Généralités
La structure d'un moule non permanent est principalement réalisée avec des matériaux de moulage, composée empreinte. d'une ou de plusieurs parties et offrant après assemblage un évidement appelé empreinte. Cette empreinte correspond à la future pièce brute .
Généralement les formes intérieures des pièces sont données par des noyaux qui sont des éléments de moule réalisés séparément avec un outillage spécial (boîtes à noyaux). Après coulée de l'alliage, cette structure est désagrégée pour extraire la pièce brute solidaire du système de remplissage et du système de masselottage. La séparation des matériaux de moulage adhérant à la pièce, ainsi que l'enlèvement des bavures constituent le parachèvement .
Exemple de moule non permanent, avec ses noyaux, préparé pour la coulée. Le moule est détruit dans la phase de fabrication de la pièce. La réalisation d'une autre pièce conduit à la fabrication d'un autre moule.
L es e s sa s a b l e s s i l i co co - a r g i l e u x
I. Propriétés 1. Plasticité Sous l'action de pressions exercées sur le sable, son état de contrainte est modifié. Le nouvel état subsiste après suppression de l'action (conservation de l'empreinte après démoulage). La plasticité est caractérisée par l'aptitude au serrage ; celle-ci représentant la variation de densité apparente du sable.
2. Cohésion La cohésion d'un sable de fonderie permet de conserver l'état de contrainte du sable après sa mise en oeuvre. Elle est mesurée par des essais de compression, cisaillement, traction, flexion sur des éprouvettes normalisées.
3. Perméabilité Possibilité pour un élément de moule de se laisser traverser par un débit gazeux (indépendamment des évents et des tirages d'air pratiqués dans le moule). Les gaz sont : l'air évacué du moule lors du remplissage de l'empreinte et les gaz produits par la réaction moule-alliage.
II. Caractérisation •
Perméabilité :
Indice qui mesure le volume d'air en cm3 qui traverse en une minute, sous l'unité de pression, 1 cm3 de sable compacté. •
Aptitude au serrage :
Facilité avec laquelle le sable va se compacter. Elle est mesurée par la différence de hauteur de sable dans une éprouvette normalisée sous 10 bars.
III. Défauts dus au sable •
La soufflure
Bulles d'air dans les pièces: manque de perméabilité, coulée trop lente ou trop froide...
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Métallisation ou abreuvage
Mélange sable-métal par manque de noir minéral ou de serrage
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Gale
Apparaît surtout avec des ferreux (fonte). En effet, la fonte rayonne beaucoup, chauffe le sable ce qui induit une montée de la vapeur d'eau à l'intérieur du moule qui se recondence ensuite et crée des zones sur humidifiées desquelles des morceaux de sable se décrochent facilement.
Le s sa b l e s ag g l o m é r é s
I. Principe L'agglomération des grains de sable est réalisée par une réaction chimique sable + liant + catalyseur On distingue selon la nature des produits : Les procédés à prise à froid : • •
sables auto-durcissants sables à prise par gazage
Les procédés à prise à chaud : •
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durcissement en dehors de l'outillage durcissement en contact de l'outillage
II. Procédés de durcissement à froid Avant démoulage, le sable est durci au contact de l'outillage dans lequel il a été mis en œuvre par remplissage, serrage ou soufflage. Le durcissement final est obtenu avant démoulage du modèle, ou peut se poursuivre après démoulage lorsque la cohésion initiale est insuffisante. La précision des empreintes et des noyaux est celle de l'outillage : pas de modification dimensionnelle due à la température, mais possibilité selon les produits d'avoir une altération des propriétés si le temps de stockage est trop long (influence du degré hygrométrique).
III. Les procédés de durcissement à chaud Le sable enrobé d'un liant est serré ou soufflé dans une boîte à noyau ou contre une plaque-modèle. Le chauffage du liant provoque le durcissement du sable. On distingue deux procédés : 1. Chauffage du sable enrobé de liant en dehors de l'outillage (plus ancien) 2. Le sable enrobé de liant est mis en contact de l'outillage chauffé, sur lequel il durcit
Le m o u l a g e Le moule réalisé avec des matériaux à structure granulaire (généralement des sables siliceux ), comprend une ou plusieurs parties. L'empreinte est faite avec un modèle donnant aux matériaux de moulage tout ou partie des formes de la pièce (les formes intérieures de la pièce sont généralement obtenues avec des noyaux). Un système de coulée permet le remplissage de l'empreinte et un système de masselottage augmente la compacité de la pièce.
I. Le moule En moulage en moule non permanent, le moule est détruit dans la phase de fabrication de la pièce. La conception du moule doit donc tenir compte de cette nécessité technologique. Il existe 2 types de moules : 1. Le moule déformable (sable à vert) 2. Le moule rigide (sable aggloméré)
1. Fabrication d'un moule en sable à vert •
Le moulage manuel :
Utilisé pour des pièces unitaires ou de très petites séries, le moulage étant avec modèle ou sans modèle (troussage,...) La méthode consiste simplement à tasser le sable autour du modèle puis d'enlever ce dernier avant de couler l'alliage. •
Le moulage mécanique :
Utilisé pour des pièces de petite à la très grande série. Le sable est serré mécaniquement contre la plaque-modèle selon plusieurs techniques : projection, vibration, pressage ou soufflage.
