Est-ce que ça vaut le coup? Les avantages du moulage de précision

La cire perdue, les moules uniques créent des produits de précision avec des surfaces plus fines

Qu'est-ce que le moulage de précision ?

Le moulage à la cire perdue, souvent appelé moulage à la « cire perdue », utilise un processus de moule non réutilisable pour créer des produits complexes avec des surfaces exceptionnellement fines. C'est une technique de précision en raison de la polyvalence qui peut être créée dans la conception de moules. Les modèles de moulage au sable doivent être divisés en deux et avoir des noyaux internes pouvant être supportés à l'intérieur d'un moule divisé fermé. Les moules d'investissement peuvent être fabriqués dans presque toutes les formes qui peuvent être sculptées dans de la cire et enduites. Le processus et le moulage sont plus coûteux, mais les produits fabriqués peuvent être plus complexes et précis. La surface de toutes les pièces moulées en métal reflète les matériaux dans lesquels elles sont coulées. Les moulages au sable ont donc une texture bosselée. Les moulages de précision peuvent provenir du moule avec une finition plus lisse.

Quels sont les produits courants de moulage de précision ?

Les produits de moulage à la cire perdue se trouvent souvent en tant que pièces opérationnelles de machines de précision. Dans une automobile, par exemple, le carter du moteur peut être moulé au sable. Les ventilateurs, cames et autres pièces aux formes complexes, en particulier celles qui bougent et nécessitent des surfaces fines, seront souvent moulés à la cire perdue.

Le moulage de précision est également courant pour les statues très détaillées, les bijoux ou d'autres objets décoratifs qui ont des détails très fins et des finitions de surface lisses.

Processus de casting d'investissement

Le processus de moulage de précision nécessite un modèle consommable, généralement en cire; un matériau de moulage en céramique ; un four; et un procédé de fonderie pour fondre les métaux et remplir les moules.

Modèles consommables ou en cire

Un patron est une réplique exacte du produit final à fabriquer. Avec humour, un patron est réalisé en remplissant un moule à injection souvent en aluminium ou en acier. Ces moules peuvent être usinés, imprimés en 3D ou même sculptés à la main. Créer chaque pièce avec ces processus serait plus coûteux que de créer un moule puis de passer à un processus de fonderie. La coulée à la cire perdue est plus chère que la coulée au sable, mais elle est toujours capable de s'adapter à une production industrielle à fort chiffre d'affaires. Une fois le moule d'injection créé, les modèles en cire peuvent être réalisés rapidement et en grande quantité, car ils nécessitent un temps minimal pour refroidir et se solidifier.

Assemblages de modèles

Une fois formés, les modèles de cire sont assemblés dans un arbre, ou un système de moulage, qui permettra de mouler plusieurs articles en même temps. La formation de l'arbre est réalisée à partir d'une série de portes et de carottes, également en cire solide. Ces branches de cire solides formeront éventuellement les canaux creux qui transportent le métal fondu pour former chaque produit final. Les arborescences doivent être assemblées avec soin pour garantir des produits de qualité et des flux de travail efficaces. Selon les installations d'un site et la taille du produit, de nombreux modèles peuvent être assemblés dans le même arbre pour une production en vrac. Les objets plus gros peuvent également être lancés seuls.

Moule "d'investissement" en céramique

Une fois la structure arborescente assemblée, elle est plongée dans un bain de céramique liquide. La céramique recouvre tout l'arbre et on laisse sécher. Ces bains sont répétés plusieurs fois, permettant à chaque couche de durcir, jusqu'à la création d'un moule épais. L'arbre est ensuite chauffé pour faire fondre la cire, qui s'écoule entièrement du moule. Une fois la cire retirée, le moule est chauffé à une température plus élevée et du métal en fusion est versé à l'intérieur, remplissant les cavités autrefois occupées par le modèle en cire. Le processus d'application de la pâte de céramique est appelé l'aspect "investissement" du moulage à la cire perdue.

Élimination des moisissures

Une fois le métal refroidi et solidifié, le moule en céramique est cassé pour révéler les produits coulés. Les portes et les carottes sont ensuite retirées, et toutes les procédures de finition ou de traitement supplémentaires sont ensuite appliquées.

Application polyvalente

Les modèles en cire peuvent être réalisés sous pratiquement n'importe quelle forme, sans effilement et sans affecter la qualité du produit final.

