Le terme «Coulée de sable" peut être utilisé pour décrire le produit final et le processus de fabrication. Il s'agit d'un processus de coulée de métal effectué dans un endroit appelé « Fonderie ». Il est resté comme l'un des processus les plus anciens. Le sable est utilisé comme matériau de moulage dans cette technique de coulée de métal.
Coulée de sable est un procédé de moulage de métal largement utilisé qui consiste à créer un moule à partir d'un mélange de sable et d'un liant, tel que de l'argile. Cette technique est utilisée pour produire des pièces métalliques complexes de différentes tailles et formes.
Le processus de moulage au sable est utilisé pour créer plus de 60 % des pièces moulées en métal que nous voyons dans notre vie quotidienne. Apprenons la définition complète et le processus de la technique dans cet article. Nous apprendrons également les caractéristiques, les avantages et les inconvénients du procédé.
Ce blog fournit un aperçu de la séquence complète des étapes impliquées.
Qu’est-ce que le moulage au sable ?
Coulée de sable est un procédé de coulée de métal largement utilisé. Un moule est créé en compactant du sable autour d’un motif de l’objet souhaité. Le métal en fusion est ensuite versé dans le moule, lui permettant de se solidifier. Après refroidissement, le sable est retiré, laissant apparaître l'objet en métal moulé. Il est polyvalent, économique et adapté à diverses formes.
Lors du moulage au sable, le métal en fusion est versé dans une cavité d'un moule en sable jetable contenant une chambre creuse de la forme souhaitée, où il se solidifie pour créer le composant en forme de cavité. Argile, époxy, plâtre, métal, et le béton sont tous des exemples de matériaux de moulage.
Les pièces moulées produites ont des géométries extrêmement complexes dans une large gamme de tailles et de poids. Le processus est souvent appelé moulage moulé en sable. Les métaux ayant des températures de fusion élevées comme le titane, l’acier et le nickel conviennent au moulage au sable.
La seule méthode de moulage qui fonctionne avec ces matériaux est la suivante. En conséquence, cette technique constitue la meilleure option pour fabriquer des pièces de petite taille et abordables dans les industries automobile et aérospatiale. L'animation ci-dessous montre le processus.
Éléments en moulage au sable
Avant d'apprendre les étapes du processus, il est important de comprendre les pièces ou les éléments utilisés dans le processus de coulée. Reportez-vous au diagramme de moulage au sable ci-dessous pour en savoir plus sur les éléments.
Fig 1 : Schéma de moulage au sable
- Cope and Drag : Les parties supérieure et inférieure d'un arrangement de casting sont respectivement appelées cope et drag. Ce sont généralement des cadres en bois
- Riser : Une colonne montante est souvent appelée une mangeoire. Il s'agit d'un réservoir et d'un passage inclus dans un moule de coulée métallique pour éviter le retrait du métal.
- Couloir : Un canal est un canal de diamètre réduit utilisé pour permettre l'écoulement du métal en fusion vers la cavité.
- Moule : Il s'agit d'une cavité réalisée à partir d'un modèle (copie du moulage final souhaité) constitué en majorité de sable.
- Noyau : Le noyau du moulage au sable est un dispositif inséré dans la cavité du moule pour créer des éléments intérieurs dans le moulage, tels que des trous.
- Porte : C'est le point auquel le métal atteint la cavité du moule et commence à y couler.
- Sable de base : également connu sous le nom de sable de fondation et constitue la forme de sable la plus pure (silice).
- Liants : La colle qui maintient les grains de sable ensemble est le liant. Les types de liants les plus courants sont l’argile & eau, huile, résine et silicate de sodium.
Étape 1 : Créer un modèle
Le motif est utilisé pour créer une cavité dans le sable de la taille et de la forme de la pièce coulée.
Les motifs sont réutilisés, contrairement au moule en sable lui-même. Les modèles bon marché peuvent être réalisés en bois ou en plastique, ou pour une plus grande durabilité, en aluminium. Les modèles sont souvent réalisés en deux pièces, chacune légèrement plus grande que la pièce coulée pour permettre le retrait à mesure que le métal refroidit. Les parois verticales des motifs ont un léger angle ou « dépouille » afin que le motif puisse se soulever sans entraîner le sable.
