Coulage au sable :processus et caractéristiques | Secteurs | Métallurgie

Dans cet article, nous discuterons du processus et des caractéristiques du moulage au sable.

Processus de moulage au sable :

L'importance du moulage au sable augmente de jour en jour, car la recherche scientifique a entraîné de nombreuses applications et adaptations dans le domaine de l'industrie du moulage. C'est probablement le moyen le plus simple et le plus pratique de donner la forme souhaitée au métal.

Le sable est le matériau le plus couramment utilisé, car il peut être facilement emballé dans n'importe quelle forme, a une perméabilité élevée et une résistance aux températures élevées. Ainsi, des formes complexes peuvent être facilement coulées en utilisant des moules en sable, ce qui ne serait peut-être pas possible autrement. Afin de garantir des avantages de coût et de qualité optimaux, les détails de conception suivants doivent être dûment pris en compte.

La figure 3.41 montre un organigramme du processus de moulage au sable.

Systèmes de coulée automatisés :

Afin d'obtenir des coûts de matériaux et de main-d'œuvre inférieurs, une productivité accrue, une meilleure qualité et de meilleures conditions de travail, la tendance est à l'automatisation de la fonderie complète. Récemment, des tentatives ont été faites pour des systèmes de coulée par induction automatisés.

Les systèmes de coulée automatisés servent d'interface entre la fabrication du moule et la fusion. Ces systèmes maintiennent le métal en fusion prêt à être versé et versent le métal en fusion dans le moule exactement selon les besoins.

Les fours de coulée à induction, utilisant des bouchons contrôlés pour verser le métal en fusion directement dans le moule ou en quantités dosées dans des poches de coulée intermédiaires, sont utilisés à cette fin et ceux-ci possèdent les caractéristiques suivantes - Maintenir la température et la composition chimique du métal en fusion constantes pendant tenir et verser; éliminer les inclusions de scories du métal en fusion coulé; ajouter des inoculations et des matériaux d'alliage au bon moment et en quantités exactement mesurées ; ajuster le débit de coulée à la capacité d'admission du moule ; mesurer exactement le poids du métal coulé.

Un tel four de coulée se compose d'une enveloppe cylindrique avec revêtement réfractaire, d'un couvercle scellé sous pression, d'un inducteur à canal bridé, d'un bouchon et d'un système de contrôle de la pression. Le remplissage et la coulée se font par des conduits en forme de siphon, dont les extrémités inférieures sont situées à la base du four, pour assurer une coulée pratiquement sans scories.

Le gaz sous pression force le métal en fusion dans la buse de coulée du four à travers un bouchon. Le gaz sous pression maintient également le niveau de métal fondu dans la buse constant quelle que soit la quantité variable de métal dans le four. La vitesse de coulée du métal est contrôlée par le mouvement du bouchon.

Un servo-vérin pneumatique règle en continu la course de la butée en fonction du programme de coulée.

Les positions de coulée n'étant pas toujours les mêmes, le four peut se déplacer dans deux directions (longitudinale et transversale) par rapport à l'installation de moulage. Un dispositif de basculement hydraulique permet de vider complètement le four.

L'inducteur coudé est bridé à la base du four. La bride est refroidie par eau. En raison de la tendance du métal plus chaud à monter, la zone autour de la gorge est en grande partie exempte de formation de croûte, ce qui la rend accessible pour le nettoyage mécanique. L'inducteur lui-même est facilement accessible de l'extérieur du four. En raison de sa hauteur hors tout relativement faible, le four n'a pas besoin d'être placé dans une fosse, mais peut être installé sur le sol de la fonderie.

Les siphons de remplissage et de versement sont également faciles à nettoyer mécaniquement. Les particules d'oxyde en suspension produites dans les conduits de siphon, notamment lorsque le métal en fusion est traité au magnésium, se déposent sur le revêtement réfractaire. Les parties supérieures des siphons de remplissage et de versement sont donc bridées pour un nettoyage aisé.

Les fours de coulée à induction éliminent les inclusions de scories, garantissent les vitesses de coulée requises, mesurent exactement le poids du métal en fusion et maintiennent la température de la masse fondue constante pendant la coulée. Le métal en fusion doit être coulé à un débit adapté à la capacité d'admission du moule.

