Moules en sable :définition et classification | Coulée | Métallurgie

Dans cet article, nous discuterons de:- 1. Définition des moules à sable 2. Classification des moules à sable 3. Alimentation du métal.

Définition des moules de sable :

Un moule à sable peut être défini comme un conteneur de sable préformé dans lequel le métal en fusion est versé et laissé se solidifier. Après la coulée, il est retiré du moule en sable, le moule en sable est généralement détruit. Les moules sont remplis en versant le métal fondu dans une ouverture au sommet du moule et des passages appropriés sont réalisés pour permettre au métal de s'écouler vers toutes les parties du moule par gravité.

Les moulages de petite ou moyenne taille sont généralement fabriqués dans un flacon - un récipient rectangulaire en forme de boîte, sans haut ni fond. Le flacon peut être réalisé en deux ou trois parties, et les parties sont maintenues en alignement par des goupilles de positionnement. Il est nécessaire de serrer le ballon avant d'y verser le métal en fusion, afin d'éviter que l'effet de flottaison du métal en fusion ne soulève la partie supérieure du ballon.

Classification des moules de sable :

Selon le matériau utilisé, les moules peuvent être classés comme :

1. Moules à sable vert,

2. Moules Skin-Dry,

3. Moules en sable sec,

4. Moules à liant ciment,

5. Moules métalliques.

1. Moules à sable vert :

Les moules en sable vert sont ces moules en sable, dans lesquels l'humidité est présente dans le sable au moment de verser le métal en fusion. Les grains sont maintenus ensemble par de l'argile humide. Le taux d'humidité doit être soigneusement contrôlé. Ceux-ci sont utilisés pour la coulée, pratiquement tous les alliages ferreux. Le sable vert est disponible en de nombreuses sortes et est utilisé pour fabriquer des moules de petite, moyenne et souvent même de grande taille.

Les moules en sable vert sont les moins chers à fabriquer car le matériau de base pour ceux-ci est moins cher. Une plus grande sortie peut être obtenue à partir d'un espace au sol donné. Ceux-ci ne nécessitent aucune opération de support ni équipement mais des noyaux de sable sec doivent être utilisés. Ceux-ci étant plus mous que les moules en sable sec, permettent une plus grande liberté de contraction, lorsque les pièces moulées se solidifient et refroidissent.

De plus, le moulage prend moins de temps. Cependant, les moules de sable vert présentent certains inconvénients, à savoir qu'ils ne sont pas aussi résistants que d'autres sont susceptibles d'être endommagés lors de la manipulation ou par l'érosion du métal. L'humidité présente dans le sable peut également provoquer certains défauts dans la coulée comme des trous de soufflage, des trous de gaz, etc.

Ces moules ne peuvent pas être stockés longtemps. La finition de surface de la coulée obtenue à partir du moule de sable vert n'est pas très lisse. Parfois, des additifs tels que de la poussière de charbon ou des matières organiques sont également ajoutés, ce qui s'appelle le moulage de limon.

Le tableau suivant (3.5) montre la composition du sable vert à diverses fins :

Les trois méthodes couramment utilisées de moulage au sable vert sont :

(a) Méthode de sable ouvert :

C'est la forme la plus simple dans laquelle le moule entier est fabriqué dans le sol de la fonderie ou dans un lit de sable au-dessus du niveau du sol. Cette méthode est principalement utilisée pour les moulages solides simples avec des sommets plats.

Après un bon nivellement, le motif est pressé dans le lit de sable pour la fabrication du moule. La boîte de moulage n'est pas nécessaire et la surface supérieure du moule est ouverte à l'air. Le bassin de coulée est réalisé à une extrémité du moule et le canal de trop-plein est découpé sur les côtés de la cavité.

(b) Méthode intégrée :

Dans cette méthode, une chape, c'est-à-dire une couverture de sable, est nécessaire. Il est utilisé lorsque la surface supérieure de la coulée n'est pas plate. Le modèle est martelé dans le sable du sol de la fonderie ou dans une traînée partiellement remplie de sable pour former la cavité du moule. Le dessus de la traînée est lissé et le sable de séparation est étalé. Une chape est placée sur le motif et enfoncée.

Les patins et les élévateurs sont coupés et la boîte de chape est soulevée. Le modèle est ensuite retiré, les surfaces des moules de traînée et de chape sont terminées et la chape est replacée dans sa position correcte pour terminer le moule.

(c) Méthode de rotation :

Cette méthode est couramment utilisée pour les motifs pleins et fractionnés. Une moitié du motif est placée avec son côté plat sur une planche à moulure, une traînée est enfoncée et renversée. Ensuite, la chape est placée sur l'autre moitié du motif et est enfoncée et roulée. Les deux moitiés du motif sont secouées et retirées. Maintenant, la chape est placée sur la traînée pour l'assemblage du moule.

2. Moules à peau sèche :

Ceux-ci sont faits de sable vert avec une cuisson au sable sec. Dans certains cas, l'humidité est séchée de la couche superficielle de sable compacté jusqu'à une profondeur de 25 mm par un appareil de chauffage ou des torches à gaz. Ceux-ci sont plus courants dans les grands moules et peuvent être utilisés pour la coulée de pratiquement tous les alliages ferreux et non ferreux.

