Qu'est-ce que le moulage de précision ?

Une introduction au processus de moulage de précision

Le moulage à modèle perdu, également connu sous le nom de moulage de précision ou moulage à la cire perdue, est un processus de fabrication dans lequel un modèle en cire est utilisé pour façonner un moule en céramique jetable. Un modèle en cire est réalisé dans la forme exacte de l'article à couler. Ce motif est recouvert d'un matériau céramique réfractaire. Une fois que le matériau céramique est durci, il est retourné et chauffé jusqu'à ce que la cire fonde et s'écoule. La coque en céramique durcie devient un moule d'investissement consommable. Le métal en fusion est versé dans le moule et on le laisse refroidir. La pièce moulée en métal est ensuite cassée à partir du moule usé.

Le terme moulage à la cire perdue est dérivé du processus d '«investissement» (entourage) d'un modèle avec des matériaux réfractaires. Le moulage à modèle perdu est souvent choisi par rapport à d'autres méthodes de moulage car les pièces moulées résultantes présentent des détails fins et d'excellentes finitions de surface brutes de coulée. Ils peuvent également être coulés avec des parois minces et des passages internes complexes. Contrairement au moulage au sable, le moulage de précision ne nécessite pas de projet.

Ces qualités de processus peuvent fournir des moulages de forme nette ou de forme quasi nette, qui offrent aux clients des économies importantes en matière de matériaux, de main-d'œuvre et d'usinage. Il peut utiliser la plupart des métaux courants, notamment l'aluminium, le bronze, le magnésium, l'acier au carbone et l'acier inoxydable. Les pièces fabriquées par moulage à la cire perdue comprennent des aubes de turbine, des équipements médicaux, des composants d'armes à feu, des engrenages, des bijoux, des têtes de club de golf et de nombreux autres composants de machine à géométrie complexe.

Le processus de moulage de précision

Le processus de moulage de précision comprend plusieurs étapes :construction de matrices métalliques, production de modèles en cire, création de moules en céramique, coulée, solidification, décochage et nettoyage.

1. Construction de moules en métal

Le modèle en cire et le moule en céramique sont détruits pendant le processus de moulage de précision, de sorte que chaque moulage nécessite un nouveau modèle en cire. À moins que le moulage de précision ne soit utilisé pour produire un très petit volume (comme c'est souvent le cas pour les travaux artistiques ou les bijoux originaux), un moule ou une matrice à partir duquel fabriquer les modèles en cire est nécessaire.

La taille de la matrice principale doit être soigneusement calculée; il doit prendre en compte le retrait attendu du modèle en cire, le retrait attendu du matériau céramique investi sur le modèle en cire et le retrait attendu du moulage métallique lui-même.

2. Fabrication de modèles en cire

Le nombre de modèles en cire est toujours égal au nombre de moulages à réaliser; chaque moulage individuel nécessite un nouveau modèle de cire.

La cire chaude est injectée dans le moule ou la matrice et laissée se solidifier. Des noyaux peuvent être nécessaires pour former des éléments internes. Le modèle en cire obtenu est une réplique exacte de la pièce à produire. La méthode est similaire au moulage sous pression, mais avec de la cire utilisée à la place du métal en fusion.

3. Création de moules

Un système de porte (carotte, barres de guidage et contremarches) est fixé au moule en cire. Pour les moulages plus petits, plusieurs modèles de cire sont attachés à un système central de porte en cire pour former un assemblage en forme d'arbre. Un gobelet verseur, généralement fixé à l'extrémité des barres de guidage, sert à introduire le métal en fusion dans le moule.

L'« arbre à motifs » assemblé est plongé dans une suspension de silice à grains fins. Il est plongé à plusieurs reprises, étant recouvert d'une suspension progressivement plus réfractaire à chaque trempage. Une fois que le revêtement réfractaire atteint l'épaisseur souhaitée, on le laisse sécher et durcir; le revêtement séché forme une coque en céramique autour des motifs et du système de déclenchement.

