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La fabrication par coulée est un processus dans lequel un matériau liquéfié, tel que du métal fondu, est versé dans la cavité d’un moule spécialement conçu et laissé durcir. Après solidification, la pièce est retirée du moule pour subir divers traitements de finition ou pour être utilisée comme produit final. Les méthodes de moulage sont généralement utilisées pour créer des formes pleines et creuses complexes, et les produits moulés se retrouvent dans un large éventail d’applications, y compris les composants automobiles, les pièces aérospatiales, etc.
Différents types de moulage et le processus de moulage
Bien que le moulage soit l’une des plus anciennes techniques de fabrication connues, les progrès modernes dans la technologie du moulage ont conduit à un large éventail de méthodes de moulage spécialisées. Les procédés de moulage à chaud, tels que le moulage sous pression, le moulage à la cire perdue, le moulage en plâtre et le moulage en sable, offrent chacun leurs propres avantages uniques en matière de fabrication. Comparer à la fois les avantages et les inconvénients des types courants de procédés de moulage peut aider à choisir la méthode la mieux adaptée à une production donnée.
Coulée en sable
La coulée en sable repose généralement sur des matériaux à base de silice, tels que le sable synthétique ou à liaison naturelle. Le sable de coulée se compose généralement de grains sphériques finement broyés qui peuvent être serrés ensemble dans une surface de moulage lisse. Le moulage est conçu pour réduire le risque de déchirure, de fissure ou d’autres défauts en permettant un degré modéré de flexibilité et de rétraction pendant la phase de refroidissement du processus. Le sable peut également être renforcé par l’ajout d’argile, qui aide les particules à se lier plus étroitement. Les produits automobiles tels que les blocs moteurs sont fabriqués par moulage en sable.
Le moulage en sable comporte plusieurs étapes, notamment la réalisation du modèle, le moulage, la fusion et la coulée, et le nettoyage. Le modèle est la forme autour de laquelle le sable est tassé, généralement en deux parties, la chape et la traînée. Une fois que le sable est suffisamment compacté pour reproduire le modèle, la chape est retirée et le modèle est extrait. Ensuite, les inserts supplémentaires appelés boîtes à noyaux sont installés et la chape est remise en place. Après que le métal a été coulé et solidifié, la pièce coulée est retirée, débarrassée des élévateurs et des portes qui ont été utilisés dans le processus de coulée, et nettoyée de tout sable et de toute écaille adhérés.
Les principaux avantages de la coulée en sable en tant que processus de coulée comprennent :
- Des coûts de production relativement peu élevés, en particulier dans les séries à faible volume.
- La capacité de fabriquer des composants de grande taille.
- Une capacité de couler des matériaux ferreux et non ferreux.
- Un faible coût pour l’outillage post-coulée.
Malgré ses avantages, la coulée en sable donne un degré de précision inférieur à celui des autres méthodes et il peut être difficile de couler en sable des composants avec des spécifications de taille et de poids prédéterminées. En outre, ce processus a tendance à donner des produits avec une finition de surface comparativement rugueuse.
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Moulage à l’investissement
Le moulage à l’investissement, ou à la cire perdue, utilise un modèle de cire jetable pour chaque pièce moulée. La cire est injectée directement dans un moule, retirée, puis recouverte d’un matériau réfractaire et d’un liant, généralement en plusieurs étapes pour constituer une coquille épaisse. Plusieurs modèles sont assemblés sur des carottes communes. Une fois que les coquilles ont durci, les modèles sont inversés et chauffés dans des fours pour éliminer la cire. Le métal en fusion est ensuite versé dans les coquilles restantes où il durcit pour prendre la forme des modèles en cire. La coquille réfractaire est cassée pour révéler le moulage terminé. Le moulage à la cire perdue est souvent utilisé pour fabriquer des pièces destinées à l’industrie automobile, à la production d’énergie et à l’aérospatiale, comme des aubes de turbine. Parmi les principaux avantages et inconvénients du moulage à la cire perdue, citons :
- Un haut degré de précision et des résultats dimensionnels précis.
- La capacité de créer des pièces à paroi mince avec des géométries complexes.
- La capacité de mouler des matériaux ferreux et non ferreux.
- Une finition de surface et des détails de relativement haute qualité dans les composants finaux.
Bien qu’elle soit très précise, la coulée à la cire perdue est généralement plus coûteuse que d’autres techniques de coulée comparables et n’est généralement rentable que lorsque les moulages en sable ou en plâtre ne peuvent pas être utilisés. Cependant, cette dépense peut parfois être compensée par une réduction des coûts d’usinage et d’outillage grâce aux résultats de surface de qualité des moulages à la cire perdue.
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Moulage au plâtre
Le moulage au plâtre est similaire au processus de moulage au sable, utilisant un mélange de gypse, de composé de renforcement et d’eau à la place du sable. Le modèle en plâtre est généralement enduit d’un composé anti-adhésif pour l’empêcher de se coller contre le moule, et le plâtre est capable de remplir tous les espaces autour du moule. Une fois que le matériau en plâtre a été utilisé pour couler la pièce, il se fissure généralement ou présente des défauts, ce qui nécessite son remplacement par un matériau neuf. Les avantages offerts par le moulage en plâtre comprennent :
- Un fini de surface très lisse.
