Modélisme en fonderie

Modèles en cire ou en bois pour la coulée de métal

Dans le moulage des métaux, les modèles sont les objets utilisés pour créer des moules consommables. Un seul motif peut créer jusqu'à des milliers de moules.

Il existe différents types de modèles, mais ils se répartissent en deux sous-types principaux :les modèles réutilisables pour le moulage en sable ou en plâtre, qui font des empreintes dans de nombreux moules, ou les modèles consommables pour le moulage de précision, qui sont détruits avant le moulage pendant le processus de fabrication du moule. Pour l'un ou l'autre type de modèle, la préoccupation du modéliste n'est pas seulement de reproduire l'objet souhaité, mais également d'aider à diriger le métal dans le moule au bon rythme et au bon endroit. Le refroidissement du métal est un processus de cristallisation, et la façon dont le moule se remplit peut influencer la direction de congélation, ce qui peut être important pour la résistance de l'objet final.

Chaque modèle de casting a besoin d'assistance

Le système de canaux pour alimenter en métal toutes les parties de la coulée est une infrastructure de soutien qui, lorsqu'elle est bien conçue, réduira les défauts de coulée. Ces éléments incluent :

• Le gobelet verseur est une entrée conique dans le moule. Il permet de contrôler le flux de métal et de capturer les scories lors de la coulée.
• La carotte, parfois appelée "goulotte descendante", est le canal principal dans le moule à partir du gobelet verseur. C'est la rivière de métal qui remplit le moulage.
• Les coureurs sont des canaux qui permettent au métal liquide de s'écouler d'une zone du moule à une autre.
• Les portes ou "in-gates" sont les espaces d'entrée du casting lui-même. De grandes portes sont nécessaires pour refroidir rapidement les métaux, et des portes plus petites sont utilisées pour les refroidir lentement.
• Les colonnes montantes sont des réservoirs de grand volume de métal liquide qui font partie du moule mais ne feront pas partie de la coulée. Il peut s'agir de « colonnes montantes aveugles », qui sont complètement enfouies dans le moule pour alimenter les zones délicates de la coulée, ou de colonnes montantes ouvertes qui se remplissent de métal, et peuvent aider à indiquer au fondeur que le moule est plein. Les contremarches ont un plus grand volume de métal que n'importe quelle partie de la coulée afin qu'elles restent chaudes le plus longtemps. En utilisant la gravité, les colonnes montantes alimentent en continu le métal liquide dans le moulage de refroidissement pour aider à prévenir les trous ou le rétrécissement.

Modèles de casting d'investissement

Les modèles de moulage à la cire perdue se présentent souvent en une seule pièce qui ressemble étroitement au produit métallique final, bien que des glissières puissent être intégrées pour être retirées après le moulage.

Ces motifs sont moulés deux fois. Un modèle de réplique est utilisé pour créer un moule en caoutchouc, en métal ou en résine. À partir de ce moule, un motif est coulé à partir d'un matériau qui peut fondre ou s'évaporer, généralement de la cire. Ces modèles coulés sont recouverts d'un agrégat de résine ou de céramique, composé de sable et d'un liant, qui durcit en une coque.

Une fois le moule carapace complètement durci, le modèle coulé est retiré par fusion ou évaporation. Le moule maintenant vide peut être rempli de métal liquide. Il sera rompu une fois le moulage refroidi.

Modèles de moulage au sable

Il existe quelques variantes pour les modèles de moulage au sable, mais ce qu'ils ont en commun, c'est qu'ils sont tous faits d'un matériau dur qui peut être utilisé pour créer des centaines de moules lorsqu'il est pressé dans du sable de fonderie. Le bois est la base de la plupart des modèles de moulage au sable, généralement à partir d'un bois dur qui peut résister à la chaleur et à l'humidité de la fonderie. Ceux-ci peuvent être utilisés pour des centaines de moulages, mais finissent par se déformer ou se fendre. Cependant, ils sont relativement peu coûteux à fabriquer et peuvent faire de très gros moulages.

Si un motif en bois se déforme trop rapidement, il peut être utilisé à la place pour fabriquer un moule pour un motif plus solide qui sera moins susceptible de se déformer avec le temps. Des résines renforcées de fibres ou des modèles en métal coulé peuvent être fabriqués à partir du modèle en bois d'origine. Les motifs métalliques peuvent également être réalisés par usinage. Ces processus sont plus coûteux et la taille des moulages peut être limitée, ils ne sont donc utilisés que dans certaines situations.