2. Fabrication d'un moule en sable aggloméré L'agglomération des grains de sable se fait avec des liants dont le durcissement est obtenu par une réaction chimique. •
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Selon la nature des produits la réaction chimique se fait à température ambiante (prise à froid) ou sous l'effet de la chaleur (prise à chaud). La réaction chimique de durcissement se fait au contact de l'outillage (modèle, plaque-modèle, boîte à noyau...). Les produits mélangés au sable donnant un durcissement à froid donnent un sable autodurcissant.
II. Le noyau Il s'agit d'une structure en matériau de moulage, réalisée indépendamment du moule et donnant après remmoulage (mise en place dans le moule) des reliefs permettant d'obtenir des formes intérieures et extérieures de la pièce brute. La stabilité est assurée par des portées de noyau.
1 Propriétés •
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Résistance mécanique : Le noyau ne doit pas subir d'altération lors des phases de fabrication, de manutention, de remoulage, d'attente avant la coulée ou encore durant la phase de coulée. A la fin de la solidification, le liant doit être détruit afin d'éviter une gêne au retrait de l'alliage lors de sa solidification, sinon il y a risque de crique. Perméabilité : Évacuation de l'air et des gaz dus à la réaction moule-alliage lors de la coulée. Nécessité d'un choix des liants
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pour limiter les gaz formés (des tirages de gaz réalisés dans le noyau et débouchant dans des conduits du moule sont parfois nécessaires (exemple). Résistance à la chaleur : Le noyau doit conserver les formes moulantes pendant la phase de solidification. Pas de reprise d'humidité : Cette humidité produit de l' hydrogène et de l'oxygène gazant l'alliage coulé et diminuant les caractéristiques mécaniques de la pièce moulée Précision dimensionnelle et état de surface : Ils dépendent du procédé de moulage choisi. Des enduits peuvent protéger le sable au contact de l'alliage liquide.
2. Conditions d'emploi • • • •
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Employés pour la réalisation de formes intérieures Obtention de parois sans dépouille Limiter ou éviter des démontages du modèle. Mise en plaque-modèle de pièces complexes en moulage mécanique : réalisation de l'empreinte dans un moule sans chape. Mise en place d'inserts dans un moule.
3. Les boîtes à noyaux Une boîte à noyaux est un outillage permettant la réalisation d'un noyau en sable. Sa conception doit permettre l'introduction ou l'injection (sable + air) du sable, son serrage et le déboîtage du noyau. Suivant les séries, les dimensions, la nature du sable, la précision requise pour la pièce moulée, ... on rencontre plusieurs matériaux de construction comme le bois naturel, les bois améliorés, les résines synthétiques et les matériaux métalliques.
Rè g l es d e co n c ep t i o n e n m o u l e n o n p e r m a n e n t
I. Calcul du poids de la pièce Ce calcul peut être mené par différentes méthodes (par exemple mesure du volume puis utilisation de la masse volumique). On se contentera d'un résultat approché à 5 ou 10 %. Au poids de la pièce, on ajoute le poids des appendices de coulée. La masse obtenue conditionne les dimensions des attaques et des jets de coulée.
II. Modification de tracé Au cours de cette étape, on ajoute les surépaisseurs d'usinage. On les choisit en tenant compte de la nature du métal coulé et des surfaces à usiner. Il convient aussi de choisir si les trous présents sur la pièce définitive sont usinés par la suite ou brut de fonderie (ceci n'est possible qu'avec des trous de diamètre supérieur à 20 mm). C'est à ce stade qu'on décide ou non d'ajouter des suppléments pour faciliter l'usinage. On veille aux dégagements d'outils. On palie à d'éventuels problèmes dus à des défauts en augmentant certaines dimensions. De cette manière, on s'assure de remplir le cahier des charges. On gère également les déformations possibles dues au retrait et aux criques en réduisant les résistances opposées au retrait et en renforçant les zones de rupture ou de déformation par des nervures ou des traverses d'écartement. On met des congés partout où il est possible de le faire. On peut également modifier le tracé pour faciliter le moulage ou assurer la santé de la pièce.
III. Prévision du retrait solide Le retrait dépend de nombreux paramètres : dimension des pièces, température de coulée, nature du métal, nature du sable employé, qualité du serrage du sable, différence d'épaisseur et forme des pièces. Il faut prévoir les effets du retrait et permettre aux pièces de se déformer.
IV. Position de la pièce dans le moule
Pour déterminer la position de la pièce dans le moule, on doit tenir compte : •
du sens de moulage et de coulée qui permette :
- un moulage et un démoulage facile, - une mise en place correcte des noyaux: bien stables et se remoulant avec précision, - une alimentation efficace du moule: attaques de coulée bien placées, solidification correctement dirigée, - une évacuation convenable et rapide des gaz, •
des dépouilles sur les faces verticales (2 % dans la plupart des cas).
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de la facilité du moulage
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de l'emplacement des joints
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du centrage facile des noyaux
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de l'emplacement des bavures et facilité d'ébarbage
V. Système de coulée Il faut tenir compte des paramètres suivants : •
sections de coulée
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disposition des attaques
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disposition des canaux
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alimentation des attaques
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épuration du métal
VI. Noyaux Il convient de s'intéresser à tout ceci : •
forme et dimension des portées
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nature du sable
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stabilité et précision
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remmoulage
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dépouilles des portées
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cordons d'étanchéité
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prévision de la boîte et du mode d'obtention
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remplissage
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démoulage
