Le moulage expliqué : définition, types et procédés de fabrication

Qu'est-ce que le moulage ?

Le moulage est un procédé de fabrication dans lequel un matériau liquide est versé dans un moule contenant une cavité de la forme souhaitée, puis laissé se solidifier. La pièce solidifiée, également appelée « pièce moulée », est ensuite éjectée ou extraite par bris du moule pour achever le processus.

Les matériaux de moulage sont généralement des métaux ou divers matériaux à prise temporelle qui durcissent après le mélange de deux composants ou plus ; citons par exemple les résines époxy, le béton, le plâtre de Paris et l'argile.

Le moulage des métaux est un procédé vieux de 7 000 ans, utilisé tant dans l'industrie que dans l'art. Le plus ancien objet moulé connu est une grenouille en cuivre datant de 3200 av. J.-C., découverte en Irak actuel. Lors du moulage des métaux, le métal en fusion est transvasé d'un creuset dans un moule pour créer une pièce métallique positive. Le métal et le moule refroidissent, puis l'objet métallique est démoulé et fini.

Les techniques traditionnelles de moulage des métaux incluent la cire perdue, le moulage en coquille, le moulage sous pression et le moulage en sable, pour n'en citer que quelques-unes. Ces procédés peuvent être réalisés en fonderie ou en atelier de bijouterie.

Les procédés de moulage des métaux sont connus depuis des millénaires et ont été largement employés pour créer des sculptures, des bijoux, des moyens de transport, des armes et des outils.

Le moulage est le plus souvent utilisé pour produire des formes complexes qui seraient autrement difficiles ou antéconomiques à réaliser par d'autres méthodes. Des équipements lourds tels que des bancs de machines-outils, des hélices de navires, etc., peuvent être moulés directement aux dimensions requises au lieu d'assembler plusieurs petites pièces.

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En quoi consiste le processus de moulage ?

Les procédés de moulage font appel à un matériau en fusion, généralement du métal. Ce métal liquide est versé dans une cavité de moule qui reproduit la forme de la pièce finie. Le matériau en fusion refroidit ensuite, la chaleur étant généralement extraite via le moule, jusqu'à ce qu'il se solidifie dans la forme désirée.

Le moulage des métaux se divise en deux grandes catégories : les procédés à moules réutilisables et les procédés à moules jetables (ou perdus). Dans les deux cas, le fondeur fait fondre le métal dans un creuset, le verse dans le moule, puis retire le matériau du moule ou la pièce une fois le métal refroidi et solidifié.

Le processus de base comprend la création d'un modèle et d'un moule, le coulage du métal en fusion, l'extraction de la pièce solidifiée et sa finition. Cette démarche est adaptable aux différents types de moulage, formes, dimensions, etc.

Étape 1 : Créer le modèle

Avant de fabriquer le moule, il faut réaliser un modèle qui en déterminera la forme. Ce modèle peut être une réplique tridimensionnelle de la pièce finale. Il peut être façonné en cire, sable, plastique ou même bois.

Certains fondeurs utilisent des moules en plâtre ou en silicone, matériaux qui ne résisteraient pas au métal en fusion mais permettent de produire en série des modèles en cire pour le moulage à moule perdu.

Lors de la conception du modèle, il faut tenir compte du retrait prévisible du métal au refroidissement. Les modèles peuvent aussi être munis de canaux d'alimentation (jets, canaux de coulée) pour faciliter l'écoulement du métal liquide.

Étape 2 : Fabriquer le moule

Une fois le modèle prêt, on passe à la fabrication du moule. Comme mentionné, on peut choisir un moule réutilisable (généralement en métal) ou un moule jetable (sable, plâtre, coquille céramique).

Chacune de ces méthodes est optimisée pour différents métaux et niveaux de complexité du modèle. Si vous travaillez avec un modèle en cire ou en plastique, vous pouvez l'éliminer par calcination dans un four.

Étape 3 : Choisir l'alliage métallique

Tous les moulages métalliques sont produits à partir d'alliages ferreux ou non ferreux. Les alliages sont des mélanges d'éléments offrant les meilleures propriétés mécaniques pour l'usage final. Les alliages ferreux incluent l'acier, la fonte malléable et la fonte grise.

Les alliages non ferreux les plus courants en moulage sont l'aluminium, le bronze et le cuivre. En bijouterie, on travaille l'argent, le cuivre, l'or et le platine.

Étape 4 : Fondre l'alliage

Les procédés de fusion varient selon les alliages, chacun ayant une température de fusion propre. Fondamentalement, on place l'alliage solide dans un creuset et on le chauffe à flamme nue ou dans un four.

Étape 5 : Couler dans le moule

On verse le métal en fusion dans la cavité du moule. Pour une petite pièce, on peut couler directement depuis le creuset de fusion. Une pièce plus importante peut nécessiter une équipe pour chauffer le métal au four, le transvaser dans un creuset ou une poche plus grand(e) avant de le verser dans le moule.

Il est impératif de respecter toutes les consignes de sécurité : vêtements de protection (fibres naturelles, manches et jambes longues, gants isolants, lunettes), espace bien ventilé, extincteur chimique à portée, passage dégagé entre le four et le moule. Laisser le moule se solidifier avant l'étape suivante.

Étape 6 : Démouler la pièce

Une fois le métal refroidi et solidifié, on l'extrait du moule. Pour un moule jetable, on brise le moule. Pour un moule en plâtre (cire perdue), on trempe le plâtre dans l'eau après solidification : l'eau aide à détacher le moule. Pour les moules réutilisables, on utilise des goupilles d'éjection.

Étape 7 : Finition

On lime et polit la pièce moulée ! Cela peut impliquer le nettoyage (élimination des résidus de moule à l'eau), la suppression des canaux de coulée (pinces pour petites pièces, meuleuse d'angle pour grandes pièces), etc.

Les différents types de moulage

Principaux procédés de moulage :

• Moulage en sable
• Moulage à la cire perdue (moulage de précision)
• Moulage sous pression
• Moulage basse pression
• Moulage centrifuge
• Moulage par gravité (coquille)
• Moulage sous vide
• Moulage par compression (squeeze casting)
• Moulage à modèle perdu en mousse (Lost Foam)
• Moulage continu

1. Moulage en sable

Le moulage en sable est l'un des procédés les plus populaires et les plus simples, utilisé depuis des siècles. Il permet de petites séries à coût très raisonnable. Non seulement il produit des pièces à faible coût, mais il offre aussi d'autres avantages, comme la faisabilité pour de très petites séries.

Ce procédé permet de mouler des pièces tenant dans la paume de la main jusqu'à des pièces très grandes comme des chassis de trains. Le moulage en sable peut traiter la plupart des métaux, selon le type de sable utilisé.

Il repose généralement sur des matériaux à base de silice (sable synthétique ou naturel lié). Le sable de fonderie se compose de grains fins et sphériques qui se compactent pour former une surface de moule lisse.

La conception du moulage prévoit une flexibilité et un retrait modérés pendant le refroidissement, réduisant les risques de fissures ou déchirures. L'ajout d'argile renforce le sable en liant davantage les grains. Les blocs moteurs automobiles, par exemple, sont produits par moulage en sable.

2. Moulage à la cire perdue (moulage de précision)

Également appelé « moulage à la cire perdue » (lost-wax casting), ce procédé utilise un modèle en cire jetable pour chaque pièce. La cire est injectée dans un moule, retirée, puis enrobée de matériau réfractaire et de liant en plusieurs étapes pour former une coquille épaisse.

Plusieurs modèles sont assemblés sur une même colonne de coulée. Une fois les coquilles durcies, on les retourne et on les chauffe pour éliminer la cire. Ces modèles requièrent un grand soin car ils ne résistent pas aux forces de moulage. Un avantage : la cire peut être récupérée et réutilisée.