Étape 2 : former deux moitiés de la cavité
Un demi-motif est placé dans une boîte entourée de sable. Le motif est positionné de manière à pouvoir être retiré par la suite, ce qui signifie que la cavité ne reproduit que la moitié du motif et qu'il ne peut y avoir aucun élément rentrant.
Ce processus est répété pour l’autre moitié du motif. Des inserts supplémentaires sont ajoutés pour fournir des canaux permettant au métal de s'écouler dans la cavité. Les dimensions de ce « système de portes » déterminent la rapidité avec laquelle la cavité se remplit. Un débit plus élevé réduit le risque de non-remplissage, mais au prix d'une turbulence accrue, qui peut provoquer des défauts de coulée.
Le procédé traditionnel de moulage au sable utilisait du sable « vert ». Cela fait référence à l’humidité plutôt qu’à la couleur. Le sable vert contient de l'argile bentonite, qui lie les grains entre eux. Aujourd’hui, la plupart des moulages au sable sont réalisés avec du sable résineux. Il s’agit de sable recouvert d’un liant résineux. Il forme des moules plus denses et plus solides et des pièces coulées plus précises.
Étape 3 : Insérez les cœurs
Les noyaux occupent de l'espace dans la cavité du moule qui serait autrement rempli de métal. Ils sont généralement fabriqués à partir de sable et sont placés dans la cavité avant que les moitiés supérieure et inférieure ne soient jointes.
Étape 4 : Assemblez le copeau et faites-le glisser
La traînée est la cavité inférieure du sable, la chape est la pièce supérieure contenant les canaux d'alimentation en métal. Ensemble, l’ensemble s’appelle un flacon. Les broches assurent un bon alignement entre les deux moitiés. La région de la cavité où se rencontrent les deux surfaces de sable formera une ligne de séparation sur la pièce coulée.
Étape 5 : Versez le métal en fusion
Le métal s'écoule dans la cavité à partir d'un bassin de coulée situé sur la surface supérieure du moule. Au fur et à mesure que la cavité se remplit, le métal monte dans un canal appelé colonne montante. Cela forme un réservoir qui revient dans la cavité pour compenser le retrait.
Le cuivre, le bronze, le laiton et le fer ont tendance à couler et à s'écouler facilement, mais certains autres alliages sont moins fluides et certains, comme l'aluminium, peuvent réagir avec le sable. Ceci est minimisé en réduisant l'exposition à l'air et en ajoutant des flux au métal en fusion.
Étape 6 : Démoulage et élimination
Après coulée, le métal est laissé refroidir et se solidifier. Une fois terminé, les moules en sable sont retirés du flacon et les pièces moulées sont démoulées. Cela brise également tous les noyaux incorporés dans le moule.
Le système de portes et la colonne montante sont ensuite découpés, laissant des pièces moulées métalliques prêtes à être usinées.
Applications de moulage au sable
Comme nous le savons, 70 % des pièces moulées en métal proviennent du processus de moulage au sable, certains des produits ou pièces de moulage au sable les plus connus qui sont fabriqués par ce processus sont les corps de pompe, les bagues, les pistons de compresseurs d'air, Roues, carters moteur & Carters d'huile, engrenages, volants d'inertie et gaz & réservoirs de pétrole.
- Exploitation minière et construction : Le moulage au sable est utilisé dans les industries minières et de la construction pour produire des composants d'équipement, tels que des pièces de concasseur, des dents de dragline, des godets d'excavatrice et des plaques résistantes à l'usure.
- Industrie maritime : le moulage au sable est utilisé dans le secteur maritime pour fabriquer des pièces de moteurs marins, des hélices, des raccords de bateaux et d'autres composants nécessaires aux navires.
- Chemins de fer : le moulage au sable est utilisé dans l'industrie ferroviaire pour produire des composants tels que des roues de chemin de fer, des pièces de système de freinage et des accouplements.
- Agriculture et équipement agricole : le moulage au sable est utilisé pour fabriquer des pièces pour machines agricoles, notamment des composants de tracteurs, des socs de charrue et des pièces de système d'irrigation.
