Introduction à la fonderie

Cette introduction à la coulée de métal fournit un bref aperçu et un historique du processus de coulée, ainsi qu'un aperçu des techniques de coulée courantes utilisées aujourd'hui. Le but de cet article est de donner aux nouveaux fabricants une meilleure compréhension du fonctionnement de la coulée de métal et des étapes impliquées dans la production de produits moulés. À la fin de l'article, le lecteur devrait avoir une image claire des opportunités présentées par la fonderie et une bonne appréciation de son potentiel en tant que méthode de fabrication moderne.

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Qu'est-ce que la coulée de métal ?

Le mot fonte de métal fait référence au processus de formation d'un produit ou d'une pièce à partir de métal fondu, en utilisant n'importe quel type de moule pour régir sa forme finale. Une fonte de métal, d'autre part, est un produit ou une pièce résultant du procédé de fonderie. Tout au long de cet article et ailleurs sur notre site Web, nous utilisons le mot diffusion indifféremment, soit en remplacement du processus de fonderie ou pour l'objet, une fonte de métal .

Définition de la fonderie :

Processus de fabrication au cours duquel du métal en fusion est versé dans une cavité (moule) qui maintient le métal dans une forme spécifique lors de sa solidification.

Étapes générales de la coulée de métal

1. Créez le modèle principal et la corebox. La première étape de la coulée de métal consiste à créer un objet de forme similaire à celle du produit souhaité, appelé motif . Le modèle est un outil utilisé pour produire le moule et doit être légèrement plus grand que le produit final afin de tenir compte du retrait lors de la solidification. Dans le moulage des métaux, les modèles sont souvent produits par usinage CNC. De même, les cœurs , comme indiqué à l'étape 2, sont créés à l'aide d'un autre type d'outils :boîtes de base. Les méthodes de coulée qui utilisent des moules réutilisables, comme la coulée en moule permanent, ne nécessitent normalement pas de modèles ou de boîtes à noyaux. Dans ces cas, les outilleurs peuvent produire directement le moule et le noyau.

2. Créez le moule et le noyau. Afin de produire avec succès une pièce moulée, le fabricant doit d'abord créer une cavité de moule pour contenir et former le métal en fusion. Dans de nombreux cas, ils doivent également produire un noyau qui s'adapte à l'intérieur du moule, formant des cavités creuses à l'intérieur de la pièce finale. Les moules et les noyaux peuvent être réutilisables, comme dans le cas du moulage sous pression ou du moulage permanent, ou à usage unique, comme dans le cas du moulage au sable vert ou du moulage en coquille.

3. Faire fondre l'alliage. Ensuite, le fabricant doit faire fondre le métal. Souvent, le métal utilisé est un alliage, ou un mélange d'éléments qui, ensemble, offrent des propriétés mécaniques optimales. Les procédés de fusion varient :dans sa forme la plus simple, la fusion consiste à placer l'alliage dans un récipient à point de fusion plus élevé et à le chauffer au-dessus d'un brûleur ou d'une flamme nue. Des méthodes de fusion plus contemporaines, comme la fusion par induction, reposent sur les propriétés physiques des alliages pour les faire fondre et les amener à la température de coulée plus efficacement.

4. Versez le métal en fusion dans le moule. Une fois que le fabricant a fondu l'alliage, il doit verser le métal en fusion dans la cavité du moule. Normalement, cela se fait avec une louche qui prend en charge le processus de coulée et permet aux opérateurs de contrôler la vitesse de coulée manuellement ou automatiquement. Des techniques de coulée incorrectes peuvent entraîner des défauts, car les gaz peuvent être piégés à l'intérieur du moule, entraînant des trous dans le moulage résultant.

5. Laissez le métal se solidifier. Après le coulage, le fabricant doit créer des conditions optimales pour que le métal se solidifie dans le moule. Encore une fois, les fabricants doivent tenir compte du retrait du métal en fusion lors de son refroidissement, ainsi que de la libération de gaz qui s'accumulent à l'intérieur du moule lors de la coulée.

6. Retirez le moulage du moule. Lorsque le métal s'est suffisamment refroidi et solidifié, le fabricant doit retirer la pièce coulée du moule. Dans les procédés utilisant des moules à usage unique, les opérateurs séparent simplement le moule du moulage. Pour les moules réutilisables, des revêtements spéciaux sont souvent utilisés pour empêcher le collage, et des caractéristiques permettant le retrait de la coulée (comme les broches d'éjection ) doit être conçu dans le moule.

