Procédé de moulage

Le procédé consistant à verser du métal en fusion dans une cavité de moule adaptée à la forme et à la taille de la pièce, puis à le laisser refroidir et se solidifier pour obtenir une ébauche ou une pièce, est communément appelé formage ou coulée de métal liquide.

Flux de processus : Métal liquide → Remplissage du moule → Retrait de solidification → Coulée.

Caractéristiques du processus :

1. Peut produire des pièces aux formes arbitrairement complexes, notamment celles comportant des cavités internes complexes ;

2. Grande adaptabilité, aucune restriction sur les types d'alliages et pratiquement aucune restriction sur la taille de la pièce moulée ;

3. Large gamme de sources de matériaux, les déchets peuvent être refondus et l'investissement en équipement est faible ;

4. Taux de rebut élevé, qualité de surface inférieure et mauvaises conditions de travail.

A. Moulage en sable : Procédé de moulage qui produit des pièces moulées dans des moules en sable. On peut obtenir des pièces en acier, en fer et en la plupart des alliages non ferreux par moulage en sable.

Flux de processus :

Caractéristiques techniques :

1. Convient à la production d'ébauches aux formes complexes, notamment celles comportant des cavités internes complexes ;

2. Grande adaptabilité et faible coût ;

3. Pour certains matériaux peu plastiques, comme la fonte, le moulage en sable est le seul procédé de formage pour la fabrication de leurs pièces ou ébauches.

Applications : Pièces moulées telles que blocs-cylindres, culasses et vilebrequins de moteurs automobiles.

B. Moulage à la cire perdue : Ce procédé consiste à fabriquer un modèle en matériau fusible, puis à appliquer plusieurs couches de matériau réfractaire sur sa surface pour former une coquille. Le modèle est ensuite fondu et démoulé, ce qui permet d’obtenir un moule sans joint. Après cuisson à haute température, on peut y insérer du sable et y couler la pièce.

Avantages :

1. Haute précision dimensionnelle et géométrique ;

2. Rugosité de surface élevée ;

3. Capable de couler des formes complexes, et les alliages utilisés ne sont pas limités.

Inconvénients : Processus complexe, coût plus élevé.

Applications : Convient à la production de petites pièces aux formes complexes, exigeant une grande précision ou difficiles à usiner, telles que les aubes de turbines.

C. Moulage sous pression : Cette méthode utilise une haute pression pour injecter du métal en fusion à grande vitesse dans la cavité d’un moule métallique de précision. Le métal en fusion refroidit et se solidifie sous pression, formant ainsi une pièce moulée.

Avantages :

1. Pression élevée et débit rapide du métal en fusion lors du moulage sous pression ;

2. Bonne qualité du produit, stabilité dimensionnelle et bonne interchangeabilité ;

3. Haute efficacité de production, et le moule de fonderie sous pression peut être utilisé de nombreuses fois ;

4. Convient à la production de masse, ce qui engendre de bons bénéfices économiques.

Inconvénients :

1. Les pièces moulées sont sujettes à une petite porosité et à des cavités de retrait ;

2. Les pièces moulées sous pression ont une faible plasticité et ne sont pas adaptées à un fonctionnement sous charges d'impact ou de vibration ;

3. Pour les alliages à point de fusion élevé, la durée de vie du moule est courte, ce qui affecte l'expansion de la production de moulage sous pression.

Applications : Les pièces moulées sous pression ont d'abord été utilisées dans les industries automobile et d'instrumentation, puis se sont étendues à diverses industries telles que les machines agricoles, les machines-outils, l'électronique, la défense, l'informatique, les dispositifs médicaux, l'horlogerie, les appareils photo et la quincaillerie courante.

D. Coulée à basse pression : Cette méthode consiste à remplir un moule de métal en fusion sous une pression relativement basse (0,02–0,06 MPa) et à le laisser cristalliser sous pression pour former une pièce moulée.

Flux de processus :

Caractéristiques techniques :

1. La pression et la vitesse de coulée sont réglables, ce qui la rend adaptée à divers moules (tels que les moules en métal, les moules en sable, etc.) et à la coulée de divers alliages et de différentes tailles de pièces moulées ;

2. Le remplissage par le bas assure un remplissage régulier en métal fondu sans éclaboussures, évitant ainsi l'emprisonnement de gaz et l'érosion des parois et du noyau du moule, améliorant ainsi le rendement de la coulée ;

3. La cristallisation sous pression donne des pièces moulées denses, bien définies et lisses, dotées de propriétés mécaniques élevées, particulièrement avantageuses pour le moulage de grandes pièces à parois minces ;

4. Élimine le besoin de colonnes montantes d'alimentation, augmentant ainsi l'utilisation du métal à 90-98 % ;

5. Faible intensité de travail, bonnes conditions de travail, équipement simple et mécanisation et automatisation faciles.