Ce procédé est largement utilisé pour l'automobile, la production d'énergie et l'aérospatiale (pales de turbines, etc.), garantissant des composants de haute qualité grâce à sa précision, répétabilité, polyvalence et intégrité.

3. Moulage sous pression

Le moulage sous pression (die casting) consiste à forcer le métal en fusion sous haute pression dans une cavité de moule. La plupart des pièces sont en métaux non ferreux : zinc, cuivre, alliages d'aluminium. Le moulage du fer est aussi possible.

Ce procédé est particulièrement adapté aux applications nécessitant de nombreuses pièces de taille petite à moyenne, avec de bons détails, une surface fine et une précision dimensionnelle.

4. Moulage basse pression

En moulage basse pression, le moule est rempli depuis un four sous pression (environ 0,7 bar). Le four de maintien se trouve dans la partie inférieure de la machine de moulage verticale ; le métal en fusion est injecté verticalement par le bas du moule. La pression maintient le métal jusqu'à solidification.

L'un des principaux avantages est le contrôle précis du remplissage de la cavité. Le métal en fusion s'écoule rapidement et sans turbulence dans les canaux d'alimentation, réduisant la formation d'oxydes et la porosité.

Ce procédé a été développé pour la production de pièces axialement symétriques comme les roues de voiture. L'utilisation de noyaux en sable permet aussi de produire des pièces à profils creux et géométries complexes.

5. Moulage centrifuge

Le moulage centrifuge permet de réaliser des pièces longues et cylindriques (tuyaux en fonte) en exploitant les forces G générées dans un moule en rotation. Le métal en fusion introduit dans le moule est projeté contre la paroi interne, créant une pièce exempte de vides.

Ce procédé, inventé à l'origine comme le procédé de Lavaud avec des moules refroidis à l'eau, s'applique aux pièces symétriques (tuyaux, canons de gros calibre) et offre l'avantage de nécessiter peu de masses de refroidissement (risers).

Pour les pièces asymétriques ne pouvant tourner sur leur propre axe, une variante appelée « moulage sous pression centrifuge » dispose plusieurs pièces autour d'une colonne commune et fait tourner les moules autour de cet axe. Une idée similaire est utilisée pour les grandes couronnes dentées. Selon le matériau, on utilise des moules métalliques ou en sable.

6. Moulage par gravité (coquille)

Le moulage par gravité (Gravity Die Casting) est un procédé à moule permanent où le métal en fusion est versé depuis un récipient ou une poche dans le moule. La cavité se remplit sous l'effet de la seule gravité ; le remplissage peut être contrôlé par basculement du moule.

Les évidements et cavités peuvent être réalisés par des noyaux en sable. Ce procédé offre une meilleure qualité de surface et de meilleures propriétés mécaniques que le moulage en sable, grâce à une solidification plus rapide.

De plus, le taux de production est plus élevé que le moulage en sable d'aluminium, mais les moules métalliques sont plus coûteux. Les avantages incluent une faible porosité gazeuse et des grains fins.

Comparé au moulage en sable, ce procédé demande moins de post-traitement et de nettoyage, et tend à produire une pièce de meilleure qualité. Cependant, il est généralement moins rentable pour l'outillage que le moulage en sable.

7. Moulage sous vide

Le moulage sous vide assisté est une capacité clé. L'évacuation sous vide de la cavité réduit l'emprisonnement de gaz pendant l'injection du métal et diminue la porosité. Résultat : une pièce moulée sous pression de qualité supérieure.

Les systèmes sous vide ne sont qu'un complément. Ils ne se substituent pas à une bonne conception de moule (cavité, canaux d'alimentation, évents, débordements).

8. Moulage par compression (squeeze casting)

Le moulage par compression, aussi appelé « forgeage liquide », est un procédé hybride combinant moulage en moule permanent et forgeage sous pression en une seule étape : une quantité précise d'alliage en fusion est versée dans un moule préchauffé et lubrifié, puis forgée et solidifiée sous pression.

9. Moulage à modèle perdu en mousse (Lost Foam Casting)

Le moulage Lost-Foam (LFC) est un procédé de moulage à modèle évaporatif similaire au moulage de précision, mais utilisant de la mousse polymère au lieu de la cire. Il exploite le bas point d'ébullition des mousses polymères pour simplifier le procédé en éliminant l'étape de décirage.

10. Moulage continu

Le moulage continu est un raffinement pour la production de masse continue de profils métalliques à section constante. Le métal en fusion est versé dans un moule ouvert à l'extrémité, refroidi à l'eau, permettant la formation d'une « peau » solide autour du centre encore liquide, solidifiant progressivement le métal de l'extérieur vers l'intérieur.

Après solidification, le brin (strand) est continuellement extrait du moule. Des longueurs prédéterminées sont coupées par cisailles mécaniques ou chalumeaux oxyacétyléniques mobiles, puis transférées vers d'autres opérations de formage ou vers un stock.

Les dimensions varient : brames (quelques mm d'épaisseur sur ~5 m de large), blocs (90 à 160 mm carrés), dalles (1,25 m large × 230 mm épais). Parfois, le brin subit un laminage à chaud initial avant découpe.

Le moulage continu est choisi pour ses coûts inférieurs liés à la production continue d'un produit standard, et pour la qualité accrue du produit final. L'acier, le cuivre, l'aluminium et le plomb sont moulés en continu, l'acier étant le métal le plus coulé par cette méthode.

Avantages du procédé de moulage

Le moulage présente les avantages suivants par rapport aux autres procédés de fabrication :

• Il peut créer toute structure complexe de manière économique.
• La taille de l'objet n'est pas une limite pour le moulage.
• Les pièces moulées ont une haute résistance à la compression.
• Toutes les structures moulées offrent une large gamme de propriétés.
• Il permet de réaliser des pièces précises.
• Tous les matériaux peuvent être moulés.
• Il crée une structure isotrope.
• C'est le procédé le moins cher parmi tous les procédés de fabrication.
• Les composants composites peuvent être facilement réalisés par moulage.

Inconvénients du procédé de moulage

Les inconvénients du procédé de moulage sont les suivants :

• Précision dimensionnelle : En raison du retrait au moulage, la précision dimensionnelle peut être compromise. Le concepteur doit donc prévoir des tolérances sur le modèle avant le coulage.
• Résistance moindre : Due à une porosité plus élevée qu'une pièce usinée.
• Post-traitement : Nécessite des opérations d'usinage secondaires pour améliorer l'état de surface.
• Point de fusion limité : Généralement limité aux métaux à point de fusion relativement bas.
• Peu adapté à la production de faibles volumes.

Applications du procédé de moulage

• Transport : automobile, aérospatial, ferroviaire, naval
• Équipements lourds : construction, agriculture, mines
• Machines-outils : usinage, moulage, moulage plastique, forgeage, extrusion, formage
• Machines d'usine : chimie, pétrole, papier, sucre, textile, acier, centrales thermiques
• Défense : véhicules, artillerie, munitions, stockage, équipements de soutien
• Machines électriques : moteurs, générateurs, pompes, compresseurs
• Fonderie municipale : tuyaux, raccords, vannes, accessoires
• Ménager : appareils, cuisine, jardinage, meubles, accessoires
• Objets d'art : sculptures, statues, meubles, lampadaires, articles décoratifs.

FAQ

Qu'est-ce que le moulage ?

Le moulage est un procédé de fabrication dans lequel un matériau liquide est versé dans un moule contenant une cavité de la forme souhaitée, puis laissé se solidifier. La pièce solidifiée, également appelée « pièce moulée », est éjectée ou extraite par bris du moule pour achever le processus.

Que signifie « moulage » ?

Le moulage est un procédé de fabrication par lequel un matériau en fusion (métal ou plastique) est introduit dans un moule, laissé se solidifier à l'intérieur, puis éjecté ou extrait par bris pour obtenir une pièce fabriquée.

Qu'est-ce que le processus de moulage ?