L'épaisseur de la coque en céramique dépend de la taille et du poids de la pièce coulée, ainsi que de la température de coulée du métal coulé. L'épaisseur moyenne des parois est d'environ 0,375 po (9,525 mm). Le moule en céramique durcie est retourné, placé dans un four et chauffé jusqu'à ce que la cire fonde et s'écoule. Le résultat est une coque creuse en céramique.

4. Verser

Le moule en céramique est chauffé à environ 1000 – 2000°F (550 – 1100°C). Le processus de chauffage renforce davantage le moule, élimine les restes de cire ou de contaminants et évapore l'eau du matériau du moule.

Le métal fondu est versé dans le moule alors qu'il est encore chaud - le métal liquide s'écoule dans la coupelle de coulée, à travers le système de porte central et dans chaque cavité de moule sur l'arbre. Le moule préchauffé permet au métal de s'écouler facilement à travers des sections fines et détaillées. Il crée également un moulage avec une précision dimensionnelle améliorée, car le moule et le moulage se refroidiront et se rétracteront ensemble.

5. Refroidissement

Une fois le moule coulé, le métal refroidit et se solidifie. Le temps qu'il faut pour qu'un moule refroidisse à l'état solide dépend du matériau qui a été coulé et de l'épaisseur de la coulée en cours de fabrication.

6. Secouer

Une fois le moulage solidifié, les moules en céramique se décomposent et le moulage peut être retiré. Le moule en céramique est généralement cassé manuellement ou par des jets d'eau. Une fois retirés, les moulages individuels sont séparés de leur arbre de système de porte par impact manuel, sciage, découpage, brûlage ou par rupture à froid avec de l'azote liquide.

7. Finition

Les opérations de finition telles que le meulage ou le sablage sont couramment employées pour lisser la pièce aux portes et éliminer les imperfections. Selon le métal à partir duquel la coulée a été coulée, un traitement thermique peut être utilisé pour durcir la pièce finale.

Quand utiliser le moulage de précision

En raison de sa complexité et des besoins en main-d'œuvre, le moulage à la cire perdue est un processus relativement coûteux, mais les avantages l'emportent souvent sur le coût. Pratiquement tous les métaux peuvent être coulés à la cire perdue. Les pièces fabriquées par moulage à la cire perdue sont normalement petites, mais le procédé peut être utilisé efficacement pour des pièces pesant 75 lb ou plus.

Le moulage à modèle perdu est capable de produire des pièces complexes avec d'excellentes finitions de surface brutes de coulée. Les moulages à modèle perdu n'ont pas besoin d'avoir un cône intégré pour retirer les composants de leurs moules car les coques en céramique se détachent de la pièce lors du refroidissement. Cette fonctionnalité de production permet de concevoir des pièces moulées avec des angles de 90 degrés sans tolérance de retrait intégrée et sans usinage supplémentaire requis pour obtenir ces angles.

Le processus de moulage de précision crée des pièces avec une précision dimensionnelle supérieure; les pièces en forme de filet sont facilement réalisables et les formes finies sont souvent produites sans usinage secondaire. Chaque cycle de moulage unique nécessite une nouvelle matrice pour produire des modèles en cire. L'outillage pour le moulage de précision peut être assez coûteux; selon la complexité, les coûts d'outillage peuvent osciller entre 1 000 $ et 10 000 $.

Pour les commandes à volume élevé, le temps et la main-d'œuvre économisés en éliminant ou en diminuant l'usinage secondaire compensent facilement le coût du nouvel outillage. Les petites séries de coulée sont moins susceptibles de compenser l'investissement. Généralement, le moulage de précision est un choix logique pour une série de 25 pièces ou plus.

Il faut généralement 7 jours pour passer d'un modèle en cire fraîche à un moulage complet; la majeure partie de ce temps est consacrée à la création et au séchage du moule à carapace en céramique. Certaines fonderies ont des capacités de séchage rapide pour produire des pièces moulées plus rapidement. La nature à forte intensité de temps et de main-d'œuvre du moulage de précision n'affecte pas seulement les coûts. Les fonderies ont un équipement et une capacité de production limités, de sorte que des délais plus longs pour le moulage de précision sont courants.

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