Le processus de moulage des métaux est l'une des technologies essentielles dans le monde de la fabrication. Le moulage des métaux permet de construire la plupart des structures métalliques des machines et des équipements.
Qu'est-ce que la fonte des métaux ?
Le moulage des métaux est une technique contemporaine qui a une longue histoire. Le processus de coulée des métaux permet de créer des pièces métalliques en versant du métal en fusion dans la cavité d'un moule, où il refroidit avant d'être démoulé. Le moulage des métaux est l'un des processus industriels les plus anciens et les plus marquants de l'histoire.
De nombreux objets métalliques que nous utilisons tous les jours montrent comment fonctionne le moulage des métaux. Il s'agit par exemple de pièces de voiture, de roues de chemin de fer, de lampadaires et de pédales de bus scolaires. Les fonderies de métaux moulés recyclent également le métal. Cela permet d'économiser de l'argent sur les matières premières et de réduire la quantité de ferraille dans les décharges.
Terminologie de la fonte des métaux
Le terme "coulée de métal" est souvent utilisé dans les ateliers de métallurgie et les industries. Vous comprendrez mieux le processus de coulée des métaux si vous connaissez le langage commun utilisé dans cette méthode. Il serait utile que vous maîtrisiez d'abord toute cette terminologie pour mieux comprendre le moulage des métaux.
Coulée Moulage
Un moule est une cavité dans un matériau qui accepte du métal liquide et génère un produit refroidi dans la structure de cette cavité. Les moules n'ont pas besoin d'être complexes. Les fabricants fabriquent des lingots de métal comme des moules à pain en plaçant le métal à l'intérieur et en le laissant refroidir.
S'adapter et traîner
La chape est la moitié supérieure du moule dans le cas d'un moulage horizontal, tandis que la traînée est la moitié inférieure.
Rampe de pivotement
Le balancier est la moitié supérieure du moule dans le cas d'une moulure verticale, tandis que le bélier est la moitié arrière.
Noyaux de moulage
La construction typique d'un noyau est essentielle lorsque vous souhaitez qu'un moule ait des vides ou des trous à l'intérieur. La formation de l'espace intérieur se fait à l'aide de ces noyaux. Les noyaux sont faciles à maintenir lorsqu'ils s'étendent au-delà de la coulée. Vous les maintenez en place à l'aide d'empreintes de noyaux, comme un pont, en suspendant le noyau entre deux rives.
Tolérance dimensionnelle
La tolérance dimensionnelle est un élément clé dans le choix d'une procédure de moulage. Elle se réfère à la quantité de variance autorisée dans la taille du produit fini.
Finition de surface
La finition de la surface est un autre facteur à prendre en considération. La surface de la pièce coulée peut-elle être granuleuse, bosselée ou rugueuse ?
Il est préférable de ne pas fabriquer une alliance dans le même matériau qu'une casserole en fonte. Dans ce cas, vous utilisez la machine pour obtenir des surfaces métalliques très lisses, ce qui augmente les coûts. Si vous avez besoin d'une finition brillante et lisse, le choix d'un procédé de moulage avec une finition plus raffinée peut minimiser les frais d'usinage.
Types de méthodes de coulée des métaux
Il existe des milliers de façonneurs de métaux dans le monde. La méthode de moulage des métaux est un élément clé de la fabrication. Elle dépend de la complexité des structures et des conceptions métalliques. Dans ce qui suit, nous aborderons les différents types de méthodes de moulage des métaux.
Moules réutilisables
Un moule métallique réutilisable est la méthode la plus courante pour remplir le moule par gravité, mais il est également possible d'utiliser la pression des gaz ou le vide. Les pièces moulées creuses peuvent être réalisées à l'aide d'une version de la méthode de coulée par gravité appelée "slush casting" (coulée de boue).
Les alliages d'aluminium, de magnésium et de cuivre sont des métaux de fonderie courants. Les alliages d'étain, de plomb et de zinc ainsi que les alliages de fer et d'acier conviennent également aux moules en graphite.
Lorsque l'injection du métal commence, le processus de gravité se met en place. Il faut d'abord chauffer le moule à 150-200 °C (300-400 °F). Cela permet de fluidifier le flux de métal et de protéger le moulage contre les dommages thermiques.
La méthode des moules réutilisables fait appel à six techniques basées sur les types de moules et les méthodes de moulage.
Moules permanents
La composition des moules permanents présente divers points de fusion excellents par rapport au métal utilisé pour les remplir. La coulée du métal dans un état fluide sans pression externe est l'étape principale de ce processus de moulage. Les ouvriers doivent concevoir des noyaux permanents suffisamment simples pour pouvoir les retirer de la pièce moulée et les réutiliser.
Le processus de moulage utilise parfois ces moules pour couler le fer et les alliages à basse température. Le flux de travail industriel le plus fréquent utilise des tables tournantes plutôt que des lignes d'assemblage.
Chaque moule passe à la station suivante. Voici les étapes à suivre :
Enduire le moule.
Installer les noyaux.
Fermer le moule.
