Procédés de Moulage et Métrologie Industrielle

Procédés de Moulage

Un pourcentage élevé de vapeur produite dans le moule augmente le risque de soufflures et de porosités.

Moulage à la Main

Le moulage à la main, comme son nom l'indique, implique que toutes les opérations soient manuelles. Cela nécessite un personnel hautement qualifié et ne convient que pour un petit nombre de pièces, ou pour des pièces très complexes ne pouvant pas être réalisées avec une autre méthode.

Moulage Mécanique

Dans les grandes fonderies de production en série, les méthodes manuelles de fabrication de moules et de noyaux sont remplacées par le moulage mécanique, qui présente les avantages suivants :

• Pas besoin de personnel hautement qualifié.
• Utilisation plus rationnelle du personnel spécialisé, libéré des opérations auxiliaires.
• Acquisition rapide de la capacité à produire des moules à la machine, l'apprentissage étant plus lent pour le moulage manuel.
• Obtention de pièces complexes avec précision et rapidité.
• Possibilité d'obtenir des pièces très fines.
• Moules plus compacts, uniformes et résistants, pour des pièces mieux finies.
• Facilite l'opération de démoulage sans endommager les moules, économisant ainsi les frais de réparation.
• Diminue le nombre de pièces défectueuses et améliore la qualité.

Moules en Métal

Les moules en métal, également appelés coquilles, remplacent avantageusement le sable pour la fabrication de grandes séries de pièces identiques. Ils se composent de deux parties principales : un corps en fonte qui donne la forme extérieure de la pièce (toujours métallique), et des noyaux qui reproduisent les creux ou les parties internes (peuvent être métalliques ou en sable).

Le matériau le plus utilisé pour fabriquer le corps du moule est la fonte à grain fin. La durée de vie de la coquille dépend du type de matériau utilisé, du matériau coulé et du soin apporté à la manipulation. Une coquille bien faite et bien utilisée peut souvent résister à la coulée de 20 000 à 40 000 pièces sans modifications majeures.

Les principaux avantages du moulage en coquille sont :

• Plus grande précision dimensionnelle des pièces qu'avec le sable.
• Retrait linéaire plus faible.
• Besoin de moins d'espace et de manutention des matériaux.
• Moins cher que le sable pour des séries de plus de 1 000 pièces.

Ses principaux inconvénients sont :

• Le coût élevé des coquilles et des accessoires.
• Le temps et le coût de développement pour la fabrication de chaque pièce.

Moulage sous Pression

Le moulage sous pression diffère du moulage par gravité par le fait que le métal liquide ou en pâte est introduit dans le creux du moule sous pression. Ceci facilite le remplissage rapide du moule et la reproduction fidèle de ses détails les plus fins. Il assure également l'élimination de la porosité dans les sections solides de la pièce. La pression doit être d'autant plus élevée que l'alliage a tendance à présenter des pores et des évents. Les pièces sont retirées complètement finies après la coulée et ne nécessitent aucun usinage ultérieur. La structure métallique est à grain fin et présente de très hautes propriétés mécaniques.

Coulées Particulières

Moulage en Coquille (Shell)

Le moulage en coquille consiste à obtenir un moule avec une coque mince de sable de silice lié avec des résines thermodurcissables de synthèse, puis placé sur une plaque métallique chauffée à une température convenable. Ce processus est effectué sur des machines exécutant les opérations suivantes :

• Chauffage de la plaque modèle à 200 °C.
• Pulvérisation de la plaque avec un agent de démoulage en silicone.
• Placement de la plaque modèle sur un réservoir partiellement rempli de mélange de sable.
• Renversement du réservoir de sable pour que le sable tombe sur la plaque modèle d'une hauteur de 15 à 30 cm, formant ainsi la coquille.
• Retour du réservoir à sa position initiale, le sable non aggloméré retombant dans le réservoir, laissant la coquille sur la plaque modèle.
• Placement de la plaque avec la coquille dans un four pour durcissement à 350-450 °C pendant 2 minutes.

Coulée à la Cire Perdue

La coulée à la cire perdue se déroule comme suit :

• Un modèle en cire de l'objet à mouler est réalisé.
• Ce modèle est recouvert d'une épaisse couche de plâtre et de sable de silice mélangés.
• Après séchage à l'air, le modèle en cire avec sa coque est cuit dans un four. La cire fond et s'écoule, laissant un moule reproduisant avec une grande précision la surface extérieure du modèle en cire.

Ce procédé est largement utilisé pour la fabrication de petites pièces en série, avec une excellente finition de surface et une grande précision, rendant l'usinage inutile. Il permet d'obtenir des éléments tels que : fraises et forets en acier rapide, aubes de turbines à vapeur et de moteurs à réaction en acier inoxydable ou en alliages réfractaires, ciseaux chirurgicaux en acier martensitique, petits aimants permanents de formes complexes, pièces de machines textiles, machines à coudre, armes automatiques, moteurs à combustion, outils, gabarits, outils d'emboutissage et pièces d'appareils électroménagers.

Les limites de ce procédé sont son coût relativement élevé et la taille limitée des pièces (généralement moins de 500 grammes, la majorité ne dépassant pas 30 grammes, bien que des pièces jusqu'à 20 kg aient été obtenues).

Coulabilité

Même si les canaux de distribution sont parfaitement conçus, il est possible que le métal commence à se solidifier avant d'avoir complètement rempli le moule, en particulier dans les sections les plus minces. Pour éviter cela, l'alliage doit avoir une coulabilité adéquate, c'est-à-dire une aptitude à remplir complètement la cavité du moule. La coulabilité dépend de la quantité de chaleur que le métal peut perdre avant de se solidifier, et donc de la température de surchauffe. Elle dépend aussi des conditions de refroidissement du métal dans le moule et de la vitesse de coulée.

Inspection des Pièces Moulées

Les méthodes les plus courantes sont :

• Examen visuel : à effectuer immédiatement après le démoulage pour éviter les frais de nettoyage de pièces présentant un défaut visible.
• Contrôle dimensionnel : avec des calibres spéciaux si le nombre de pièces est grand, ou un tableau de disposition si le nombre est petit.
• Test de résonance : en frappant une pièce suspendue à un crochet avec un maillet en bois. Le son émis permet de savoir si la pièce est fissurée ou non.
• Contrôle non destructif : utilisation de méthodes telles que les particules magnétiques, les liquides pénétrants, les rayons X et les ultrasons.
• Examen métallographique : pour déterminer la taille des grains et la microporosité.
• Essais mécaniques : dureté, traction, compression, flexion, fatigue, etc.
• Analyse chimique : pour vérifier si la composition est restée dans les limites souhaitées.
• Finition de surface : évaluation à l'aide d'un profilomètre.

Métrologie

Précision Industrielle

Le grand développement industriel des deux derniers siècles a été rendu possible par la fabrication d'un grand nombre de produits de qualité à un prix acceptable. Le processus traditionnel, où une personne ou un petit groupe maîtrisait un processus complexe sous tous ses aspects, a été abandonné au profit d'un processus de production de masse où un opérateur fabrique un grand nombre de pièces. La production en usine, imposée par le facteur économique, a créé le besoin d'interchangeabilité : pour l'assemblage d'un mécanisme complexe, il faut pouvoir utiliser n'importe quel ensemble de composants et remplacer un ou plusieurs d'entre eux, tous parfaitement.

La réalisation de ces objectifs a nécessité d'augmenter le contrôle de la qualité dans la fabrication, malgré les coûts élevés. Un des aspects de ce contrôle est d'homogénéiser les critères de conception, la normalisation, l'utilisation de tolérances pour faire les ajustements appropriés, le suivi systématique des machines, des pièces et des outils à l'aide de calibres pendant le processus de fabrication, et enfin, le contrôle final des mécanismes et des instruments de mesure pour s'assurer que toutes les pièces obtenues par différents dispositifs sont correctes et donc interchangeables. En plus de l'interchangeabilité, le développement technique a conduit à une précision croissante des pièces. À ces facteurs s'ajoute le contrôle central des pièces grâce à des techniques de mesure, qui, lorsqu'elles atteignent l'ordre du millième de millimètre, trouvent des applications très spécifiques. Le mot"contrôl" englobe un large groupe d'opérations à partir desquelles il faut se prononcer sur l'acceptation ou le rejet du produit en fonction de la qualité requise. Un groupe important d'opérations dans le secteur manufacturier est le contrôle métrotechnique, dont la réalisation est assurée par la métrotechnique, qui est la technique de la métrologie appliquée. La métrologie étant la science de la mesure au sens large, la métrotechnique s'occupe de préférence des problèmes dimensionnels en axant ses travaux sur deux fronts : d'une part, la mesure, c'est-à-dire l'obtention de la valeur appropriée d'une dimension, et d'autre part, l'utilisation de comparateurs ou de jauges pour faire des comparaisons avec des prototypes ou des systèmes de référence afin de vérifier si les dimensions sont ou non dans le domaine des tolérances établies.