Parmi les dernières avancées de la fonderie, citons la surveillance électronique du processus de coulée, qui peut être soit contrôlée en boucle ouverte à l'aide du principe d'apprentissage, soit contrôlée en boucle fermée en régulant le niveau de la porte du moule.

La productivité peut être considérablement augmentée en utilisant des poches intermédiaires, fonctionnant soit comme des systèmes basculants, soit avec une commande de bouchon lorsque des exigences particulières sont imposées au processus de coulée.

Les systèmes de coulée modernes et automatisés permettent un fonctionnement continu de la fonderie en maintenant le métal en fusion prêt à être coulé à tout moment et en veillant à ce qu'il soit versé dans le moule exactement comme requis.

Disposition de contrôle :

Un moulage au sable est produit en versant le métal en fusion dans le moule à travers un orifice appelé « porte ». C'est la pratique conventionnelle de placer la porte soit au niveau de la ligne de joint, soit dans la partie la plus basse de la coulée.

Le système d'obturation (comprenant un bassin de coulée, une cheminée d'injection, une glissière, des vannes, etc.) permet d'obtenir le fins suivantes :

(i) Diriger le métal en fusion dans le moule avec un minimum de turbulence. Une turbulence excessive provoque une aspiration d'air et la formation de scories.

(ii) Remplir complètement le système de moule. (Il devrait le faire avec le moins de perturbations, favorisant ainsi la propreté et réduisant l'oxydation).

(iii) Répartir le métal avec le moins de perturbations afin de réduire l'érosion du matériau du moule et les inclusions de sable qui en résultent.

(iv) Pour écumer ou séparer les crasses ou autres matières étrangères, c'est-à-dire que lorsque le métal s'écoule à travers le système d'obturation, le sable meuble, les oxydes et les scories doivent être empêchés de pénétrer dans la cavité du moule en fournissant une action d'écumage. (Il est souhaitable que les appendices, qui entravent l'écoulement du métal, ne soient pas utilisés. De même, les noyaux minces ou les parois de séparation, qui pourraient s'écailler lorsqu'ils sont soumis à du métal chaud, doivent être évités dans la conception).

Les sections plus lourdes doivent être alimentées avec suffisamment de métal chaud à travers les têtes et les colonnes montantes pour compenser la tolérance de retrait.

Exigences d'un système de déclenchement idéal :

Comme déjà mentionné, le système de porte comprend un bassin de coulée, des carottes, des glissières, des contremarches et des portes. Le système de déclenchement doit favoriser des gradients de température favorables à la solidification directionnelle. La vitesse d'entrée du métal doit être minimale et sans turbulence pour éviter l'érosion des surfaces du moule et du noyau. Le système de porte doit être enfoncé aussi fort ou plus dur que la cavité du moule.

Diverses parties du système de déclenchement doivent être arrondies, lisses et profilées pour éviter les turbulences et l'érosion. Il doit éviter la formation d'oxydes et autres crasses et être exempt de sable meuble et empêcher leur passage sur la coulée. Un coureur doit être étendu sur une certaine distance au-delà de la dernière porte pour piéger les crasses du premier flux de métal. Les crasses et les scories présentes dans la poche ne doivent pas être transportées vers la cavité du moule.

Le système d'obturation doit éviter l'entraînement ou l'absorption d'air/gaz dans le métal lors de son passage à travers celui-ci. Le métal avec une surchauffe excessive peut augmenter la teneur en gaz du métal et peut produire plus de scories et influencer négativement la solidification directionnelle. Les portes doivent conduire le métal vers les sections les plus lourdes d'un moulage, de préférence en dessous ou à travers une colonne montante. Enfin, le portail doit être pratique et économique à réaliser.

Système de coulée :

Les points importants à considérer dans la conception du système de coulée des pièces moulées sont :

(i) L'écoulement de liquide ne doit pas endommager (éroder) les parois du moule.

(ii) Le liquide ne doit pas transporter de sable ou de matières brutes dans le moulage.

(iii) L'aspiration de gaz dans le courant de métal en fusion doit être évitée.

(iv) Coulée du métal avec une perte de température minimale et établissement d'un gradient de température sur les surfaces du moule et à l'intérieur du métal pour aider à la solidification directionnelle vers la colonne montante.