Qu'il s'agisse de bois, de résine ou de métal, les motifs de moulage au sable ne fondront pas après la création du moule. Les modélistes doivent savoir comment les extraire sans abîmer la forme creuse qu'ils ont créée.

Les motifs à dos plat peuvent être pressés dans la partie inférieure ou inférieure d'un moule en sable. Souvent, une chape non moulée ou la moitié supérieure du moule est serrée sur la traînée, fournissant le «dos plat» de la pièce moulée pour aider au versement et au refroidissement; il contiendra la carotte pour canaliser le métal.

Les patrons qui n'ont pas de dos plat sont souvent « fendus ». Cela permet à chaque partie du motif d'être imprimée dans les parties supérieure et inférieure du moule en sable, puis retirée intacte sans blesser le moule. Les différentes parties du moule sont réunies et serrées fermement pour créer la forme creuse qui fera le moulage.

Les motifs lâches ressemblent le plus à l'objet qu'ils vont créer, même lorsqu'ils sont divisés :ils capturent les détails de l'objet qu'ils coulent mais ils ne contiennent pas le système d'alimentation en métal pour le moule. Lorsque c'est le cas, le mouleur découpera à la main les contremarches, les portes et les carottes dans le sable. Si le modèle inclut ces canaux, il s'agit d'un modèle fermé.

Les parties du patron peuvent également être jointes de part et d'autre d'une plaque, pour faciliter le pressage des deux côtés du moule en même temps. C'est ce qu'on appelle un modèle de plaque d'allumette, et c'est très utile pour les usines avec un taux de production élevé. Parfois, les usines automatisées montent chaque partie du motif sur leur propre plaque, de sorte qu'il y ait des plaques de motif de chape et de motif de traînée individuelles.

Les modèles de moulage au sable peuvent également être utilisés pour sculpter le sable, plutôt que d'y imprimer une forme. Un motif de balayage fait tourner une lame avec un profil en forme autour d'un axe, creusant un moule. Il est utile de penser aux modèles de balayage comme un tour qui façonne l'espace négatif :les objets coulés qu'ils fabriquent auront une symétrie autour d'un axe central.

L'artisanat minutieux des indemnités

Les modèles ne sont pas les mêmes que les modèles initiaux d'une conception. Il s'agit d'un prototype de production qui reflète la dynamique de la fabrication des métaux.

Les ébénistes et les menuisiers sont souvent ceux qui finissent par travailler dans une fonderie réalisant des modèles en bois. Bien qu'ils soient principalement des menuisiers, ils doivent comprendre le comportement des métaux. Un bon modéliste sait comment ajuster son motif pour compenser le refroidissement du métal et le type d'étapes de finition nécessaires sur la pièce.

L'allocation de retrait est une correction pour compenser le retrait de solidification du métal et sa contraction pendant le refroidissement. Ces tolérances varient selon le type de métal et la taille de la pièce moulée. Les allocations typiques pour la fonte sont de 1/10 à 5/32 po/pi; pour l'acier, 1/8 à 1,4 po/pi; et pour l'aluminium, 1/16 à 5/32 po/pi. Ces tolérances incluent également une tolérance de taille pour le processus afin que le moulage soit dimensionnellement correct.

Les modélistes en cire doivent en outre être conscients que le processus de moulage en cire nécessite également une marge de retrait. Les cires pour modèles, carottes et machines ont toutes des taux de retrait différents à des températures de coulée standard. Par conséquent, le modéliste en cire doit créer un moule qui s'adapte à la fois au retrait de la cire et du métal, où le modéliste en bois pour le moulage au sable n'a qu'à se soucier du métal.

L'allocation de finition de la machine ("allocation d'usinage") est nécessaire si l'objet coulé doit être affiné après avoir été secoué. L'allocation doit fournir suffisamment de matière pour que l'usinage ne rende pas l'objet trop petit. Parfois, le fait de savoir qu'il y aura une finition à la machine aide un concepteur de modèles en bois à décider où placer les contremarches :le métal d'origine peut être serré pendant que le moulage est en cours d'usinage.

