- Moulage En Sable
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Moulage en sable
Moule au sable
Le Moulage en sable utilise un matériau réfractaire et qui se présente sous la forme de petits grains ; on peut donc lui donner la forme que l'on veut, et figer cette forme avec un additif. Cela en fait un matériau de choix pour la conception de moules ; cependant, c'est un moule à usage unique, mais que l'on peut fabriquer facilement de manière répétée.
Sommaire
le modèle
ModèleGénéralités
Afin "d'imprimer" dans le sable la forme de la pièce recherchée (et donc de faire le moule), on fabrique un modèle. Le modèle traditionnel en bois est de moins en moins utilisé, au profit de modèles en résine ou en métal qui, de plus en plus souvent, sont usinés sur des machines à commande numérique.
Le modèle a la forme de la pièce et permet de fabriquer le moule désiré. Il est souvent coupé en deux suivant le "plan de joint" et peut être complété par une ou plusieurs "boîtes à noyaux".
Les boîtes à noyaux sont destinées à réaliser un négatif en sable des parties creuses de la pièce, ou des zones non démoulables directement (contre-dépouille). Les noyaux (en sable à prise chimique) réalisés dans ces boîtes seront disposés dans le moule avant sa fermeture.
Les différentes parties composant le modèle doivent avoir "de la dépouille", c’est-à-dire qu'aucune surface du modèle ne doit être perpendiculaire au sens de démoulage. Le démoulage en question est celui qui consiste à ôter le modèle du moule, car le démoulage de la pièce s'effectue en cassant le moule (décochage).
Le modèle aura des dimensions légèrement plus grandes que la pièce à obtenir, afin de tenir compte du retrait de l'alliage au refroidissement. Ce retrait dépend principalement de l'alliage à mouler, mais aussi d'autres paramètres comme les épaisseurs moyennes de la pièce à réaliser. Le fondeur indique toujours au modeleur le retrait à prendre en compte pour la réalisation de ses modèles. Par exemple, dans le cas d'un retrait de 15 pour mille, une pièce finie de 1000 mm de long aura un modèle de 1015,228[arrondi] (soit 1000/(1-(15/1000)) et non pas 1015 comme on pourrait le penser au premier abord avec un calcul simplifié).
Différents types de modèles
- Un modèle nature est un modèle en bois ou en résine dont la forme est celle de la pièce. Il peut être coupé en deux ou livré sur plan de joint, si ce "plan" de joint n'est pas plan au sens géométrique du terme ; dans ce cas, le modeleur livre avec son modèle un support matérialisant le plan de joint, dans lequel le modèle ira se loger.
- Un modèle en bois, résine, ou alliages métalliques monté sur plaques-modèle est coupé en deux et chaque partie est fixée sur une plaque comportant des dispositifs de positionnement. Ce type de modèle s'utilise avec des châssis, comportant les mêmes dispositifs de positionnement, destinés à contenir le sable et à le maintenir lors des manipulations du moule et de la coulée (sable noir). Les entraxes des châssis et des plaques-modèle ne sont pas normalisés, chaque fonderie ayant ses propres standards.
- Un modèle en caissons (on parle parfois de moulage en mottes) est similaire au modèle sur plaques-modèle, mais la plaque est entourée de quatre panneaux de bois solidaires, montés avec la dépouille convenable. Le sable a prise chimique est mis en forme dans ces caissons et démoulé après prise (quelques minutes). On n'utilise donc pas de châssis. Les dispositifs de positionnement peuvent être des trous de broches ou des centreurs réalisés en sable.
- On utilise parfois aussi un modèle à usage unique, en polystyrène expansé dit "modèle poly". Le modèle est obtenu par usinage et/ou assemblage de plaques de polystyrène. Il est très économique et permet de réaliser de grosses pièces, mais il est détruit lors de la coulée du moule. Il est utilisé pour la réalisation de pièces unitaires. Le modèle poly s'utilise comme un modèle nature.
Ce procédé réservé au prototypage ne doit pas être confondu avec le procédé Lost Foam appliqué à la fabrication en série.
- Le modèle stéréo, réalisé en stéréolithographie est un autre type de modèle nature, dont l'utilisation se développe actuellement, uniquement pour le prototypage. Le modèle "nature" est réalisé par polymérisation de résine à l'aide d'un laser, d'après une définition numérique. Il s'agit d'un modèle léger et économique, adapté uniquement à la réalisation de quelques pièces.