Le moulage à la cire perdue peut être utilisé pour une gamme de produits et de matériaux. Selon les installations de moulage d'un site, les produits peuvent peser aussi peu qu'une fraction d'once et plus de mille livres. Les moules d'investissement en céramique conviennent également à la coulée à haute température. [rfpullquote] La cire et les matériaux céramiques peuvent être réutilisés tout au long du processus de moulage à la cire perdue. La cire usagée est réinstallée dans les portes et les contremarches, et les moules en céramique peuvent être retraités pour être utilisés dans de nouveaux moules, généralement les couches extérieures en céramique où moins de précision est requise. [/rfpullquote]

Les matériaux couramment utilisés dans le moulage de précision comprennent les aciers et autres alliages à base de fer, d'aluminium, de nickel, de cobalt, de titane et de cuivre. Selon l'application, le moulage à la cire perdue peut convenir à la fois aux cycles de production courts et longs et peut produire plusieurs centaines de produits à la fois.

La cire et les matériaux céramiques peuvent être réutilisés tout au long du processus de moulage de précision. La cire usagée est refixée dans les portes et les contremarches, et les moules en céramique peuvent être retraités pour être utilisés dans de nouveaux moules, généralement les couches extérieures en céramique où moins de précision est requise.

Avantages du moulage de précision par rapport au moulage au sable

Toutes les méthodes de moulage offrent de nombreux avantages de conception :la possibilité de minimiser les apports de matériaux et de former des structures qui seraient autrement difficiles à réaliser sans usinage ou assemblage important.

Un avantage clé du moulage de précision, cependant, est la polyvalence de son moule. Étant donné que le moule est consommable et que les motifs en cire peuvent être retirés discrètement sous forme liquide, les fabricants disposent d'une liberté exceptionnelle lors de la conception de produits de moulage à la cire perdue. Le moulage à modèle perdu offre des capacités de conception beaucoup plus complexes que la plupart des autres méthodes de moulage et de moulage.

Moulage de précision contre moulage au sable

Le moulage au sable est une autre méthode de moulage efficace qui utilise du sable pour former des moules jetables. C'est la méthode de moulage la plus utilisée en Amérique du Nord, mais il existe plusieurs différences essentielles.

Lors de la sélection de la meilleure méthode de moulage pour un projet, tenez compte des points suivants :

• Les moules en sable doivent être séparés pour enlever un motif avant de verser. Pour garantir un moule approprié, un modèle doit être conçu avec des cônes ou des courants d'air, afin de minimiser la friction - et d'empêcher le moule de sable d'être perturbé - lorsque les sections sont séparées. Étant donné que les moules en sable sont composés de deux pièces, le produit final aura toujours une ligne de séparation, qui devra peut-être être meulée une fois refroidie.
• Les moules de moulage au sable peuvent être facilement ajustés pour s'adapter aux changements de conception. Cela donne la liberté à un ingénieur de changer les pièces rapidement et facilement après les avoir testées.
• Les cavités internes peuvent également constituer un défi pour le moulage au sable, qui repose sur l'utilisation de noyaux. Un noyau est une forme préformée qui est insérée dans un moule pour former l'intérieur de la pièce qui n'est pas en contact avec la surface du moule. Selon la forme et la complexité d'un noyau, qui peut être un composant unique ou un assemblage de plusieurs noyaux, sa mise en forme et sa fixation dans un moule peuvent prendre du temps.
• Dans le moulage au sable, les nouvelles pièces moulées sont fabriquées plus rapidement que dans le moulage de précision en raison de la réutilisation du modèle.
• Il convient également de noter que les moules en sable, même avec des additifs synthétiques et un compactage élevé, ne peuvent pas atteindre la dureté de la céramique. Par conséquent, les surfaces moulées au sable ont souvent des tolérances plus élevées et nécessitent un meulage à la machine pour obtenir une surface finie.
• Il convient également de noter que les moules en sable, même avec des additifs synthétiques et un compactage élevé, ne peuvent pas atteindre la dureté de la céramique. Par conséquent, les surfaces moulées au sable ont souvent des tolérances plus élevées et nécessitent un meulage à la machine pour obtenir une surface finie.
• Le moulage au sable peut produire des composants métalliques de toutes tailles et de tous poids, tandis que le moulage à modèle perdu nécessite que les pièces finales pèsent moins de 100 livres.
• Avec le moulage à modèle perdu, les modèles en cire peuvent être réalisés sous pratiquement n'importe quelle forme.
• Les moules en céramique sont également très durs, ce qui crée des surfaces lisses avec de faibles tolérances, souvent avec des parois très fines. Une fois que les portes et les carottes ont été retirées, de nombreux produits ne nécessitent aucune main-d'œuvre supplémentaire pour le traitement ou la finition.
• Avec le moulage à modèle perdu, les modèles en cire peuvent être réalisés sous pratiquement n'importe quelle forme, sans effilement et sans affecter la qualité du produit final.
• Les moules en céramique sont également très durs, ce qui crée des surfaces lisses avec de faibles tolérances, souvent avec des parois très fines. Une fois que les portes et les carottes ont été retirées, de nombreux produits ne nécessitent aucune main-d'œuvre supplémentaire pour le traitement ou la finition.

