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3. LE MOULAGE 3.1. Généralités Les organes et pièces constituants les machines

3. LE MOULAGE 3.1. Généralités Les organes et pièces constituants les machines et appareils proviennent de sources diverses de fabrication telles que le forgeage, l’usinage, l’estampage, la fonderie, etc. La technique de fonderie est le plus souvent utilisée, car elle est non seulement économique, mais : - Elle permet de produire des pièces de formes complexes (difficilement réalisables par usinage ou par d'autres procédés ). - La série des pièces est identique. - L’obtention de pièces massives telles que bâtis, volants, etc.. Le moulage ou fonderie est un ensemble de procédés qui permet de réaliser des pièces métalliques brutes. Le moulage proprement dit, consiste a réaliser des pièces brutes par coulée du métal en fusion dans un moule en sable ou en métal (représentant l'empreinte de la pièce à obtenir). Le métal en se solidifiant, reproduit les contours et dimensions de l'empreinte du moule (fig. 200). Dans la spécialisation de la fonderie, on distingue pratiquement les fonderies suivantes : a. La nature des métaux et alliages : - Fonderie de fonte - Fonderie d'acier. - Fonderie d'aluminium et ses alliages. - Fonderie de cuivre. Bronzes, laitons, etc. b. Selon l'utilisation : - Fonderie d'art. - Fonderie d'ornement (bijoux). - Fonderie de mécanique industrielle. c. Selon le procédé de moulage - Moulage en sable (manuel ou mécanique). - Moulage en carapaces. - Moulage à la cire perdue. - Moulage en coquilles (moule permanent). Dans ces procédés, le moule peut-être permanent ou non permanent (destructible). Le moule non permanent : est utilisé qu'une seule fois, pour extraire la pièce. il faut le détruire, l'empreinte est obtenue par moulage du matériau constitutif autour d'un modèle réalisé en bois ou en métal. Le moule permanent : peut servir un grand nombre de fois, il est réalisé en plusieurs parties pour faciliter l'extraction de la pièce. Il est utilisé surtout lorsque la quantité de pièces à couler est importante. Le choix des procédés de moulage en dépend du métal à couler. En général la température de fusion du métal coulé doit être inférieure à la température de fusion du matériau constituant le moule. Métaux Et températures de fusion Moulage En sable Moulage En coquille Fontes : 1100 à 1250°C Aciers : 1200 à 1500°C - Moulage en sable avec ou sans noyau. - Moulage en carapace : procédé Croning. - Moulage à la cire perdue Moulage impossible sans détériorer les coquilles. Cuivre et ses alliages : Laiton : 940°C Aluminium et ses alliages : Alpax et Zamack : Environ 610°C Moulage en sable : - Pour les grosses pièces. Exemples : - Cloches en bronze. - Hélices de bateaux. - Pour les petites séries. Moulage en coquille : - Pour les grandes séries. - Avec ou sans pièce (prisonnier) insérée au moulage - Par gravitation ou sous pression. Exemples : - Carter de boîte de vitesses (alpax) - Corps de carburateur (zamack). Comme il a été sus-mentionné, le moulage est généralement très économique, mais les caractéristiques d'un alliage coulé sont plus faible que celles du même alliage forgé Les défauts de fonderie, fréquents dans les pièces moulées, diminuent encore leur résistance globale, certains de ces défauts, dus aux gaz occlus ou à la contraction du métal au refroidissement, mais peuvent-être évités par un tracé judicieux des formes. 3.2. Moulage en sable Le moulage en sable consiste à couler le métal en fusion dans l'empreinte du moule en sable, réalisée d'après un modèle ayant la forme de la pièce à obtenir. Le moulage en sable est le procédé le plus ancien et convient presque pour tous les métaux et alliages de moulage. Il s'adapte bien aux petites séries de production et surtout pour les pièces de grandes dimensions. Un moule simple est constitué de deux parties : la partie supérieure et la partie inférieure. La figure 201 représente un moule en sable avec les différentes parties essentielles. Le métal en fusion est coulé à travers le trou du système de coulée, en traversant les canaux jusqu'au remplissage de l'empreinte. Après refroidissement et solidification, la pièce est sortie pour subir les différentes opérations de finition. L'ensemble des opérations de moulage en sable est donné par le schéma si-dessous : (fig. 201) Dans le moulage en sable on distingue deux types de moulages : - Le moulage manuel. - Le moulage mécanique. 3.2.1. Moulage en sable manuel Le moulage en sable manuel est utilisé surtout pour la fabrication des pièces unitaires et des pièces de grandes dimensions, qui ne peuvent pas être réalisées dans des machines de moulage. La figure 202 représente le matériel nécessaire pour le moulage en sable manuel : - Modèle et noyau. - Châssis. - Sable de moulage. - Métal liquide. - Aiguille (pour la confection de trous d'air). - Truelle ( pour rendre lisse la face de joint du moule). - Pillette et fouloir (pour le compactage du sable). - Spatule (pour rendre lisse les différentes surfaces du moule après démoulage. - Mandrin de coulée (pour la confection du trou de coulée). - Marbre (sur lequel s'effectue la préparation du moule). (fig. 202) 3.2.1.1. Le modèle Le modèle est une représentation sous forme d'une pièce ou ensemble de pièces de l'objet à fabriquer et permettant la confection de l'empreinte du moule en sable. Il est exécuté en bois ou en métal d'après le dessin de fabrication, c'est à dire, le matériau utilisé pour la confection du modèle dépend essentiellement du procédé de moulage (manuel ou mécanique). Un modèle doit posséder : - Une bonne résistance contre les contraintes mécaniques. - Une bonne résistance contre les contraintes chimiques (humidité, liant du sable, gaz etc.). - Une bonne résistance contre les contraintes thermiques (échauffement du modèle dans les différents procédés de moulage). - Une précision de la forme et des dimensions. - Bas prix de revient. Le bois reste depuis longtemps, la matière essentielle pour la confection des modèles. Pour chaque type de bois, en trouve des propriétés différentes. On utilise surtout des bois traités, sans fissures et secs (moins de 10 % d'humidité) pour prévenir leur déformation au cours du séchage. La surface de travail doit être lisse et résistante à l'usure. Pour exécuter des pièces en grandes série, les modèles sont métalliques, ils sont usinés, polis et montés sur plaques modèles métalliques. Ils sont conçus à partir de différents alliages tels que : - Alliage d'aluminium. - Alliage de magnésium. - Alliage de zinc. - Alliage de cuivre. - Fontes et aciers. Sur les surfaces des modèles, sont appliqués des enduits destinés à améliorer leurs propriétés de surface. La couche mince d'enduit ne doit pas avoir une influence sur la forme et les dimensions du modèle. Les enduits métalliques sont obtenus par galvanisation ou chromisation et non métalliques par peinture. Lors de la réalisation du modèle on doit tenir compte de : a. L’usinage : s'il y a lieu. Dans ce cas, la pièce brute doit comporter des surépaisseurs qui seront enlevées durant l'opération d'usinage. Donc les dimensions du modèle doivent être augmentées de 2 à 3 mm. Généralement la grandeur de la surépaisseur d'usinage est choisie suivant un tableau spécial. Elle dépend essentiellement de la nature du métal à couler, des dimensions de la pièce et de la position de ses surfaces pendant la coulée. b. Le retrait : car lors du refroidissement, le métal se contracte, le retrait est la valeur de cette contraction. Donc on majore les dimensions du modèle de 1 % pour la fonte et de 2 % pour l'acier. c. La dépouille : les formes du modèle doivent permettre son extraction du sable sans dégradation du moule. Dans ce but, on donne une certaine inclinaison aux parois du modèle, c'est la dépouille (pente de 3 à 10%), comme le montre la figure 4.b. La dépouille est absolument nécessaire. La dépouille peut se faire en augmentation à égalité de la pièce ou encore en diminuant les dimensions de la pièce, si le rôle de celle-ci n'est pas important. En général, le modèle est souvent en plusieurs parties démontables pour faciliter le démoulage et permettre la sortie des parties en contre dépouille. Lorsqu'une partie du modèle fait saillie sur le modèle et à une direction autre que celle générale du moulage, il est bien évident que l'on ne peut démouler cette partie au même temps que le modèle sans arracher une portion du sable du moule. Pour éviter cet inconvénient on fait cette partie du moule démontable, au moment du démoulage, le corps C (fig. 203) est démoulé dans la direction générale du démoulage D, alors que la partie démontable P, reste dans le moule, et elle est ensuite démoulée suivant la direction S dans la cavité du moule laissé par le corps C démoulé. (fig. 203) Les modèles peuvent être aussi creux ou pleins. Les modèles de petites dimensions sont massifs et au contraire ceux de grandes dimensions sont creux afin de diminuer le prix de revient, ainsi que leur poids. 3.2.1.2. Noyau et boite à noyau Pour obtenir le contour intérieur de la pièce, on emploie les uploads/Industriel/ technolog-i-e-12.pdf