Les procédés de moulage font appel à un matériau en fusion, généralement du métal. Ce métal liquide est versé dans une cavité de moule qui reproduit la forme de la pièce finie. Le matériau refroidit ensuite, la chaleur étant extraite via le moule, jusqu'à solidification dans la forme désirée.

Quels sont les différents types de moulage ?

Principaux procédés de moulage :

• Moulage en sable
• Moulage à la cire perdue
• Moulage sous pression
• Moulage basse pression
• Moulage centrifuge
• Moulage par gravité (coquille)
• Moulage sous vide
• Moulage par compression
• Moulage à modèle perdu en mousse (Lost Foam)
• Moulage continu

Quel est le processus de moulage ?

Les procédés de moulage font appel à un matériau en fusion, généralement du métal. Ce métal liquide est versé dans une cavité de moule qui reproduit la forme de la pièce finie. Le matériau refroidit ensuite, la chaleur étant extraite via le moule, jusqu'à solidification dans la forme désirée.

Que veut dire « moulage » ?

Le moulage est un procédé de fabrication utilisé par l'industrie de la forge pour produire un objet (souvent métallique) d'une forme spécifique désirée. Cela est réalisé en versant du métal en fusion chaud dans un moule contenant une cavité creuse de la forme exacte requise.

Quels sont les 4 types de moulage ?

Les procédés de formage à chaud, tels que le moulage sous pression, le moulage de précision, le moulage en plâtre et le moulage en sable, offrent chacun des avantages de fabrication uniques. Comparer les avantages et inconvénients des types de moulage courants aide à sélectionner la méthode la mieux adaptée à une production donnée.

Combien y a-t-il de types de procédés de moulage ?

Cette technique comprend au moins quatre méthodes différentes : moulage permanent, moulage sous pression, moulage centrifuge et moulage continu.

Que signifie « moulage » et quels en sont les types ?

Le moulage est un procédé de fabrication dans lequel un matériau liquide est versé dans un moule contenant une cavité creuse de la forme désirée, puis laissé se solidifier. Il est le plus souvent utilisé pour réaliser des formes complexes qui seraient autrement difficiles ou antéconomiques à produire par d'autres méthodes.

Qu'est-ce qu'un matériau de moulage ?

Les matériaux de moulage sont généralement des métaux ou divers matériaux à prise à froid qui durcissent après mélange de deux composants ou plus ; exemples : époxy, béton, plâtre, argile.

Quels sont les types de moulage centrifuge ?

Types de moulage centrifuge :

• Moulage centrifuge véritable. Également appelé moulage centrifuge normal, il produit des structures creuses symétriques avec des trous ronds.
• Moulage semi-centrifuge.
• Centrifugation.

Qu'est-ce que le moulage des métaux ?

Le moulage des métaux est le processus de fabrication d'objets en versant du métal en fusion dans un espace vide formé. Le métal refroidit et durcit selon la forme donnée par ce moule.

Quels sont les différents types de défauts de moulage ?

Types de défauts de moulage et comment les prévenir :

• Porosité gazeuse. Trous d'épingle, soufflures, trous ouverts.
• Défauts de retrait. Ouverts, fermés, gauchissement.
• Défauts de matériau de moule. Coupures et lessivages, gonflements, chutes.
• Défauts de coulée du métal. Grain froid, soudure froide, coulée incomplète.
• Défauts métallurgiques. Fissures à chaud, points chauds.
• Défauts de forme de la pièce moulée. Désalignements, bavures.

Qu'est-ce qu'un noyau en moulage ?

Un noyau est un insert en sable préformé et lié, placé dans le moule pour former l'intérieur d'une pièce moulée ou une partie qui ne peut être façonnée par le modèle. Les noyaux sont fréquemment utilisés pour créer des sections creuses ou des cavités dans une pièce moulée.

Quelle est la différence entre moulage et moulage par injection ?

La principale différence réside dans le matériau utilisé. Le moulage implique généralement du métal, tandis que le moulage par injection (moulding) concerne les plastiques. Dans les deux cas, le matériau fondu entre dans un moule ou une matrice pour créer la forme finale.