7. Terminez le casting. La plupart des pièces moulées doivent subir des processus de finition comme le nettoyage (retirer l'excédent de matière de la pièce) ; suppression de la porte (enlevant les canaux de coulée de la pièce) ; traitement thermique (chauffage et refroidissement des pièces moulées dans un environnement contrôlé pour augmenter les propriétés physiques) et inspection pour le contrôle qualité. De nombreux produits passent également par des processus d'usinage CNC pour améliorer la précision dimensionnelle et la valeur esthétique.

Histoire de la fonderie

Une grande partie de ce que nous savons aujourd'hui sur les origines de la fonte des métaux est basée sur des découvertes archéologiques. Heureusement, la durabilité des moulages signifie que de nombreux artefacts de moulage ont survécu pendant des milliers et des milliers d'années.

Les premiers moulages étaient souvent des statues artistiques, des outils et des armes, et les premiers métaux utilisés dans le moulage étaient le cuivre et l'étain, ou un alliage fabriqué à partir des deux métaux appelé bronze. Les civilisations des continents asiatique et européen ont expérimenté d'autres matériaux et ont continué à utiliser le moulage pendant des milliers d'années. Au fur et à mesure que les processus étaient affinés et que les techniques étaient enregistrées dans un langage précis, la portée des produits moulés s'est également élargie. Au Moyen Âge, les fonderies européennes étaient principalement chargées de produire des cloches d'église.

Sur la photo de droite, le chandelier de Gloucester, un moulage élaboré à la cire perdue (investissement) produit pour la cathédrale de Gloucester en Angleterre entre 1104 et 1113 après JC.

Au 20e siècle, la fabrication automobile - dirigée en partie par les techniques de production en flux de Ford Motors - a augmenté la demande de pièces moulées et a conduit à de nouvelles percées dans les processus. L'acier a été inventé et, au milieu du XXe siècle, l'acier inoxydable était largement utilisé pour la coulée. La Première et la Seconde Guerre mondiale ont testé les limites du casting aux États-Unis, en Europe et au Japon. Les anciens processus, comme le moulage de précision, ont été affinés pour produire de meilleurs moulages plus rapidement. De nouveaux procédés, comme le moulage sous pression et le moulage en coquille, ont également été développés au cours du XXe siècle.

Processus de fonderie

Les procédés de fonderie suivants représentent certaines des techniques les plus courantes et les plus polyvalentes de l'arsenal de l'installation de fonderie. Certaines méthodes remontent à des milliers d'années tandis que d'autres ont moins d'un siècle, et chacun de ces procédés est la méthode de coulée idéale pour certains types de produits. Nous vous proposons ici un bref aperçu de chaque processus. Pour des informations plus détaillées, cliquez sur les liens fournis dans chaque section.

Casting d'investissement

La plus ancienne technique de coulée de métal encore utilisée à l'échelle industrielle, la fonderie de précision est un procédé ingénieux qui consiste à recouvrir un modèle de cire en forme de produit final dans un matériau réfractaire, puis à faire fondre la cire et à la remplacer par du métal en fusion.

En savoir plus sur le moulage de précision

• Guide de casting d'investissement (ebook)
• Capacités de moulage de précision chez Eagle Precision Cast Parts, Inc.
• Étude de cas sur le moulage de précision :de la fabrication maladroite au moulage élégant

Moulage au sable vert

La coulée au sable vert est une technique de coulée de métal polyvalente à faible coût d'outillage dans laquelle du sable humide lié à l'argile est compacté autour d'un motif pour former un moule. Les moules résultants peuvent être utilisés pour couler presque n'importe quel alliage, et la majorité du sable utilisé pour former le moule peut être récupéré et recyclé.

En savoir plus sur la coulée de sable vert

• Introduction à Greensand Casting (article de blog)
• Capacités de moulage au sable vert chez Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Moulage en coquille

Aussi connu sous le nom de coquille coulée ou moulage coque , le moulage en coquille a été inventé au milieu du XXe siècle par un ingénieur allemand, et a ensuite été perfectionné par des fabricants aux États-Unis et en Allemagne. Le processus consiste à recouvrir un motif de grains de sable recouverts de résine qui se lient les uns aux autres par application de chaleur. Le moulage en coquille offre un haut degré de précision et une excellente répétabilité.

En savoir plus sur le moulage en coquille

• Guide du processus de moulage en coquille (ebook)
• Introduction à la fonderie en coquille (série de blogs)
• Capacités de moulage de coques chez Eagle Alloy, Inc.

