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Procédés et moyens de production – Moulage
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MOULAGE 1. Introduction La fonderie est l’ensemble des opérations et des moyens qui, permettent de produire des pièces brutes par coulée d’un métal ou d’un alliage à l’état liquide dans une forme appelée moule. Le moule comporte l’empreinte de la pièce à réaliser (figure 1). Coulée du métal en fusion
Empreinte
Moule
Fig.1- Constitution d’un moule La moulabilité est la qualité qui permet à un métal ou un alliage, à l’état liquide, de remplir avec précision l’empreinte d’un moule.
Les alliages utilisés en fonderie sont nombreux, on trouve : - Les fontes - Les aciers de moulage m oulage - Les alliages d’aluminium - Les alliages de cuivre - Les alliages de zinc - Les matières plastiques.
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2. Les Moules 2.1. Différents types de moules On distingue deux catégories de moule :
2.1.1. Moule non permanent ou moule destructible Il ne sert qu’une seule fois, pour extraire la pièce il faut le casser. L’empreinte peut
être obtenue par moulage du matériau constitutif au tour d’un moule réalisé en bois pour le moulage à l’unité ou en petite série. Le modèle est fabriqué par des
modeleurs.
2.1.2. Moule permanent Il peut servir un grand nombre de fois, il est réalisé en plusieurs parties pour faciliter l’extraction de la pièce. Il est utilisé quand la quantité de pièces à couler est importante.
2.2. L’empreinte L’empreinte du moule est la forme de la pièce à mouler (figure 2). Elle peut être
obtenue soit par modèle pour les moules en sable, en silice ou en plâtre, soit par une forme taillée directement (par usinage) dans la masse pour les moules métalliques (figure 3) et certains moules en sable (moulage en trousseau).
Fig.2- Modelage de l’empreinte et mise en place du noyau
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Fig.3- Moule métallique
2.3. Le noyau Un noyau est une structure en matériau de moulage comportant une ou plusieurs parties donnant après remoulage des reliefs correspondant à des formes intérieures (trous, évidements,…), ou parfois extérieures de la piè ce brute (figure 2).
2.4. Les modèles Ils se divisent en deux catégories : Les modèles réutilisables et les modèles perdus.
en bois
Réutilisables
en plâtre
métalliques
MODÈLES cire
Perdus
plastique
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2.4.1. Les modèles réutilisables Les modèles réutilisables doivent être retirés du moule avant la coulée ; il est nécessaire d’étudier les parties permettant leur retrait sans détériorer le moule (Plan
de joint et dépouille) figure 4.
Fig.4- Exemple de modèle réutilisable Remarque : les différentes parties du moule séparées par le plan de joint sont prisonnières dans un cadre rigide (châssis généralement métallique et possédant un système de repérage de mise en position et de fixation) figure 5.
Fig.5- Châssis de moulage Page - 81 -
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2.4.2. Les modèles perdus Les modèles perdus sont retirés du moule sous une forme liquide « cire » (figure 6) ou gazeuse « matière plastique » (figure 7). Il est donc nécessaire de prévoir la fabrication d’autant de modèles que de pièces à fabriquer (soit par modelage soit par moulage). Le moule étant détruit pour retirer la pièce et le modèle retiré sous une forme fluide, il est inutile d’avoir des plans de joints et des dépouilles. Ce procédé convient pour l’obtention de pièces complexes et précises : ±0.05 pour 10mm. En l’occurrence le volume et les dimensions des pièces sont limités.
Fig.6- Moulage à la cire perdue Page - 82 -
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Fig.7- Moulage à modèle gazéifiable (matière plastique)
3. Différents procédés de moulage Les procédés de moulage sont classés en deux grandes catégories, suivant qu’ils
utilisent des moules non permanents ou des moules permanents.
3.1. Moulage en sable (moule non permanent) Le moulage en sable est le plus répandu et le plus flexible procédé de fonderie. Les moules utilisés sont détruits pour extraire la pièce moulée (figure 8). Il convient notamment pour les métaux de fonderie à point de fusion élevé (fontes et aciers). Il est aussi utilisé dans le cas de prototypes, de petites séries et pour les pièces de grandes dimensions.