Verser le matériau.
Ouvrir le moule.
Ejecter la coulée.
Moules semi-permanents
Le moulage semi-permanent et le moulage permanent se distinguent principalement par l'utilisation de noyaux. Dans le cas du moulage semi-permanent, les noyaux peuvent être des noyaux de sable remplaçables. Les noyaux de sable permettent des formes de noyaux plus compliquées car ils ne nécessitent pas d'être récupérés intacts dans le moule final.
Si un trou est laissé dans le moule pour extraire les noyaux, ceux-ci peuvent être "secoués" sur une table vibrante et évacués comme du sable dans un sablier. Seule la pièce coulée contre le moule métallique présente la tolérance, la densité et les avantages esthétiques du moulage en moule permanent.
Coulée de boue
Ce procédé de moulage permet de créer des pièces creuses en recouvrant de métal l'intérieur du moule. Cela forme une "peau" métallique et élimine le besoin de noyaux. Selon la rapidité de la prise du métal ou d'un autre matériau, il existe plusieurs approches de la coulée en slush.
Une approche consiste à verser de minuscules volumes de liquide dans un moule et à le faire tourner pour recouvrir l'intérieur de métal. Dans une autre méthode, le fondeur peut remplir le moule et verser le surplus de matériau après un certain temps. Des métaux tels que le zinc, l'aluminium et l'étain sont couramment coulés en slush cast.
Coulée centrifuge
Ce procédé de moulage utilise un moule refroidi à l'eau. Il tourne rapidement autour de son axe central pendant que le métal liquide est versé. Cette méthode est connue sous le nom de coulée centrifuge. Le métal liquide est tiré en couche égale sur la surface du moule par la force centrifuge. Pour que cette méthode fonctionne, la pièce moulée finale doit présenter des géométries régulières autour de l'axe de rotation. Par conséquent, cette méthode de coulée convient aux moules généralement cylindriques ou circulaires, tels que les tubes ou les anneaux.
Coulée sous pression
Outre la gravité, les technologies de coulée sous pression régulent l'écoulement du métal dans un moule permanent. Dans la coulée sous pression, l'air ou le gaz, le vide, les forces mécaniques ou centrifuges sont tous utilisés. Ces techniques permettent aux fonderies de contrôler la vitesse à laquelle un moule se remplit. La gravité tire avec la même force, mais d'autres forces peuvent changer.
Moulage sous pression
Les machines de moulage sous pression se composent de trois éléments principaux : un bassin pour le métal en fusion, un moule à deux plaques et un système d'injection. Le système d'injection tire le matériau et le pousse dans le moule sous pression.
Il utilise un moule ouvert pour lancer le processus de moulage sous pression. Des buses pulvérisent un lubrifiant dans le moule pour empêcher l'objet de coller. Ce processus permet de sceller les deux côtés du moule et d'injecter le moule fermé à l'aide d'une buse à pression. Avant que le moule ne s'ouvre, il donne à la nouvelle pièce moulée la possibilité de refroidir. La nouvelle pièce est poussée hors du moule par des goupilles d'éjection, et le processus recommence.
Moules perdus
Lorsqu'il s'agit de couler des métaux ferreux, les technologies de moules jetables sont les grandes gagnantes. Elles sont moins coûteuses car elles ne doivent pas résister à des températures élevées.
Coulée en sable
Le procédé le plus courant pour le moulage des métaux est le moulage au sable. C'est un procédé vieux de trois mille ans. La première preuve de coulée d'argile apparaît en Chine sous la dynastie Shang (vers 1600 à 1046 av. J.-C.).
Cette méthode reste populaire pour de bonnes raisons : le sable est bon marché, facile à trouver, flexible et résiste à la chaleur.
Ce processus permet de secouer les noyaux de sable, qui sont faciles à enlever grâce à une table vibrante. Les glissières et les portes, qui guident le métal dans la cavité du moule, sont soit coupées à la main par un mouleur expert, soit incluses dans la conception.
Moulage en coquille
Le moulage en coquille est une technique de moulage en sable qui permet d'obtenir des tolérances dimensionnelles plus étroites. Il est comparable au moulage au sable, à l'exception du fait que le sable est mélangé à une résine.
Sur chaque face du modèle de moulage en métal chaud, il déverse une combinaison de sable et de résine. Ce mélange fond en une coquille et refroidit. Il relie les "coquilles" du moule et est souvent maintenu par un flacon de sable.
Ces coquilles produisent un moule très précis car la résine apporte un soutien supplémentaire aux surfaces internes.
Coulée à la cire perdue
Le moulage en sable est de loin la méthode de moulage des métaux la plus répandue, mais elle présente un inconvénient qui la rend inadaptée à certaines applications.
Dans ce processus, vous devez retirer les modèles de moulage en sable des moules qu'ils génèrent, ce qui peut prendre du temps.
Les modeleurs doivent évaluer les exigences du modèle à chaque étape du moulage. Il s'agit notamment de vérifier les besoins en matière de dépouille, les positions du plan de joint, les portes, les élévateurs et les noyaux.