Différence entre le moulage sous pression et le moulage au sable
Moulage consiste à forcer du métal en fusion dans un moule sous haute pression, produisant des formes complexes et précises avec des surfaces lisses. En revanche, le moulage au sable utilise un moule constitué de sable compacté pour créer des formes plus complexes mais avec une finition légèrement plus rugueuse.
| Aspects | Moulage | Coulée de sable |
| Processus | Métal en fusion forcé dans un moule métallique | Métal en fusion versé dans un moule en sable |
| Moule | Moule permanent en acier ou autre | Moule temporaire en sable vert ou autre |
| Complexité | Convient aux formes complexes et complexes | Mieux adapté aux formes plus simples et aux objets plus grands |
| Finition de surface | Excellente finition de surface et précision dimensionnelle | Finition de surface plus rugueuse et précision dimensionnelle moins précise |
| Vitesse | Taux de production élevé | Taux de production inférieur |
| Coût | Coûts d’outillage et d’équipement plus élevés | Coûts d’outillage et d’équipement réduits |
| Matériel | Large gamme de métaux, notamment les alliages d'aluminium, de zinc et de cuivre | Divers métaux, notamment le fer, l'acier et les alliages non ferreux |
| Taille | Convient aux objets de petite à moyenne taille | Convient aux objets de petite à grande taille |
| Tolérance | Tolérances dimensionnelles plus strictes | Tolérances dimensionnelles plus flexibles |
| Automation | Processus hautement automatisé | Processus moins automatisé |
| Application | Couramment utilisé dans des industries comme l'automobile, l'aérospatiale et l'électronique | Largement utilisé dans des industries comme les fonderies, l'art et la sculpture |
Avantages du moulage au sable
De par sa diversité par rapport aux autres modes de fabrication, moulage au sable permet aux ingénieurs de construire des pièces complexes à partir d’une variété illimitée de métaux et d’alliages. Voici quelques-uns des avantages du moulage au sable.
- Les pièces moulées peuvent être aussi petites que quelques millilitres et grammes ou aussi grandes que des mètres et plusieurs tonnes.
- Aucune autre méthode n'offre les mêmes options pour créer des formes complexes que le moulage au sable.
- Le coût de l’équipement et de l’outillage est faible par rapport aux autres procédés de fabrication.
- Les déchets produits peuvent être recyclés pour réaliser un autre moulage.
- Il est adaptable et utilisable pour une large gamme de matériaux, des métaux à point de fusion bas ou élevé.
Robuste et économique
Le processus de moulage au sable est adaptable à une large gamme d’alliages, de dimensions de pièces et de quantités de production. La finition de la surface est dictée par la taille des particules de sable et la précision est déterminée par la précision du motif et l'alignement entre la face et la traînée.
Les limites du processus sont la nécessité de définir des angles de dépouille sur les surfaces verticales et la ligne de joint au point de rencontre entre les deux moitiés du moule. Cependant, pour de nombreuses pièces métalliques, les avantages en termes de coût dépassent les coûts liés à l'usinage de ces éléments.
Conclusion
En résumé, moulage au sable se distingue comme l’un des procédés de coulée de métaux les plus polyvalents et les plus utilisés en raison de sa simplicité, de sa rentabilité et de son adaptabilité à diverses formes et tailles. Le processus en six étapes, allant de la création de modèles à la préparation du moule en passant par le coulage, le refroidissement et la finition, garantit que même les conceptions complexes peuvent être réalisées avec précision et efficacité. Alors que les industries continuent d’adopter les progrès des matériaux et de la technologie, le moulage au sable restera une technique fondamentale, offrant des opportunités d’innovation et d’amélioration. En comprenant et maîtrisant ce processus, les fabricants peuvent améliorer leurs capacités de production et fournir des pièces moulées de haute qualité qui répondent à la demande.
Références
- H.P.D. Kumar, “Fondamentaux des processus de fabrication de fonderie,” Journal des procédés de fabrication, vol. 19, non. 3, pages 205-213, 2017.
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- M.J.W. Hensley, “Optimisation du processus de moulage en sable pour l'efficacité et la qualité,” Journal des sciences du génie mécanique, vol. 235, non. 5, pages 1107-1116, 2022.