La tolérance de distorsion est un ajustement astucieux qui est apporté à un motif lorsque le métal utilisé se déforme en refroidissant. Si les angles de déplacement sont connus, le modèle peut être fait pour compenser. Cette modification est appelée "cambrure" et peut donner l'impression que le motif d'origine est déformé.

L'allocation de tirant d'eau est une modification nécessaire uniquement pour les modèles de moulage au sable, pas pour les modèles d'investissement. Les modélistes doivent s'assurer que leurs motifs peuvent être retirés du sable sans détruire la forme qu'ils ont laissée derrière eux. Cela se fait en effilant les parois du moule, tout comme les seaux pour châteaux de sable sont généralement effilés. Les angles vifs et les bords droits sont plus susceptibles de s'effriter lorsque le motif est retiré de la substance de moulage.

Peindre le motif en bois

Les motifs en bois sont souvent peints. Les motifs temporaires ne peuvent recevoir qu'une seule couche, mais les motifs permanents reçoivent généralement trois couches de peinture. Une gomme laque ou une laque aide le motif à glisser du moule, c'est pourquoi il est utile même avec un motif destiné à être utilisé une seule fois. Les peintures modernes au graphite rendent ce processus encore plus fluide.

La peinture aide également à protéger le motif de la chaleur et de l'humidité, en particulier lorsqu'il est destiné à être stocké. La peinture sur un motif doit être exempte de gouttes et de fissures :toutes les bosses à la surface du motif seront capturées lors du moulage. Une goutte de peinture au mauvais endroit pourrait provoquer l'effritement du moule.

Traditionnellement, la peinture sur les modèles de moulage était codée par couleur, les couleurs indiquant les étapes de finition qui seraient nécessaires pour le moulage. Bien que les normes ne soient plus universellement applicables, il existe encore des fonderies qui utilisent ce système de couleurs de base.

Rouge—Indique qu'aucun usinage n'est nécessaire sur cette surface de la coulée finale.
Jaune—Indique que cette surface doit être usinée lors de la coulée finale.
Noir—Indique que la surface a besoin d'un noyau et où la position du noyau pourrait se situer .
Vernis clair ou non peint—Indique une ligne de séparation ou un joint sur le moulage.

Stocker et réutiliser des motifs

Un modèle peut avoir une longue vie dans une fonderie, utilisé pour faire des centaines ou des milliers de moulages. Souvent, ces modèles sont stockés entre les cycles de production, et la nécessité et l'organisation nécessaires pour conserver une "bibliothèque" de modèles est l'une des préoccupations d'une fonderie. Les modèles doivent être stockés dans un endroit sec avec une bonne circulation d'air, mais les frais de stockage et d'assurance signifient que si les séries de production sont petites et peu fréquentes, il peut être plus facile de détruire les modèles et de les refaire ou de les envoyer à l'original. designer. Un modèle qui a été stocké à l'extérieur de la fonderie n'a peut-être pas été pris en charge correctement et peut donc ne plus jamais faire de moulage solide. Historiquement, la destruction de motifs était un processus risqué, car le motif pouvait être la capture la plus fidèle d'un design.

La question du stockage des modèles a donc été un équilibre des préoccupations. La taille et la fréquence des cycles de production doivent être mises en balance avec la cohérence d'une pièce dans le temps. L'essor du prototypage rapide et de la conception par ordinateur a modifié cette dynamique. Les modèles sont conçus et stockés numériquement, et les prototypes peuvent être imprimés en 3D, il y a donc moins de risque de les détruire. Par conséquent, une fonderie et son client décideront après avoir déterminé ce qui est le plus économique :stocker le modèle à long terme ou le recréer en cas de besoin.

Un art méconnu

Les modélistes sont des techniciens et des artisans qui prennent des prototypes et les ajustent soigneusement aux exigences de la production et aux propriétés du métal. Avec une expérience spécialisée, ils sont en mesure de suggérer des ajustements pour rendre la conception plus efficace. L'utilisation de programmes de CAO et d'algorithmes prédictifs est utile au modéliste moderne pour déterminer les défauts possibles dans le moulage des métaux, ce qui contribue à réduire les taux de défauts, mais les modélistes apportent toujours un œil humain et une main ferme au processus.

Qu'il s'agisse de sable ou de moulage de précision, un projet a commencé sa vie comme un modèle.

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