Tout cela peut être réalisé par une conception appropriée du système de déclenchement et un système de porosité approprié.

Afin qu'aucun air ne soit absorbé par le métal liquide lors de son passage descendant dans la grille, la forme de la grille doit être telle que la pression du liquide en tout point du passage de la grille ne soit pas inférieure à la pression atmosphérique. Ceci est possible lorsque les côtés de la porte vers le bas sont rendus hyperboloïdes en section.

Étant donné que la forme hyperbolique est difficile à produire, une section conique avec un diamètre supérieur en haut et plus petit en bas peut servir le but. Dans la pratique, un bassin de coulée est prévu au sommet et le métal est alimenté via une cheminée verticale conique et une courte porte horizontale, comme illustré à la figure 3.43. Cet agencement minimise l'oxydation et réduit les dommages à la cavité du moule car la force du métal entrant est réduite.

La section transversale de la carotte peut être circulaire, carrée ou rectangulaire. La taille de la carotte varie généralement de 10 mm carré pour les petites pièces moulées (inférieures à 12 kg) à environ 20 mm carré pour les pièces moulées lourdes. La taille de la carotte doit être suffisante pour qu'elle reste pleine pendant toute l'opération de coulée et que le métal ne pénètre pas dans la cavité du moule à grande vitesse, provoquant des éclaboussures et des turbulences.

Si la carotte est droite avec des angles vifs, une forte aspiration entraînant des turbulences dans le métal se produit. L'aspiration est négligeable sans turbulence, si la carotte est conique, les coins arrondis, le puits de coulée fourni et le bassin de coulée de type barrage réalisé.

Le bassin de coulée réduit également l'effet d'érosion du flux de métal liquide provenant directement du four et il aide à maintenir une tête de coulée constante. Une passoire en céramique pourrait être placée au sommet de la carotte pour éliminer les crasses.

Un noyau de projection en céramique pourrait être placé au fond de la carotte pour réduire la force d'érosion du flux de métal liquide. Un piège à skim bob placé dans une porte horizontale pourrait être prévu pour empêcher les impuretés plus lourdes et plus légères de pénétrer dans le moule.

Conception du portail :

La porte est définie comme l'ouverture du canal (voie de passage commune pour fournir le métal au nombre de cavités) au moule. La taille et l'emplacement de la porte doivent être tels qu'ils assurent un remplissage rapide du moule, une distribution du métal dans la cavité du moule à une vitesse appropriée, sans perte de température excessive, turbulence, érosion minimale du moule, sans piégeage de gaz et de scories, pas de développement de fissures lors du refroidissement et retrait facile de la porte sans endommager le moulage.

Pour empêcher le sable et les crasses de pénétrer dans la cavité du moule et pour permettre au métal de tomber dans un petit ruisseau, un grand bassin de coulée est prévu sur le dessus de la colonne de coulée ou un noyau de crépine peut être installé dans la coulée. bassin.

Si le métal est versé très lentement dans une cavité de moule, la solidification peut commencer alors qu'il n'est même pas complètement rempli. S'il est versé très rapidement, une vitesse élevée érodera la surface du moule. Ainsi, une vitesse de coulée optimale est essentielle.

Les portes, en fonction de leur position, peuvent être de type haut, de séparation et de bas. Dans le cas d'un déclenchement supérieur, le métal en fusion est versé dans la tête ou la colonne montante. Ainsi, l'érosion de la moisissure par chute de métal doit être assurée en fabriquant des moisissures dures. Dans ce cas, le métal chaud reste au sommet et ainsi des gradients de température appropriés sont établis pour la solidification directionnelle vers la colonne montante. La porte supérieure peut être conçue pour servir de colonne montante.

Les portes supérieures sont généralement limitées à des moules petits et simples ou à des pièces moulées plus grandes fabriquées dans des moules en matériau résistant à l'érosion. Le top gating n'est pas conseillé pour les métaux légers et oxydables comme l'aluminium et le magnésium en raison de la crainte de piégeage dû à une coulée turbulente.