Moulage permanent

Le moulage en moule permanent, comme son nom l'indique, utilise des moules réutilisables au lieu des moules jetables impliqués dans le moulage au sable. L'outillage peut être compliqué à produire et les alliages sont quelque peu limités en fonction de la température de fusion, mais les séries à grand volume peuvent atteindre de faibles coûts par pièce. La répétabilité, la finition de surface et la précision sont excellentes dans les pièces coulées en moule permanent.

En savoir plus sur le moulage permanent

• Débuter avec le moulage en moule permanent (article de blog)
• Étude de cas sur les pales de ventilateur en aluminium coulé dans un moule permanent
• Capacités de moulage permanent chez Eagle Aluminium Cast Products, Inc.

Moulage Airset

Une autre variante du moulage au sable, le moulage par airset - également connu sous le nom de coulée sans cuisson- utilise du sable lié chimiquement qui se solidifie à température ambiante. Le processus peut prendre plus de temps que le moulage au sable vert ou le moulage en coquille en raison du temps nécessaire pour que les moules se solidifient, mais l'outillage est peu coûteux et une excellente précision dimensionnelle et une excellente finition de surface peuvent être obtenues grâce au moulage par airset.

En savoir plus sur Airset Casting

• Démarrer avec Airset Casting (article de blog)
• Capacités de coulée Airset chez Eagle Alloy, Inc.

Moulage sous pression

Le moulage sous pression est une autre méthode de moulage utilisant des moules réutilisables. Contrairement au moulage en moule permanent, le moulage sous pression utilise une injection à haute pression pour remplir rapidement et complètement la cavité du moule. Le moulage sous pression peut fournir d'excellents paramètres de moulage, mais les coûts de démarrage limitent souvent son utilisation à des volumes élevés.

En savoir plus sur le moulage sous pression

• Qu'est-ce que le processus de moulage sous pression ? (Vidéo)

Metalcasting :un processus de fabrication moderne aux racines anciennes

Aujourd'hui, la fonte des métaux est une industrie de 33 milliards de dollars qui représente près de 200 000 emplois rien qu'aux États-Unis. Les pièces moulées sont utilisées dans 90 % des biens durables, des équipements de construction aux dispositifs médicaux. Selon l'American Foundry Society, "la plupart des gens sont rarement à plus de 10 pieds d'un casting". Les nouvelles technologies et les processus améliorés rendent les pièces moulées en métal meilleures et plus complexes que jamais, ce qui signifie que les fonderies peuvent se développer sur de nouveaux marchés, augmentant encore la prévalence de l'industrie de la fonderie.

Les installations de fonderie s'associent régulièrement au gouvernement américain et aux universités pour garantir que l'industrie de la fonderie bénéficie de la recherche de pointe. L'un de ces partenariats avec le département américain de l'énergie a déjà permis de développer des pièces moulées plus légères, des pièces moulées nécessitant moins de post-traitement et des pièces moulées utilisant une plus large gamme d'alliages.

Des technologies relativement nouvelles, comme l'impression 3D, peuvent être utilisées en tandem avec le moulage des métaux pour créer des prototypes, des modèles et même des moules plus rapidement qu'auparavant. Les organisations de défense s'efforcent de rendre ce type de technologie, et d'autres qui peuvent aider à faire progresser l'industrie du casting dans son ensemble, plus largement disponibles. La Steel Founders Society of America (SFSA) développe actuellement une cellule robotisée qui peut être étudiée et adoptée par les fonderies membres. Leur objectif est d'améliorer l'automatisation à l'échelle de l'industrie, ce qui permet de relocaliser davantage de travaux de fonderie.

Pendant ce temps, sur le front de la sensibilisation, l'American Foundry Society (AFS) mène une variété de programmes visant à éduquer à la fois le public et les législateurs américains sur le potentiel de la fonte des métaux. De leur partenariat avec l'Association nationale des fabricants dans la promotion de la Journée de la fabrication à leur Fly-in annuel des affaires gouvernementales, AFS se donne pour priorité de préparer la prochaine génération de professionnels du casting.

Après une longue histoire d'innovation, la fonderie est toujours à la pointe de la technologie de fabrication. Alors que le processus essentiel reste le même que celui utilisé par les premiers fondeurs, le moulage a évolué au-delà de ses humbles origines pour répondre aux besoins des consommateurs modernes.

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