La technique de la cire perdue, du moulage à la cire perdue ou du moulage de précision offre une alternative au moulage au sable. Elle fonctionne avec de nombreux métaux, y compris les alliages ferreux à point de fusion élevé. Cette méthode permet également d'éviter certains problèmes de modelage liés au moulage au sable.
Moule complet ou mousse
Ce procédé de moulage utilise un mélange de méthodes de moulage en sable et de moulage à la cire perdue dans l'ensemble du processus de moulage ou de moulage en mousse. Cependant, il utilise du polystyrène expansé dans la conception.
Ce procédé permet d'obtenir un modèle moussé complet avec un système de portes et de glissières et l'élimination des surépaisseurs.
Il peut retirer le motif avant le remplissage. Mais pour certaines mousses, vous pouvez laisser une partie du dessin dans le moule. Cela l'aide à se vaporiser rapidement lorsque le métal chaud est ajouté.
Processus de coulée des métaux
Création de modèles - Un modèle est une maquette de l'extérieur de la pièce moulée. Le bois, le métal, le plastique et le plâtre sont des matériaux couramment utilisés pour les modèles. La création de modèles est essentielle à la fabrication de pièces industrielles. Des calculs précis sont essentiels pour s'assurer que les pièces s'emboîtent et fonctionnent correctement.
Fabrication de noyaux
Si le moulage est creux, il utilise un morceau supplémentaire de sable ou de métal (appelé noyau) pour sculpter la forme interne. Les noyaux sont généralement robustes mais pliables, ce qui permet de les retirer facilement du moulage final.
Moulage
Imaginez que vous allez sur la plage en direction de l'eau pour visualiser le processus de coulée du métal jusqu'à présent. Examinez une empreinte que vous avez laissée dans le sable humide.
Le noyau serait votre pied, et l'empreinte de sable serait un moulage de votre pied. Le moulage est une procédure en plusieurs étapes qui utilise du sable de moulage pour créer un moule autour du dessin.
Un moufle est un cadre qui maintient un moule pendant la coulée. Le sable vert, également connu sous le nom de sable de moulage, n'entoure pas le dessin dans le moufle. Le moulage en sable métallique est le terme utilisé pour désigner ce processus. Il se peut que le dessin soit effacé après le compactage du sable, mais le moule restera.
Il crée également un moule métallique en deux parties, non destructible. Ce moule permet de couler plusieurs fois des pièces identiques pour un usage industriel.
Fusion et coulée de métal en fusion
Après avoir chauffé le métal, ils le versent dans le trou du moule et le laissent durcir. Une fois la pièce moulée formée, le processus d'ébranlement a lieu. C'est à ce moment que se produit la vibration du moule afin de retirer le sable de la pièce.
Nos secousses à deux masses fonctionnent avec précision et efficacité. Cela permet de maintenir la production à un niveau élevé dans les environnements industriels.
En général, il recueille le sable retiré, le refroidit et le recycle pour l'utiliser dans les coulées suivantes. Le conditionneur de coulée de sable VIBRA-DRUM® améliore la séparation du sable des pièces coulées. Il refroidit le sable et les pièces coulées, draine l'humidité et protège les pièces coulées contre les dommages. Le résultat est une coulée de métal propre et un sable prêt à être restauré.
Nettoyage
Cette étape consiste à démouler la pièce en métal moulé et à l'ébarbage dans cette phase finale. Ensuite, l'objet est nettoyé de tout matériau de moulage et les arêtes rugueuses sont éliminées lors de l'ébarbage.
Comparaison des procédés de moulage
Il est utile de consulter les fabricants pour déterminer la manière la plus rentable de couler un projet. Les métaux ferreux sont généralement coulés à l'aide de moules jetables. Les métaux non ferreux offrent plus d'options, mais il y a des exceptions à cette règle.
Comprendre les besoins du projet vous aidera à choisir la meilleure méthode de moulage. Le dessin doit-il avoir des dimensions exactes ? Quelle doit être l'épaisseur des parois ? Quels seront la taille et le poids de la pièce moulée finie ? Qu'en est-il de la finition de la surface ?
Connaître les réponses à ces questions peut aider un concepteur intelligent. Cela lui permet de comprendre et de guider son produit pendant le processus de moulage. Il peut ainsi choisir la méthode la plus efficace et la plus rentable.
Été
La plupart des équipements mécaniques que nous utilisons aujourd'hui, comme les véhicules et les machines à laver, dépendent du moulage des métaux pour leurs pièces métalliques.
La technologie du moulage des métaux permet aujourd'hui d'obtenir une grande précision et des tolérances serrées. Cela est dû à la conception informatisée et aux méthodes modernes de fabrication de noyaux et de moules complexes. Par conséquent, les produits métalliques coulés d'aujourd'hui sont très différents de ceux fabriqués il y a 100 ans. Le moulage des métaux à l'ère moderne est un exemple d'innovation à l'œuvre.
C'est pourquoi nous pensons que cet article constituera pour vous la référence la plus complète sur les méthodes de moulage des métaux.