Dans le système d'obturation de la ligne de séparation, le métal pénètre dans la cavité du moule au même niveau que le joint de moule ou la ligne de séparation. La carotte est reliée à la coulée par une porte dans une direction horizontale. Il est ainsi possible de prévoir un skimbob ou un skim-gate pour piéger d'éventuelles scories ou sable dans le métal. Le starter servant de restriction contrôle le débit.

Dans le système de déclenchement inférieur, le métal en fusion s'écoule au fond de la cavité du moule dans la traînée et entre au fond de la coulée et monte doucement dans le moule et autour des noyaux. Les vannes inférieures sont les mieux adaptées aux pièces moulées en acier de grande taille. Les turbulences et l'érosion des moisissures sont moindres dans ce cas. Cependant, le temps nécessaire pour remplir le moule est plus long.

La solidification directionnelle est difficile à réaliser dans la grille inférieure car le métal continue de perdre sa chaleur dans la cavité du moule et lorsqu'il atteint la colonne montante, le métal devient beaucoup plus froid.

Effet d'aspiration :

Dans une conception de moule défectueuse, la vitesse du métal peut être élevée et donc la pression peut tomber en dessous de l'atmosphère et les gaz provenant de la cuisson des composés organiques peuvent altérer le flux de métal en fusion, produisant des pièces moulées poreuses.

Deux cas sont possibles dans les moules où une pression négative peut être ressentie. L'un est dans la conception de la carotte et l'autre, où un changement soudain de direction d'écoulement a lieu. En se référant à la figure 3.47, on verra que la pression aux points 1 et 3 est atmosphérique.

D'après le théorème de Bernoulli, la pression sera négative à 2, si la carotte est représentée par des lignes pointillées. Pour surmonter ce problème, la carotte doit être conique, de préférence avec une courbe comme indiqué en trait ferme entre 1 et 2.

Une autre condition est illustrée à la figure 3.48, où en raison du changement de direction d'écoulement du métal, un effet de contraction de la veine est ressenti. Pour éviter une pression négative dans cette région, la forme du moule doit être conforme au profil de contraction de la veine.

Rapport de déclenchement :

Le rapport de déclenchement est défini comme le rapport de la surface de coulée à la surface totale du canal à la surface totale de la porte. Un rapport de déclenchement de 4 :3 :2 donne un système sous pression. Dans ce système, les proportions de la carotte, du canal et de la section transversale de la vanne sont agencées de telle sorte que la contre-pression est maintenue sur le système de vanne par une restriction de film fluide au niveau des vannes. Ce système est adopté pour les métaux comme l'acier, le fer, le laiton, etc.

Le système de porte sous pression est maintenu plein de métal. La contre-pression due à la restriction au niveau des portes tend à minimiser le risque d'arrachement du métal des parois du moule avec une aspiration d'air conséquente. Les systèmes sous pression sont généralement plus petits en volume pour un débit de métal donné que les systèmes non pressurisés.

Ainsi, il reste moins de métal dans le système d'injection et le rendement de coulée est plus élevé. Cependant, de fortes turbulences peuvent se produire aux jonctions et aux coins, à moins qu'une rationalisation soigneuse ne soit utilisée. Une vitesse élevée et des turbulences entraînent le piégeage, la formation de scories et l'érosion des moisissures.

Dans le cas d'un système sans pression, la restriction principale du fluide se situe au niveau ou très près de la carotte. Les rapports de déclenchement comme 1 :3 :3, 1 :2 :2 produiront un système sans pression. Un tel système est adopté pour les métaux légers et oxydables comme l'aluminium et le magnésium, où la turbulence doit être minimisée en ralentissant la vitesse d'écoulement du métal.

Dans le cas des systèmes sans pression, une conception soignée est requise pour garantir qu'ils restent remplis pendant le versement. Les patins de traînée et les portes de chape aident à maintenir un patin plein, mais une rationalisation soigneuse est essentielle pour éliminer les effets de séparation et l'aspiration d'air qui en résulte.

Solidification directionnelle :

Au fur et à mesure que le métal en fusion dans le moule se refroidit, il se solidifie et se contracte en volume. Étant donné que toutes les parties d'une pièce moulée ne refroidissent pas à la même vitesse en raison de sections variables, de taux variables de perte de chaleur vers les parois de moule adjacentes, etc., des vides et des cavités sont susceptibles de se former dans certaines régions de la pièce moulée.