- La capacité de mouler des formes complexes avec des parois minces.
- La capacité de former de grandes pièces avec moins de dépenses que d’autres procédés, comme le moulage à la cire perdue.
- Un degré de précision dimensionnelle plus élevé que celui du moulage en sable.
Ce procédé tend à être plus coûteux que la plupart des opérations de moulage en sable et peut nécessiter des remplacements fréquents du matériau de moulage en plâtre. Il est généralement plus efficace et plus rentable lorsque la qualité de la finition de la surface est une exigence importante. Son application est généralement limitée au moulage d’alliages à base d’aluminium et de cuivre.
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Moulage au moule (procédé de moulage de métaux)
Le moulage au moule est une méthode de moulage de matériaux sous haute pression et implique généralement des métaux et alliages non ferreux, tels que le zinc, l’étain, le cuivre et l’aluminium. Le moule réutilisable est enduit d’un lubrifiant pour aider à réguler la température de la matrice et pour faciliter l’éjection des composants. Le métal fondu est ensuite injecté dans la matrice sous haute pression, qui reste continue jusqu’à la solidification de la pièce. Cette insertion sous pression est rapide, empêchant tout segment du matériau de durcir avant d’être coulé. Une fois le processus terminé, la pièce est retirée de la matrice et tout matériau de rebut est enlevé. Voici quelques-uns des principaux avantages offerts par le moulage sous pression :
- Tolérances de taille et de forme étroites.
- Consistance dimensionnelle élevée des composants et conception uniforme.
- Un besoin réduit d’usinage après le moulage.
Malgré ses avantages, le moulage sous pression en tant que processus de moulage des métaux a des coûts d’outillage relativement élevés, ce qui le rend plus rentable dans les séries de produits à volume élevé. Il peut également être difficile de garantir les propriétés mécaniques d’un composant moulé sous pression, ce qui signifie que ces produits ne fonctionnent généralement pas comme des pièces structurelles. Comme les moules sont généralement en deux parties, le moulage sous pression est limité aux produits qui peuvent être retirés du moule sans le détruire, comme cela se fait dans d’autres procédés de moulage.
Pour plus d’informations sur le moulage sous pression, vous pouvez consulter notre guide Types de moulage sous pression, qui approfondit les différents types, alliages et considérations pour choisir une combinaison spécifique de processus/alliage.
Coulée centrifuge
La coulée centrifuge est utilisée pour produire des pièces longues et cylindriques telles que des tuyaux en fonte en s’appuyant sur les forces g développées dans un moule en rotation. Le métal fondu introduit dans le moule est projeté contre la surface intérieure du moule, produisant une pièce moulée qui peut être exempte de vides. Inventé à l’origine sous le nom de procédé de Lavaud à l’aide de moules refroidis à l’eau, cette méthode est appliquée à des pièces symétriques telles que les tuyaux de terre et les gros canons de fusil et présente l’avantage de produire des pièces en utilisant un nombre minimal de colonnes montantes. Pour les pièces asymétriques qui ne peuvent être tournées autour de leur propre axe, une variante de la coulée centrifuge, appelée coulée sous pression, dispose plusieurs pièces autour d’une carotte commune et fait tourner les moules autour de cet axe. Une idée similaire est appliquée au moulage de très grandes couronnes dentées, etc. Selon le matériau à couler, on peut utiliser des moules en métal ou en sable.
Moulage permanent
Le moulage permanent présente des similitudes avec le moulage sous pression et le moulage centrifuge, notamment l’utilisation de moules réutilisables. Ceux-ci peuvent être en acier, en graphite, etc. et sont généralement utilisés pour couler des matériaux tels que le plomb, le zinc, les alliages d’aluminium et de magnésium, certains bronzes et la fonte. Il s’agit d’un procédé à basse pression, la coulée étant généralement effectuée à la main à l’aide de plusieurs moules sur un plateau tournant. À mesure que les moules tournent dans les différentes stations, ils sont successivement enduits, fermés, remplis, ouverts et vidés. Une de ces méthodes est connue sous le nom de « slush casting », où le moule est rempli mais vidé avant que le métal ne durcisse complètement. Le métal en fusion est déversé du moule pour produire une coquille creuse et moulée. Une idée similaire est utilisée dans le moulage de produits en chocolat creux tels que les lapins de Pâques. L’utilisation de moules métalliques induit un transfert de chaleur plus rapide à travers le moule, ce qui permet à la coquille de durcir tandis que le noyau reste liquide.
Résumé
Cet article a présenté une brève discussion des différents types de processus de moulage. Pour plus d’informations sur des produits ou des processus connexes, consultez nos autres guides ou visitez la plateforme de découverte de fournisseurs Thomas pour localiser des sources d’approvisionnement potentielles ou consulter des détails sur des produits spécifiques.
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