Planification d'un projet de moulage de précision

La détermination de la meilleure méthode de fabrication dépend d'une série de facteurs. Voici quelques éléments à prendre en compte avec vos professionnels de la conception de production :

• Type de produit final : Quelle est la taille et la forme souhaitées du produit ? Différentes méthodes de moulage seront mieux adaptées à certaines dimensions, et elles influenceront également la quantité d'usinage nécessaire pour atteindre les dimensions finales.
• Quantité : Lors de la prise en compte des quantités, il est préférable de regarder le plus loin possible. Ce qui pourrait être plus économique à court terme peut s'avérer plus coûteux si l'on prévoit plusieurs lots à long terme. Un investissement initial plus important dans l'outillage et les moules peut souvent permettre d'économiser de l'argent par la suite. Cependant, les productions à court terme ou ponctuelles ne nécessiteront pas le même investissement.
• Tolérances : À quel point vos dimensions doivent-elles être exactes ? Des tolérances minimales peuvent souvent être atteintes avec le moulage de précision, en particulier pour les produits à parois très minces.
• Application mécanique : Le moulage peut réduire la quantité d'assemblages requis pour les applications mécaniques, ce qui permet souvent d'économiser du temps et de la main-d'œuvre sur la route.
• Matériel requis : Les moules en céramique utilisés dans le moulage de précision conviennent à une large gamme de matériaux, y compris les alliages à base d'acier et de fer coulés à haute température.
• Post-production : Comme pour les autres formes de moulage, en fonction de leur application finale, les produits moulés à la cire perdue peuvent subir divers traitements thermiques ou d'autres finitions de surface si nécessaire.

Fonderies de fonderie

La plupart des fonderies qui produisent des moulages de précision ne fourniront pas nécessairement d'autres méthodes de production de moulage, préférant se spécialiser dans une seule méthode de production de fonderie. Des différences significatives existent entre les méthodes de production telles que le moulage au sable et le moulage de précision, ce qui rend peu probable qu'une seule entreprise dispose de l'infrastructure nécessaire pour proposer plusieurs méthodes de production de moulage.

Il est normal que les moulages de précision coûtent plus cher que les moulages produits à l'aide d'autres méthodes plus simples, telles que le moulage au sable. Cependant, les avantages obtenus, notamment la complexité, la fiabilité, la reproductibilité, la finition de surface et autres, compensent largement la différence de coût.

Il est important de bien comprendre les paramètres de conception du moulage que vous concevez ou essayez d'acheter. Si les moulages à la cire perdue peuvent offrir une pièce de forme nette sans usinage, par exemple, mais qu'un moulage au sable devra être usiné, alors le coût supplémentaire pour le moulage à la cire perdue peut être justifié.

Sources

• Grote, Karl-Heinrich et Erik K. Antonsson. Manuel Springer de génie mécanique, volume 10 . Pasadena, Californie :Springer Science &Business Media, 2009.
• Hunt, LB "La longue histoire de la fonte à la cire perdue:plus de cinq mille ans d'art et de savoir-faire." Bulletin Or . Juin 1980, Volume 13, Numéro 2, pp 63-79.
• Rundman, Karl B. Métal coulé (Livre de référence pour MY4130) . Michigan Tech. Université :Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux.