'on désire que la matière empêchant la soudure ait une section, transversale courbée, pliée, ou de forme coudée, il est préférable qu'elle soit constituée en une matière plus rigide, par exemple en graphite. On peut en effet donner à ce dernier une forme de barre ou de bande de la section transversale voulue.
Le critère principal déterminant le choix de la matière empêchant la soudure utilisée comme décrit, réside dans le fait qu'elle doit rester solide à la tem pérature de coulée du lingot et ne pas se désintégrer en tronçons séparés au cours du laminage subséquent. La fibre de verre tissée a pour avantage particulier qu'elle se désintègre au cours du laminage en une poudre fine qui reste à l'état de film mince continu dans la feuille et qui peut être chassée très: aisément et presque complètement après la séparation des cou ches superficielles.
En coulant le lingot avec des insertions de matière empêchant la soudure de largeur décroissante, on peut produire une feuille creuse dans laquelle la lon gueur des nervures décroît d'une extrémité à l'autre de la feuille, de sorte que la feuille creuse présente une section décroissante. Il est alors nécessaire de procéder à l'étirage de la feuille au moyen d'une machine à étirer à mâchoires articulées, ou encore au moyen de têtes suceuses.
Le procédé décrit ci-dessus permet d'obtenir des feuilles creuses en aluminium plus grandes et plus épaisses: qu'il était possible jusqu'ici. Ces feuilles sont en principe destinées à être utilisées comme pièces de construction, car leurs propriétés, en ce qui con cerne la flexion et le flambage, sont avantageuses par rapport aux feuilles pleines de poids égal.