Applications : Principalement pour les produits traditionnels (culasses, moyeux de roues, bâtis de cylindres, etc.).

E. Coulée centrifuge : Une méthode de coulée dans laquelle du métal en fusion est versé dans un moule rotatif et solidifié sous l'effet de la force centrifuge pour remplir le moule et former la forme souhaitée.

Flux de processus :

Avantages :

1. Consommation de métal quasi nulle grâce aux systèmes de coulée et de colonnes montantes, ce qui augmente le taux de rendement ;

2. Aucun noyau n'est nécessaire lors de la production de pièces moulées creuses, ce qui améliore considérablement la capacité de remplissage du métal lors de la production de pièces moulées tubulaires longues ;

3. Densité de coulée élevée, moins de défauts tels que la porosité et les inclusions, et propriétés mécaniques élevées ;

4. Facilite la fabrication de pièces moulées en métal composite telles que des cylindres et des manchons.

Inconvénients :

1. Application limitée à la production de pièces moulées de forme irrégulière ;

2. Diamètre intérieur imprécis, surface intérieure rugueuse, mauvaise qualité et grande surépaisseur d'usinage ;

3. Les pièces moulées sont sujettes à la ségrégation par gravité.

Applications : Le moulage par centrifugation a d’abord été utilisé pour la production de tubes moulés. Il est aujourd’hui largement employé, tant au niveau national qu’international, dans des secteurs tels que la métallurgie, l’exploitation minière, les transports, les machines d’irrigation et de drainage, l’aérospatiale, la défense et l’automobile, pour la production de pièces moulées en acier, en fonte et en alliages de carbone non ferreux. Parmi ces applications, la production de pièces moulées telles que les tubes en fonte, les chemises de cylindre de moteurs à combustion interne et les bagues est la plus courante.

F. moulage sous pression par gravitéIl s'agit d'une méthode de formage dans laquelle du métal liquide est versé dans un moule métallique par gravité, puis refroidi et solidifié à l'intérieur du moule pour obtenir une pièce moulée.

Flux de processus :

Avantages :

1. Les moules métalliques ont une conductivité thermique et une capacité thermique élevées, ce qui entraîne un refroidissement rapide, une structure de coulée dense et des propriétés mécaniques environ 15 % supérieures à celles des moulages en sable ;

2. Il permet d'obtenir des pièces moulées avec une grande précision dimensionnelle et de faibles valeurs de rugosité de surface, ainsi qu'une bonne stabilité de qualité ;

3. Comme les carottes de sable ne sont pas utilisées ou sont très peu utilisées, cela améliore l'environnement, réduit la poussière et les gaz nocifs et diminue l'intensité du travail.

Inconvénients :

1. Les moules métalliques eux-mêmes ne sont pas perméables, et certaines mesures doivent être prises pour éliminer l'air de la cavité du moule et les gaz générés par le noyau de sable ;

2. Les moules métalliques n'ont aucune flexibilité, ce qui les rend sujets à la fissuration lors de la solidification ;

3. La fabrication de moules métalliques a un cycle de production plus long et un coût plus élevé. Par conséquent, elle ne présente de réels avantages économiques que pour la production en grande série.

Applications : Le moulage en moule métallique convient à la production en série de pièces moulées en alliages non ferreux de forme complexe, tels que les alliages d'aluminium et de magnésium, ainsi qu'à la production de pièces moulées et de lingots de métaux ferreux.

G. Moulage sous vide : Un procédé de moulage sous pression avancé qui élimine ou réduit considérablement la porosité et les gaz dissous dans les pièces moulées sous pression en éliminant le gaz de la cavité du moule de moulage sous pression pendant le processus de moulage sous pression, améliorant ainsi les propriétés mécaniques et la qualité de surface des pièces moulées sous pression.