Dans une bonne conception de coulée, ces vides sont remplis de métal liquide à partir de la partie de la coulée qui est encore liquide. Ainsi, la solidification doit se poursuivre progressivement depuis la section la plus mince qui se solidifie en premier vers les contremarches, qui doivent être les dernières à se solidifier. Ce processus est connu sous le nom de « solidification directionnelle », qui vise à produire des moulages sonores.

La solidification directionnelle peut être assurée en concevant et en positionnant correctement le système de déclenchement et les contremarches, en augmentant l'épaisseur de certaines sections de la coulée par l'utilisation de rembourrage, en utilisant des matériaux exothermiques dans les contremarches ou dans le sable de parement autour de certaines parties de la coulée, en utilisant frissons dans les moules.

Les impuretés peuvent être empêchées de pénétrer dans le moulage en observant les points suivants :

(i) La fourniture d'un bassin de coulée de taille adéquate aide à briser la force d'érosion du flux de métal en fusion, lorsqu'il est versé à partir d'une poche. Une conception appropriée du bassin de coulée régule le taux d'entrée du métal, permet au métal de s'écouler en douceur dans la carotte et empêche les turbulences.

(ii) La présence d'une crépine en céramique dans la cheminée d'injection aide à empêcher les crasses de la poche de pénétrer dans la coulée.

(iii) L'impact maximum est ressenti au fond des carottes verticales d'où le sable est susceptible de s'éroder et d'entrer dans le moule. Ceci peut être évité en fournissant un noyau d'éclaboussure en céramique au bas de la carotte verticale.

(iv) Les angles vifs du chemin d'écoulement du métal doivent être profilés pour éviter les turbulences et les poches mortes (voir la figure 3.46).

(v) La fourniture de skim bob aide à piéger les impuretés plus lourdes et plus légères s'écoulant vers la coulée.

Épaisseur de la section :

L'épaisseur de section minimale qui peut être coulée pour divers métaux est limitée en raison de la différence de température de solidification et de fluidité. Une épaisseur de section minimale qui fournira la résistance ou le poids nécessaire, sans nécessiter de températures excessives pour assurer le fonctionnement, doit être utilisée.

Les valeurs normales d'épaisseur minimale pour les pièces moulées de conception simple sont de 3 mm pour la fonte, 2,25 mm pour la fonte malléable, 6 mm pour l'acier, 2,25 mm pour le laiton et le bronze et 3 mm pour l'aluminium. Si la longueur d'écoulement est supérieure, une épaisseur supérieure aux valeurs indiquées ci-dessus doit être fournie. La valeur minimale d'épaisseur pour obtenir des moulages sains sera élevée, s'il y a des complexités dans la cavité du moule.

Il doit y avoir la plus grande uniformité possible de section métallique entre les bossages et les ergots et le corps de la pièce moulée afin de permettre une alimentation adéquate du bossage ou de l'ergot.

Augmentation :

La colonne montante est un trou découpé ou moulé dans la chape pour permettre au métal en fusion de s'élever au-dessus du point le plus élevé de la coulée. Il fournit un contrôle visuel pour assurer le remplissage de la cavité du moule.

Il sert d'alimentateur pour alimenter le métal en fusion dans la cavité de coulée principale pour compenser le retrait. La conception de la colonne montante doit être telle qu'elle établisse des gradients de température dans la coulée de sorte que la coulée se solidifie en direction de la colonne montante. Il facilite également l'éjection de la vapeur, du gaz et de l'air de la cavité du moule tout en remplissant le moule avec le métal en fusion.

Pour une meilleure solidité, en cas de coulée avec des sections minces, plusieurs colonnes montantes peuvent être utilisées. Pour plus d'efficacité, la colonne montante doit être la dernière partie de la coulée à se solidifier.

Dispositions de la colonne montante :

Une fois le moule rempli, le métal pénètre dans les colonnes montantes. Les colonnes montantes servent de réservoir et de régulateur de gradient thermique et fournissent le métal fluide nécessaire pour compenser le métal liquide et le retrait de solidification. Les colonnes montantes sont généralement situées dans la partie la plus haute de la section alimentée.

