Optimisation des Retraits sur Modèle pour Coulées Métalliques Précises

Les retraits sur modèle, pour obtenir une pièce aux dimensions et forme correctes, dépendent de la conception de la pièce, du moule, des caractéristiques de retrait et contraction du métal. Une prédiction mathématique précise est difficile ; une approche par essais-erreurs est souvent la meilleure pour ajuster les dimensions du modèle.

1. Retrait de Solidification (Shrinkage Allowance)

Tout métal se rétracte en refroidissant. La contraction totale d'une pièce comprend trois éléments :

1. Contraction du liquide de la température de coulée à la température de solidification
2. Contraction au changement de phase liquide-solide
3. Contraction finale du solide de la température de solidification à l'ambiante

Les deux premières sont gérées dans la conception de la pièce ; la dernière est compensée par un modèle plus grand.

Si l'objet lui-même sert de modèle, la pièce serait légèrement trop petite. On utilise une règle de retrait (shrink rule) graduée plus longue. Exemple : règle pour fonte = 10 mm/m de plus que la règle standard (retrait moyen fonte).

Retraits Typiques (mm/m) :

• Fonte grise : 7 – 10,5
• Fonte blanche : 21
• Fonte malléable : 15
• Acier : 20
• Laiton : 14
• Aluminium : 18
• Alliages Al : 13 – 16
• Bronze : 10,5 – 21
• Magnésium : 18

En pratique, le retrait varie avec : conception pièce, épaisseur, dimensions, métal, température de coulée, résistance du moule à la contraction (ergots, noyaux, complexité), matériau de moulage et sa dureté, méthode de moulage.

Pour modèles métalliques coulés à partir du modèle original, un double retrait doit être prévu.

2. Dépouille (Draft Allowance)

Lors du retrait du modèle, la tendance à arracher les bords du moule est grandement réduite si les surfaces du modèle ont un léger conique (dépouille) parallèle au sens de retrait (Fig. 3.15).

Cette conicité donne un jeu pour le démoulage. La valeur dépend de : forme/taille pièce (hauteur face verticale), méthode de moulage, mode de production, complexité, moulage main ou machine. Moulage machine = dépouille minimale.

• Surfaces extérieures : ~10 à 20 mm/m
• Alésages intérieurs petits : ~30 mm/m
• Moulage sable vert : surfaces intérieures nécessitent plus de dépouille qu'extérieures

3. Retrait d'Usinage (Finishing / Machining Allowance)

Sur les plans, chaque surface à usiner porte un repère de finition indiquant qu'il faut du métal en plus. Quantité selon taille/formes, mais généralement :

• Petites/moyennes pièces : 3 mm (ferreux), 1,5 mm (non-ferreux)

Préférer surfaces usinées en cadre. Si en coquille, prévoir surplus. Dépend de : méthode usinage (tournage, alésage, rectification), caractéristiques métal (ferreux/non-ferreux, tendreté), procédé coulée (ex. centrifugation = plus de surplus côté intérieur), taille/forme (plus de surplus face supérieure qui collecte impuretés, pièces longues = gauchissement), degré de finition.

4. Retrait de Déformation ou de Cambrure (Distortion / Camber Allowance)

S'applique aux pièces de forme irrégulière (U, grandes surfaces planes) qui se déforment au refroidissement par retrait. Exemple : pièce en U → jambes divergentes au lieu de parallèles. Compensation : modèle avec jambes convergentes, qui se redressent au refroidissement. Dépend du jugement et expérience du modeleur, connaissant les caractéristiques de retrait du métal.

5. Retrait de Secouage / Battage (Rapping / Shaking Allowance)

Quand le modèle est coincé avant retrait, la cavité s'agrandit légèrement. Pour pièces moyennes, négligeable. Pour grosses pièces ou ajustement sans usinage, prévoir ce retrait en faisant le modèle légèrement plus petit.