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Les différentes opérations de moulage en sable sont :
Modelage du moule
Pose des noyaux et fermeture du moule
Remoulage
Coulée
Ebarbage
Décochage
Ebavurage
Destruction du moule pour sortir la pièce
Modelage des noyaux
(a)
(b)
(d)
(c)
(f) (e) Fig.8- Exemple de fabrication de pièce en fonderie Page - 84 -
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3.2. Moulage en moule métallique (moule permanent) Le moule est en acier spécial ou en fonte. Ce procédé permet de mouler avec une assez bonne précision et un bon aspect de surface des pièces en alliage de zinc, d’aluminium et de cuivre. L’amortissement du prix des moules exige une série de
pièces importantes. On distingue :
3.2.1. Le moulage en coquille par gravité La pièce est obtenue à partir d’un moule métallique appelé coquille. Le remplissage de l’empreinte est assuré par la seule action du poids de l’alliage liquide (figure 9).
Fig.9- Principe du moulage par gravité
3.2.2. Le moulage en coquille sous pression Il est pratiqué à l’aide de machines spéciales ; le métal est injecté par l’intermédiaire d’une pression appliquée sur la surface de l’alliage, à l’état liquide pour les alliages à base de plomb et de zinc ou à l’état pâteux pour les alliages d’aluminium et de
cuivre, pour obliger celui-ci à remplir l’empreinte du moule (figure 10).
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Fig.10- Moulage sous pression
3.1. Moulage à la cire perdue Il convient pour tous les métaux de fonderie. Les pièces sont habituellement moulées « en grappe » (figure 6). Les principales étapes pour l’obtention d’une pièce sont les suivantes :
Réalisation d’un modèle en cire ou en résine ;
Recouvrement du modèle avec un enduit réfractaire ;
Mise en place de de cette grappe dans un châssis et maintient de cette grappe à l’aide d’un sable fin spécial ;
Elimination de la cire, généralement par chauffage ;
Coulée du matériau ;
Après solidification, extraction de la grappe de pièces par destruction du moule.
4. Choix du procédé de moulage La température de fusion de métal coulé doit être inférieure à la température de fusion du matériau constituant le moule. Le tableau 1 résume les procédés de moulage utilisés pour différents matériaux et alliages.
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Tableau -1- Choix du procédé de moulage
Métaux et température
Moulage en sable
Moulage en coquille
de fusion Fontes : 1100 à 1250°C
- Moulage en sable avec ou sans noyau
Moulage impossible sans détériorer les coquilles.
Acier : 1200 à 1500°C - Moulage en carapace : procédé Croning - Moulage à la cire perdue Cuivre et ses alliages
- Pour les grosses pièces
- Pour les grandes séries
- Pour les petites séries
- Avec ou sans pièce
(Laiton) : 940°C Aluminium et ses alliages :
insérée au moulage
600°C - Par gravitation ou sous pression
5. Matériels et machines de moulage 5.1. Fours de fusion Le souci d’obtenir des alliages présentant des caractéristiques de fonderie particuliers (fusibilité, coulabilité, retrait,…), implique des conditions d’élaboration et
de fusion rigoureuse. Pour ceci, on utilise des appareils qui doivent permettre le respect de ces conditions et leur choix en fonction du type d’alliage désiré. Plusieurs
types de fours sont utilisés pour la fusion des différents alliages de fonderie. Le tableau ci-dessous indique les types de fours les plus employés et les plus appropriés à la fusion des différents alliages de fonderie.
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FOURS DE FUSION ALLIAGES DE FONDERIE
A CUVE
ROTATIFS ou OSCILLANTS
A CREUSET A induction
Le Cubilot
A gasoil et à gaz
Acier de moulage s e t n o F
Grises
A flamme B.F
M.F. et H.F.
Spéciales
D’aluminium et de magnésium e r v i u c e D
A arc électrique
Laiton
Jusqu’à
Jusqu’à
20 t/h
5t
25 t
Bronze Jusqu’à
Electrique
Jusqu’à 25 t
Jusqu’à 10 t
Capacités des fours
5.2. Machines à modeler Pour le moulage d’une série de pièces on utilise des machines à modeler (modelage
mécanique) qui tassent le sable par pression, vibration ou projection sur un modèle (figure 11).
Fig.11- Machine à modeler Page - 88 -
