Comprendre les Moulages en Sable : Définitions, Types et Fondamentaux de la Coulée

Cet article traite : 1. Définition des moulages en sable 2. Classification 3. Alimentation du métal.

Définition des Moulages en Sable

Conteneur préformé en sable où l'on verse le métal fondu qui solidifie. Après coulée, pièce extraite, moule généralement détruit. Remplissage par orifice supérieur, passages pour écoulement par gravité vers toutes parties.

Pièces petites/moyennes : châssis (flask) — boîte rectangulaire sans fond ni couvercle. 2 ou 3 parties, alignées par goupilles. Serrage nécessaire avant coulée pour contrer poussée d'Archimède du métal sur la partie supérieure.

Classification des Moulages en Sable

Selon le matériau :

1. Moulages sable vert (Green sand)
2. Moulages peau sèche (Skin-dry)
3. Moulages sable sec (Dry sand)
4. Moulages liant ciment (Cement-bonded)
5. Moulages métalliques (Metal moulds)

1. Moulages Sable Vert

Humidité présente dans le sable au moment de la coulée. Grains liés par argile humide. Humidité soigneusement contrôlée. Pour pratiquement tous alliages ferreux. Disponibles en nombreux types, pièces petites, moyennes, souvent grosses.

Avantages : moins chers (matériau de base), rendement surfacique élevé, pas d'opérations/équipements de séchage, noyaux sable sec utilisés. Plus tendres → plus de liberté pour contraction au refroidissement. Moulage plus rapide.

Inconvénients : moins résistants → dommages manipulation/érosion métal. Humidité → défauts (soufflures, trous de gaz). Stockage court. Fini de surface moins lisse. Additifs (poudre charbon, organiques) = moulage à la louer.

Composition Sable Vert (Tableau 3.5) :

[Tableau omis pour brièveté]

Trois Méthodes Courantes :

• Méthode sable ouvert (Open Sand) : plus simple, moule au sol ou lit sable surélevé. Pièces simples pleines à sommet plat. Niveau, modèle pressé, pas de châssis, surface supérieure ouverte. Bassin coulée à une extrémité, canal débord sur côtés.
• Méthode encastrée (Bedded-in) : coquille (couverture sable) nécessaire. Surface supérieure pièce non plate. Modèle enfoncé dans sable sol ou cadre partiellement rempli. Dessus cadre lissé, sable de démoulage. Coquille placée, pilonnée. Canaux/réservoirs taillés, coquille levée, modèle retiré, finition surfaces, coquille remise pour fermer.
• Méthode par retournement (Turn-Over) : courante pour modèles pleins et bipartis. Moitié modèle face plate sur planche, cadre pilonné, retourné. Coquille sur autre moitié, pilonnée, retournée. Deux moitiés secouées, retirées. Coquille posée sur cadre pour assembler.

2. Moulages Peau Sèche (Skin-Dry)

Sable vert avec cuisson surface. Parfois humidité séchée sur 25 mm par chauffage/brûleurs. Gros moules courants. Pour pratiquement tous alliages ferreux/non-ferreux.

Moins chers que sable sec, plus chers que sable vert. Avantages : moins d'équipement, matériaux moins chers, moins de temps, moins d'espace. Mais moins résistants que sable sec, stockage limité (migration humidité).

3. Moulages Sable Sec

Sable ne nécessitant pas d'humidité pour développer résistance. Mélange petits/moyens travaux : 13 parties sable régénéré, 8 neuf, 1 fumier cheval/sciure. Travaux lourds : 11:9:1. Extra lourds : 10:10:1.

Surface aspergée eau mélasse. Toutes parties cuites four 150–300 °C (jusqu'à élimination humidité) → résistance, anti-érosion, surface améliorée. Pour nombreux alliages, mais surtout acier.

Petites/moyennes opérations. Grosses : sections cuites séparément, assemblées. Plus résistants, manipulation aisée, moins de dommages, stockage long. Résistent érosion, défauts humidité éliminés. Inconvénients : matériaux plus chers, main-d'œuvre coûteuse, opérations/équipements/espaces supplémentaires.

4. Moulages Liant Ciment (Cement-Bonded)

Silice + ciment Portland, séchage air. Très gros travaux ferreux, moulage en fosse, quand cuisson impossible. Haute résistance, avantages sable sec. Espace séchage air requis. Matériaux non réutilisables → coûteux.

5. Moulages Métalliques

Coulée sous pression, moule permanent, centrifugation.

Alimentation du Métal dans les Moulages Sable

Gérer l'alimentation, surtout pièces complexes, = clé pour pièces saines. Problèmes : lente abstraction chaleur grosse masse → gradients thermiques minimisés, solidification directionnelle vers nourrisseur difficile.

Facile avec alliages intervalle gel court. Difficile intervalle large. Position nourrisseurs/réservoirs pour alimenter sections épaisses isolées pendant solidification, établir gradients initiaux = crucial. Parfois gradients artificiels : blocs réfrigérants (chills), coussins isolants, sections coniques.

Cavités de retrait probables en sections T, croix (plus de volume, moins de surface d'évacuation chaleur). Solution : formes volume réduit, surface augmentée.

Croix : meilleures résultats par décalage nervures, trou noyé au centre, ou âme circulaire parois plus fines que nervures droites. Dernière partie à solidifier doit être alimentée par nourrisseur. Conception, dimensionnement, positionnement nourrisseurs/grilles/canaux = capital.

Problèmes alimentation souvent résolus par expérience, mais règles scientifiques/empiriques issues de l'expérience guident bien.

(i) Approche Transfert Chaleur (Effet Racine Carrée Temps)

[Développement théorique]

(ii) Règle de Chvorinov

Épaisseur peau uniforme : [équation]. Pour toute forme même conditions interfaces, temps solidification ∝ (V/A)².

Pour que métal nourrisseur solidifie en dernier : [condition].

Même volume, temps solidification croissant pour formes (surface décroissante) :

1. Plaques
2. Barres
3. Pavés
4. Cylindres courts
5. Sphères

Sphère théorique = plus long, mais irréalisable pour nourrisseurs. Cylindre court = plus proche, conique pour démoulage.