Ceux-ci sont moins chers à construire que les moules en sable sec mais plus chers que les moules en sable vert de taille donnée. Il présente les avantages de moins d'équipement, de matériaux moins chers, de moins de temps de préparation et de moins d'espace au sol par rapport au moulage en sable sec. Cependant, ils ne sont pas aussi résistants que les moisissures de sable sec et ne peuvent pas être conservés longtemps car l'humidité peut migrer à travers la peau sèche.

3. Moules à sable sec :

Ceux-ci sont fabriqués avec ce sable qui ne nécessite pas d'humidité pour développer sa résistance. Le mélange de sable pour petits et moyens travaux se compose de 13 parties de sable de sol, 8 parties de sable neuf et 1 partie de fumier de cheval ou de sciure de bois. Pour les travaux lourds, ces proportions sont de 11 : 9 : 1 et pour les travaux très lourds :10 :10 :1.

La surface du moule est aspergée d'eau de mélasse. Toutes les parties du moule sont cuites dans un four à 150-300°C (jusqu'à ce que l'humidité soit chassée) pour augmenter la résistance, résister à l'érosion et améliorer les conditions de surface. Les moules en sable sec peuvent être utilisés pour de nombreux alliages, mais sont plus couramment utilisés pour les moulages d'acier.

Ceux-ci sont principalement utilisés dans les petites et moyennes exploitations. Pour les opérations de plus grande taille, les moules en sable sec sont réalisés en tronçons et assemblés après cuisson. Les moules en sable sec sont plus solides et peuvent être manipulés plus facilement avec moins de dommages et peuvent également être stockés plus longtemps.

Ceux-ci résistent à l'érosion du métal et la tendance aux défauts liés à l'humidité est éliminée. Les inconvénients de ces moules sont qu'ils nécessitent un matériau de moulage plus coûteux, les coûts de main-d'œuvre sont élevés et une opération, un équipement et un espace supplémentaires sont nécessaires.

4. Moules à liant ciment :

Dans ces moules, du sable de silice lié au ciment Portland est utilisé comme matériau de moulage, qui sèche à l'air. Ces moules sont le plus souvent utilisés pour les très gros travaux ferreux et le moulage en fosse et dans d'autres cas, où la cuisson est impossible. Il a une résistance élevée et possède tous les avantages du sable sec.

Pour ces moules, un espace supplémentaire pour l'opération de séchage à l'air doit être prévu. Les matériaux utilisés dans ces moules ne peuvent pas être réutilisés comme les autres moules, le processus devient donc coûteux.

5. Moules en métal :

Ceux-ci sont utilisés pour les procédés de moulage sous pression, de moulage permanent et de coulée centrifuge.

Alimentation du métal dans les moules en sable :

Prendre en charge les problèmes d'alimentation, en particulier lorsque la coulée est de taille et de forme complexes, est l'aspect le plus important pour garantir des coulées saines. Des problèmes sont rencontrés en raison de la faible vitesse d'extraction de la chaleur d'une grande masse de métal. Il en résulte une minimisation des gradients de température et une difficulté à obtenir une solidification de manière directionnelle vers le doseur.

Alors qu'il est facile d'obtenir une solidification directionnelle avec des alliages qui ont une plage de congélation courte, c'est assez difficile avec des alliages qui ont une plage de congélation large. L'emplacement des mangeoires et des colonnes montantes, pour fournir du liquide chaud aux sections plus épaisses, qui peuvent s'isoler pendant la solidification, et pour établir initialement des gradients de température, est très important. Parfois, des gradients de température peuvent être établis artificiellement en utilisant des refroidissements dans les moules, des coussinets isolants et des sections coniques.

On peut noter que des cavités de retrait sont susceptibles de se former dans des sections telles que des T_s et des croix, etc. qui mettent plus de temps à se solidifier car dans de tels cas, le volume de métal est plus important et la surface à travers laquelle la chaleur peut s'échapper est réduite. La solution consiste donc à fournir des formes dans lesquelles le volume de métal est diminué et la surface à travers laquelle la chaleur peut s'échapper est augmentée.

Dans le cas des croix, les meilleurs résultats peuvent être obtenus soit en échelonnant l'emplacement des nervures, soit en introduisant un trou carotté au centre de la croix, soit en utilisant une âme circulaire dont les parois sont plus fines que les nervures droites. Il faut s'assurer que la dernière portion à solidifier sera alimentée en métal provenant de l'alimentateur. La conception, le dimensionnement et l'emplacement des mangeoires, des vannes et des canaux sont donc les plus importants.

Habituellement, les problèmes d'alimentation sont mieux résolus par l'expérience, mais certaines règles scientifiques et empiriques développées avec l'expérience se révéleront être un bon guide pour résoudre ce problème.

(i) Approche de transfert de chaleur (effet de temps de racine carrée) :

(ii) Règle de Chvorinov :

D'après la règle de Chvorinov, épaisseur d'une peau uniforme,

Ainsi, pour toute forme où les mêmes conditions aux limites d'interface sont vérifiées, selon la règle de Chvorinov, le temps de solidification est directement proportionnel au carré du rapport volume/surface.

Afin de garantir que le métal dans le chargeur se solidifie en dernier,

Pour un même volume, le temps de solidification augmentera progressivement pour les formes suivantes dans l'ordre car leurs surfaces pour un même volume diminuent :

je. Assiettes,

ii. barres,

iii. cuboïdes,

iv. cylindres courts,

v. sphères.

Cependant, théoriquement, la sphère prend le plus de temps à se solidifier, mais n'est pas faisable pour les mangeoires. Le cylindre court est le plus proche et il est conique pour faciliter le moulage.