Avantages :

1. Élimine ou réduit la porosité à l'intérieur des pièces moulées sous pression, améliorant les propriétés mécaniques et la qualité de surface, et améliorant les performances de placage ;

2. Réduit la contre-pression dans la cavité du moule, permettant l'utilisation de pressions spécifiques plus faibles et d'alliages aux propriétés de coulée moins bonnes, et permettant potentiellement la coulée sous pression de pièces plus grandes avec des machines plus petites ;

3. Améliore les conditions de remplissage, permettant le moulage sous pression de pièces plus minces.

Inconvénients :

1. Structure complexe d'étanchéité du moule, fabrication et installation difficiles, entraînant des coûts plus élevés ;

2. Si elles ne sont pas correctement contrôlées, les effets du moulage sous vide ne sont pas très significatifs.

Moulage par extrusion : procédé de fabrication directe de pièces ou d’ébauches par solidification et écoulement de métal liquide ou semi-solide sous haute pression. Ce procédé présente des avantages tels qu’une utilisation optimale du métal liquide, des étapes de production simplifiées et une qualité stable, ce qui en fait une technologie de mise en forme des métaux économe en énergie et aux applications prometteuses.

Flux de processus :

Coulée par extrusion directe : revêtement par pulvérisation, coulée d’alliage, fermeture du moule, pressurisation, maintien de la pression, dépressurisation, séparation du moule, démoulage de l’ébauche et repositionnement ;

H. Moulage à modèle perdu (également appelé moulage en mousse solide) : Procédé de moulage innovant où des modèles en paraffine ou en mousse, de taille et de forme similaires à la pièce à mouler, sont assemblés pour former un ensemble, recouverts d’un revêtement réfractaire et séchés, puis enrobés dans du sable de quartz sec et vibrés pour créer le modèle. Sous pression négative, le métal est coulé, ce qui provoque la vaporisation du modèle, le métal liquide occupant son emplacement, puis sa solidification et son refroidissement formant la pièce moulée.

Processus de fabrication : Pré-moussage → Moulage par moussage → Immersion dans le revêtement → Séchage → Moulage → Coulage → Élimination du sable → Nettoyage

Coulée par extrusion indirecte : revêtement par pulvérisation, fermeture du moule, alimentation, remplissage, pressurisation, maintien de la pression, dépressurisation, séparation du moule, démoulage de l’ébauche et repositionnement. Caractéristiques techniques :

1. Élimine les défauts internes tels que la porosité, les cavités de retrait et la porosité de retrait ;

2. Faible rugosité de surface et haute précision dimensionnelle ;

3. Empêche les fissures de coulée ;

4. Facilite la mécanisation et l'automatisation.

Applications : Peut être utilisé pour produire différents types d'alliages, tels que les alliages d'aluminium, les alliages de zinc, les alliages de cuivre et la fonte ductile.

Caractéristiques techniques :

1. Haute précision de moulage, sans noyau de sable, réduisant le temps de traitement ;

2. Absence de surface de séparation, conception flexible, grand degré de liberté ;

3. Production propre, sans pollution ;

4. Réduit les coûts d'investissement et de production.

Applications : Convient à la production de pièces moulées de différentes tailles et de précision relativement élevée, présentant des structures complexes, quel que soit le type d’alliage ou la taille du lot de production. Exemples : carters de moteur en fonte grise et tubes cintrés en acier à haute teneur en manganèse.

I. Coulée continue : Méthode de coulée avancée. Son principe consiste à verser en continu du métal en fusion dans un moule métallique spécial appelé cristalliseur. La pièce coulée solidifiée (coquille) est extraite en continu de l’autre extrémité du cristalliseur, permettant ainsi de réaliser des pièces de longueur arbitraire ou spécifique.

Caractéristiques techniques :

1. Le refroidissement rapide du métal entraîne une cristallisation dense, une structure uniforme et de bonnes propriétés mécaniques ;

2. Permet d'économiser du métal et d'augmenter le rendement ;

3. Simplifie les processus, en éliminant le moulage et d'autres étapes, réduisant ainsi l'intensité du travail et diminuant considérablement la surface de production requise ;

4. La production de coulée continue est facilement mécanisée et automatisée, ce qui améliore l'efficacité de la production.

Applications : La coulée continue peut être utilisée pour couler des pièces longues aux sections transversales inchangées, telles que des lingots, des plaques, des barres et des tubes, à partir d'acier, de fer, d'alliages de cuivre, d'alliages d'aluminium et d'alliages de magnésium.