Quels outils sont utilisés en moulage ?

Les principaux outils de moulage sont les outils à main, les contenants et les outils mécaniques. Les outils à main comprennent : dame, pelle, tamis, fil à évent, lève-moule, lisse, truelle, maillet, épong, pinces, gagger, soufflet, etc. Les outils mécaniques sont généralement utilisés en fonderie automatisée.

Quels matériaux sont couramment utilisés pour le moulage ?

Il existe quatre alliages couramment utilisés pour le moulage sous pression : à base d'aluminium, de cuivre, de magnésium et de zinc, bien que certains alliages ferreux moins courants puissent aussi être utilisés.

Comment se fait le moulage ?

Les procédés de moulage font appel à un matériau en fusion, généralement du métal. Ce métal liquide est versé dans une cavité de moule qui reproduit la forme de la pièce finie. Le matériau refroidit ensuite, la chaleur étant extraite via le moule, jusqu'à solidification dans la forme désirée.

Qu'est-ce que le moulage centrifuge ?

La méthode de moulage centrifuge consiste à produire des tuyaux en versant du métal en fusion dans un moule cylindrique tournant rapidement, la force centrifuge de la rotation exerçant une pression sur le métal en fusion.

Qu'est-ce que le moulage par coulée en coquille (slush casting) ?

Le moulage par coulée en coquille (slush casting) est une variante du moulage en moule permanent pour créer une pièce creuse. Le matériau est versé dans le moule et laissé refroidir jusqu'à la formation d'une coquille. Le liquide restant est ensuite évacué, laissant une coquille creuse.

Peut-on mouler de l'acier ?

De nombreux matériaux peuvent être moulés, incluant plusieurs types de métaux et de synthétiques, mais la fonte et l'acier offrent en particulier d'excellentes propriétés mécaniques pour une large gamme d'applications.

Qu'est-ce que le moulage en sable vert (green sand casting) ?

Un moulage en sable vert est réalisé dans un moule en sable lié à l'argile ; le nom ne fait pas référence à la couleur du sable mais au fait que le moule n'est pas cuit. Les moules en sable sec sont similaires, sauf que le sable est cuit avant de recevoir le métal.

Comment choisir une méthode de moulage ?

En cas d'hésitation, voici quelques conseils simples pour sélectionner le bon procédé de moulage sous pression pour votre entreprise :

• Complexité du design. La complexité souhaitée pour le produit fini joue un rôle crucial dans le choix du procédé.
• Sélection du matériau.
• Coût du moulage.

Qu'est-ce que le retrait de moulage ?

Le retrait est une modification de volume interne ou externe qui se produit lors du changement de phase lors de la transition d'un métal de l'état liquide à l'état solide à la surface exposée. Ce phénomène se produit dans des procédés comme le moulage et la solidification du béton.

Qu'est-ce qu'un défaut de bavure (fin) en moulage ?

La bavure (flash), aussi appelée « fin de moulage » ou « barbe », est tout matériau indésirable et excédentaire attaché à une pièce moulée. C'est généralement une fine feuille de métal qui se forme aux plans de joint. La bavure est un déchet qui redevient de la crasse (dross) après refusion.

Qu'est-ce qu'un moule et un noyau ?

Un noyau est un dispositif utilisé en moulage et moulage par injection pour produire des cavités internes et des angles rentrants (angle intérieur supérieur à 180°). Le noyau est normalement un élément jetable qui est détruit pour être extrait de la pièce.

Quels sont les trois types de fontes ?

Les quatre types de base de fonte sont : fonte blanche, fonte grise, fonte ductile et fonte malléable.

• Fonte blanche
• Fonte grise
• Fonte ductile
• Fonte malléable

Un moule est-il une pièce moulée ?

Le moule est la première étape pour réaliser la réplique ou l'empreinte de l'objet désiré ; la pièce moulée (cast) est le produit final obtenu après l'ensemble du processus. La pièce moulée est le produit final, et dans certains cas, elle peut aussi servir à fabriquer d'autres moules.