Selon le métal coulé, leur volume est maintenu entre 25 et 55 % de la coulée. Il est important de noter que les contremarches sont convenablement situées de sorte qu'il n'y ait pas besoin d'un enlèvement excessif de métal pour produire le contour fini. Les colonnes montantes sont reliées à la coulée par un col métallique appelé grille qui permet de retirer facilement la colonne montante de la coulée après solidification.

Conception de la colonne montante :

Si aucune colonne montante n'est fournie pendant la coulée, la solidification commencera à partir des parois et le métal liquide au centre sera entouré d'une coque solidifiée et le liquide se contractant produira des vides vers le centre de la coulée. Un refroidissement supplémentaire du solide au centre crée des contraintes indésirables dans la coulée.

La fourniture de colonnes montantes surmonte ces problèmes car celles-ci fournissent du métal en fusion pour une coulée en solidification. A cet effet, les colonnes montantes doivent être suffisamment grandes pour rester liquides après la solidification de la coulée et doivent contenir suffisamment de métal pour assurer les pertes de contraction. De plus, ceux-ci doivent être positionnés de manière à continuer à fournir du métal pendant toute la période de solidification.

Conception et positionnement des contremarches :

La forme la plus efficace d'un riser d'une certaine taille est celle qui se traduit par un minimum de déperdition thermique, restant ainsi chaude et gardant le métal à l'état fondu le plus longtemps possible. En d'autres termes, une colonne montante doit être conçue avec le volume minimum possible tout en maintenant une vitesse de refroidissement inférieure à celle de la coulée.

La meilleure forme pour la série générale de moulages pour atteindre l'objectif ci-dessus est le cylindre. La hauteur de la colonne montante doit être suffisamment élevée pour qu'aucun tuyau formé à l'intérieur ne puisse pénétrer dans le moulage. Le rapport hauteur/diamètre varie généralement de 1 :1 à 3 :2.

Le diamètre optimal de la colonne montante pour une coulée donnée peut être obtenu par les règles suivantes :

(a) Règle de Chvorinov :

Il indique que le temps de congélation

(b) Méthode de Caine :

Cette méthode est basée sur le temps de congélation relatif de la coulée et du riser. Il définit le temps de congélation relatif de la coulée et du riser.

Il définit le temps de congélation relatif jusqu'à la solidification complète comme le rapport surface de coulée ÷ volume de coulée :surface de riser ÷ volume de riser.

Selon Caine, (1) si la coulée se solidifie infiniment rapidement, le volume de la masselotte doit être égal au retrait de solidification de la coulée, et (2) si la masselotte et la coulée se solidifient à la même vitesse, la masselotte doit être infiniment grand.

Fig. 3.49, montre cette relation hyperbolique entre le temps de congélation relatif et le volume relatif.

De plus, pour une coulée avec un faible rapport A/V, comme dans le cas d'un cube et d'une sphère, une colonne montante centrale peut être capable d'alimenter toute la coulée. Cependant, lorsque le rapport A/V est élevé, comme dans le cas d'une barre et d'une assiette, plus d'une colonne montante est nécessaire. Un emplacement correct de la colonne montante est essentiel dans un tel cas.

Pour une plaque d'acier de 100 mm d'épaisseur, une colonne montante centrale est adéquate si la distance d'alimentation maximale est inférieure à 4,5 t du bord de la colonne montante [Voir Fig. 3.51 (a)]. Si plusieurs colonnes montantes sont nécessaires, la distance entre les deux bords les plus proches des colonnes montantes doit être inférieure à 4 t [Voir Fig. 3.51 (6)].

Pour une barre de section carrée de 50 à 200 mm de côté (s), une contremarche centrale est bonne si la distance d'alimentation maximale est de 30 s du bord et la distance entre deux contremarches (bords les plus proches) doit être inférieure à 1,2 s.

La distance d'alimentation de la colonne montante peut être augmentée en utilisant des refroidissements, ce qui fournit un gradient thermique important et diminue la résistance à l'alimentation. Dans le cas d'un seul riser, le froid doit être placé à l'extrémité et pour plus d'un riser, il doit être placé à mi-chemin entre deux risers.