- Dans le cas de la restauration de pièces de fonderie, par exemple, on peut utiliser la pièce à restaurer comme modèle, cette méthode dite de contre moulage, permet d'obtenir une pièce "neuve", mais de dimensions légèrement inférieures à celles de l'original (environ 12 pour mille dans le cas de l'aluminium) à cause du retrait. D'autre part, la pièce destinée à servir de modèle doit être "habillée", c’est-à-dire que l'on va remettre de l'épaisseur (résine, carton collé, etc.) sur les zones destinées à être usinées.
Moulage sable humide
C’est le moulage le plus ancien, qui utilise du sable humide, aussi appelé sable « à vert » non pas pour sa couleur mais par analogie au bois qui est dit « vert » lorsqu’il est humide. Le mélange est composé du sable réfractaire, la silice et d’un liant, la bentonite que l’on humidifie dans une installation de broyage.
- Moule en châssis
- le sable tombe par gravité dans un châssis, le plus souvent métallique, puis est comprimé par une plaque modèle qui laisse une partie de l’empreinte de la pièce à réaliser.
- moules pour fabrication série sur des chantiers automatiques. Très diffus dans l’industrie automobile.
- moule pour fabrication unitaire ou très petites séries dans les fonderie d’outillages (bâtis de machine, pièces spéciales), par moulage est manuel.
- Moule en motte
- pas de châssis, le moule est conçu à l’intérieur d’une machine qui presse fortement le sable pour y laisser l’empreinte. Ce sable forme une motte qui est poussée hors de la machine contre la motte précédente ; le tout formant le moule complet. Les mottes sont toutes en contact sur le convoyeur, comme dans le procédé Disamatic, la coulée du métal en fusion se fait sur le convoyeur même.
Moulage sable à durcissement thermique
- Durcissement dans l’empreinte
- le sable est mélangé à une ou plusieurs résines plus un catalyseur, le mélange obtenu est injecté dans un moule chauffé entre 200 et 300°. La pièce n’est ressortie qu’après durcissement total. Le cas le plus connu dans l’industrie automobile est le procédé Croning, principalement utilisé pour la fabrication de noyaux creux.
- Durcissement hors empreinte
- C’est le procédé boîte chaude ou boîte tiède, où le mélange durcit superficiellement dans l’empreinte puis continue de durcir hors du moule. Utilisé pour la fabrication de moule plein (noyau ou carapace).
Moulage sable à durcissement chimique
Le durcissement se fait par réaction chimique, soit entre les composants (résines), soit par l’action d’un gaz.
- Durcissement par un gaz
- c’est le cas du procédé Ashland, où le sable siliceux est mélangé à deux résines différentes, qu’un gaz (CO2) vient catalyser.
- Durcissement sans gaz
- le mélange est réalisé à partir d’un sable siliceux et d’une résine furanique à haute teneur en alcool furfurylique et durci avec un catalyseur à acide du type toluène sans eau ni phénol.
Moulage sable à durcissement physique
Le durcissement se fait par action directe et physique sur le sable.
- Durcissement sous vide
- comme le procédé V-process, le vide est réalisé à l’intérieur d’un châssis rempli de sable fin, posé sur une plaque modèle recouverte d’un film plastique. Le vide maintien le sable et le film plastique sur l’empreinte.
- Durcissement par congélation
- le mélange de sable siliceux, de bentonite et d’eau, une fois démoulée, l’empreinte est soumise à congélation par de l’azote ou du CO2 liquide. La précision étant peu élevée, ce moulage est utilisé pour des pièces simples, sans trop de reliefs et de masse faible.
Moulage à modèle perdu
Les techniques les plus diffuses sont, pour la plus ancienne, celle du moulage à cire perdue et pour la plus moderne, le moulage à modèle en polystyrène connu sous le nom de procédé Lost Foam ou PMP (Procédé de moulage par Modèle Perdu) apparu pour la fabrication des pièces de série dans les années 1980. Le modèle est plongé dans un bac, où, un sable très sec et fluide est mis en mouvement par des jets d’air. La fluidité du sable permet à celui-ci d’occuper tous les interstices et cavités du modèle de polystyrène, comme s’il s’agissait d’un liquide. Les vibrations soumises au bac accentuent le remplissage homogène et le tassement du sable sur toute la surface de la pièce. Pendant la coulée, le métal prend peu à peu la place du modèle.
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