Processus de Conformité par Moulage

Moulage par Coulée

Le moulage, également appelé fonderie ou coulée, est un procédé de formage basé sur la fusion des métaux. Il consiste en une série d'opérations permettant d'obtenir un moule creux, en sable, en métal ou en matériau réfractaire, qui reproduit la forme de la pièce désirée, et dans lequel est versé ou injecté le métal fondu qui se solidifie en refroidissant complètement. Le principal avantage de ce procédé est qu'il permet de fabriquer facilement et économiquement des pièces très complexes, telles que des blocs-cylindres, des culasses de moteurs à combustion interne, des carburateurs, des bâtis de machines-outils, etc., qui sont difficiles ou impossibles à obtenir par d'autres méthodes. Il permet également l'utilisation de métaux et d'alliages inaptes au formage, à la déformation ou au soudage, comme la fonte grise.

Opérations Fondamentales

Trois types d'opérations de base sont nécessaires :

Fusion : la fusion des métaux ou des alliages est effectuée dans différents types de fours, chacun étant adapté à un métal ou un alliage spécifique, à des températures comprises dans certaines limites : supérieure à une température minimale pour que le métal en fusion ait la fluidité nécessaire, et inférieure à une température maximale pour éviter de brûler le métal ou de le perdre par évaporation ou oxydation.

Moulage et Démoulage : comprend d'abord la préparation du moule. Pour préparer le moule, on utilise une reproduction de la pièce à fabriquer appelée modèle. Ce modèle est ensuite placé dans un châssis, rempli de sable et tassé fermement. Ensuite, le modèle est retiré, laissant le creux de la pièce à reproduire. Ces moules sont appelés moules en sable perdu. Les moules réfractaires sont appelés moules semi-permanents, et les moules métalliques, moules permanents. Ensuite, le métal en fusion est versé dans une opération appelée coulée, et une fois le métal refroidi, le moule est ouvert ou brisé et la pièce est retirée. Cette opération est appelée démoulage.

Opérations de Finition : nettoyage du sable des pièces, rupture des canaux par lesquels le métal a été coulé et qui sont restés attachés à la pièce, et finition ou préparation pour l'usinage. Les métaux et alliages utilisés pour le moulage sont le fer, le cuivre, l'aluminium, le magnésium, le zinc, les alliages et les alliages de frottement. Bien que théoriquement n'importe quel métal puisse être moulé, en général, seuls les plus aptes à être formés par ce procédé sont utilisés, et il existe même des alliages spécialement conçus, presque tous à base de cuivre.

Moulage au Sable

Depuis les temps préhistoriques ont été utilisés ou des moules en sable minéral. Les opérations de base n'ont pas changé, juste ajouté les machines à faire les tâches difficiles et d'automatiser votre ordinateur, même si les bases n'ont pas changé, et en plus d'être la plus ancienne méthode, le sable de moulage est toujours la méthode préférée. Ce processus est appelé l'empreinte de reproduire la forme extérieure de la pièce à couler. Habituellement obtenus par la compression du sable de moulage sur le modèle, qui est ensuite éliminé plus tard. Par conséquent, si le moule est obtenue avec le métal en fusion remplit obtenir une pièce solide. Si il est à cavités pour les autres parties nécessaires lieu spécial appelé cœur des hommes ou des noyaux qui ne sont plus que des blocs solides de sable et d'autres documents dont l'extérieur est l'intérieur que nous jouons.

modèle de plaque

Généralement composés d'un modèle en métal de bois, plâtre ou en plastique monté sur une plaque de métal. Le métal a l'avantage d'être plus durable, plus précis et fournir des surfaces plus lisses. Sont l'élément clé dans le moulage mécanique.

sable de moulage

Sands terre appelée coulée silico-alumineux sont le matériau le plus couramment utilisé pour la fabrication de moules et de noyaux. Sont chimiquement composée de quartz, d'argile, de chaux et de feldspath. Mis à part ses caractéristiques sont les utilisé en raison de sa facilité de production et n'est pas cher, mais de plus en plus utilisé sables plus particulière pour plusieurs raisons. Ils sont constitués de matériaux plus complexes et même une plus grande stabilité des coûts offrir une plus grande à des températures élevées que la silice ordinaire qui produit de meilleures surfaces de pièces. Certains de ces sables sont l'olivine, la chromite, le zircon, et staurotide-silicate d'aluminium. Les plus utilisés sont les trois premiers.

Tous les sables naturels contiennent toujours un pourcentage variable de l'eau et est généralement inférieur à 10% mais, idéalement, devrait se situer entre 5 et 7%. Si le pourcentage est plus faible, la résistance mécanique du sable réduit le risque de traîner des parties de la moule et la forme des inclusions dans la coulée, et si la