Le placement correct de la colonne montante est tout aussi important car il doit être capable d'alimenter efficacement la coulée en cours de solidification. Si le moulage est de forme cubique ou sphérique (c'est-à-dire de forme trapue ayant une faible valeur de A_c /V_c ) alors une seule colonne montante suffit pour alimenter la coulée lors de la solidification. Cependant, lorsque la valeur de A_c /A_c est élevé (comme dans le cas des pièces moulées en forme de barres et de plaques), plusieurs colonnes montantes peuvent être nécessaires.

Si une seule colonne montante est utilisée dans de tels cas, l'état de gadoue juste avant la solidification peut restreindre l'écoulement du métal à partir d'une seule colonne montante et provoquer un rétrécissement de la ligne centrale. En règle générale, on peut dire qu'une seule colonne montante est adéquate, si la longueur d'alimentation est inférieure à 4,5 fois l'épaisseur de la plaque pour des plaques d'acier de 12 à 100 mm d'épaisseur.

Dans le cas de barres carrées de taille (côté) 50 à 200 mm, une colonne montante centrale peut être utilisée pour des distances inférieures à 6 fois la taille de la barre en V. Des distances d'alimentation plus longues que ci-dessus sont possibles grâce à l'utilisation de refroidissements, qui augmentent la vitesse de refroidissement et réduisent la résistance d'alimentation de la ligne centrale. Dans le cas d'alliages ayant une résistance à l'alimentation médiane supérieure à celle de l'acier, des refroidissements doivent être utilisés pour assurer la solidité des parties de la coulée nécessitant la plus grande résistance.

Des matériaux exothermiques sont parfois utilisés dans les colonnes montantes pour produire une solidification directionnelle en créant de la chaleur. Ils sont constitués d'oxydes de métaux comme le fer, le chrome, le nickel ou le cuivre et l'aluminium métallique sous forme de poudre.

Ces composés peuvent être soit ajoutés à la surface du métal en fusion dans la colonne montante juste après la coulée, soit ajoutés au sable des parois des colonnes montantes. Une réaction chimique a lieu en raison du contact avec le métal en fusion produisant une grande quantité de chaleur. Ainsi, le métal dans la colonne montante est surchauffé et reste fondu plus longtemps.

La présence de coussinets et de manchons isolants autour des élévateurs aide à conserver la chaleur. La fourniture de refroidissements appropriés aux emplacements souhaités contribue également à favoriser la solidification directionnelle.

Influence de la consolidation :

La conception de la section de coulée doit être telle qu'elle permette aux colonnes montantes de répondre aux besoins d'alimentation en métal chaud et de contrôle de la solidification directionnelle. Par exemple, sur la figure 3.52, le métal fondu se solidifiera vers l'intérieur à partir de l'interface du moule métallique par solidification progressive.

Avec des conditions appropriées de différentiels de température, l'intersection du gel progressif se déplacera vers le haut jusqu'à l'emplacement du point le plus chaud, qui devrait se trouver dans la colonne montante. C'est ce qu'on appelle la « solidification directionnelle » .

Si la hauteur d'une section est trop élevée par rapport à sa section transversale, alors la vitesse de solidification progressive dépassera la solidification directionnelle et entraînera une fine porosité de la ligne centrale ou même une plus grande ou une série de grandes cavités. Afin d'éviter une telle condition, il est essentiel que la section transversale se rétrécisse vers le bas en étant plus grande en haut et plus petite en bas.

Proportionnement des sections :

Si les sections peuvent être alimentées de manière adéquate, les limites du dosage des sections ne sont pas aussi critiques que la conception de la jonction. Les contraintes de contraction dues à des gradients de température très différents doivent être prises en compte. Il est normalement possible de produire des pièces moulées sans recours à des refroidisseurs où les épaisseurs de sections ne sont pas inférieures à 80 % ou supérieures à 120 % de la section adjacente, en ce qui concerne les variations de section éloignées des contremarches.

Joints et retrait :

Les cavités de retrait causées par une solidification directionnelle inappropriée sont le plus souvent susceptibles de se produire dans les sections L, T, Y, X et lorsque de grandes sections sont jointes de manière abrupte avec de petites sections. Ce qui se passe dans ces sections, c'est qu'il y a une masse plus importante au point de jonction par rapport aux pattes, la zone du point de jonction devient un point chaud avec un gel directionnel progressant vers le point chaud, qui à son tour alimente les pattes et développe la cavité de rétraction .

Le point chaud peut être éliminé soit en rendant la section plus uniforme, soit en utilisant des frissons près de la section transversale de la plus grande masse (Voir Fig. 3.53). Bien que tous les efforts doivent être faits pour éviter l'isolement des sections lourdes qui peuvent devenir des « points chauds », cela devient parfois difficile.

Dans de telles circonstances, il appartient au fondeur de contrôler la congélation au moyen de :

(i) Manipulation spéciale de la position des contremarches dans le moule,

(ii) Contrôle de la vitesse de coulée,

(iii) Utilisation de métal chaud dans les contremarches,

(iv) Utilisation de matériaux de moulage de caractéristiques thermiques différentes.

Congés :

Des filets adéquats à toutes les intersections augmentent considérablement la solidité et la solidité des pièces moulées. La taille des congés dépend du métal utilisé, de la forme et de l'épaisseur de la section de paroi et de la taille de la pièce moulée. Le rayon du congé ne doit pas être supérieur à l'épaisseur de la section.

Éliminer les larmes chaudes :

Dans une coulée, les déchirures à chaud résultent de gradients de température, établissant différentes vitesses de contraction lors de la solidification et induisant ainsi des contraintes dues à la résistance du sable d'une ampleur suffisante pour provoquer une rupture. Ceux-ci peuvent être minimisés en adoptant une bonne conception, c'est-à-dire en évitant les changements brusques de section, les angles vifs et les âmes non uniformes reliées aux ailes.

Élimination des gaz dans les moulages :

Les gaz dans les pièces moulées peuvent apparaître sous forme de trous de gaz (grands trous, peu nombreux répartis à plusieurs endroits dans la pièce moulée), trous d'épingle (petits trous, en grand nombre près du sommet de la pièce moulée), trous d'épingle (petits trous répartis dans toute la pièce moulée ). Une conception appropriée de la colonne montante et une ventilation adéquate des moules perméables sont essentielles pour éviter ces défauts.

Une autre source de gaz provient des gaz dissous dans le métal liquide à haute température, qui se dégagent lors du refroidissement. La fusion sous vide et le dégazage sous vide (en plaçant du métal liquide dans une chambre à basse pression pour éliminer les gaz dissous) peuvent être utilisés pour réduire les gaz dans les masses fondues.

Caractéristiques des moulages au sable :

1. Comme la solidification du métal se fait dans des conditions de non-équilibre, les pièces moulées sont sensibles aux fissures de refroidissement si la conception n'est pas soignée. Les problèmes de retrait peuvent être résolus en favorisant la solidification directionnelle par l'utilisation de cônes, de froids métalliques dans les parois du moule et de réduction des points chauds aux jonctions de sections uniformes.

2. Le métal solidifié a une mauvaise finition. La surface est affectée par la finition du motif, la structure du sable, les pansements de moule, la ventilation du moule et l'accès au moule pour nettoyer les particules de sable libres avant la fermeture du moule.

3. Les moulages en sable sont suffisamment poreux et, par conséquent, ne peuvent pas être utilisés pour des récipients étanches à la pression (généralement utilisés jusqu'à 10 kg/cm ² ).

4. La structure obtenue par moulage au sable est lâche et donc pas plus résistante que les produits forgés.

5. Comme les grains ne sont pas proches, le moulage a une densité plus faible et une résistance médiocre.

6. Les pièces moulées obtenues par moulage ont une bonne dureté. Les contraintes internes peuvent être éliminées en évitant les angles vifs et les contraintes physiques.

7. Les moulages en sable ont une mauvaise ductilité.

8. La méthode de moulage convient aux pièces moulées moyennes et particulièrement grandes et ne convient pas aux sections plus minces.

9. L'adéquation des moulages en sable réside dans le point de fusion élevé du métal en fusion.

10. Les moulages en sable sont moins coûteux car le coût des moules en sable est moindre.

11. La solidité interne des pièces moulées peut être assurée en minimisant le dégagement de gaz pendant la solidification et en évitant les turbulences lors de la coulée. La contention physique doit être évitée car elle conduit à des déchirures à chaud.