Comprendre les modèles de fonderie : types, avantages et codes couleur

The Mechanical Post vous souhaite la bienvenue ! Aujourd'hui nous parlerons du modèle, des matériaux utilisés pour sa fabrication, ses avantages, limites et types.

Qu'est-ce qu'un modèle en fonderie ?

Les modèles servent à créer des moules pour la fonderie dans lesquels le métal fondu sera versé. Les modèles sont la réplique du produit à couler. Cependant, ce n'est pas une réplique exacte. Il y a certaines différences essentielles.

Il est légèrement plus grand que la pièce désirée, à cause des divers retraits : retrait de solidification, retrait d'usinage, etc. Il peut aussi avoir plusieurs projections ou bosses appelées empreintes de noyau. Il peut aussi avoir des extensions pour produire les canaux d'alimentation et les portes pendant le moulage.

Caractéristiques désirées d'un modèle

• Assurer la forme et les dimensions désirées de la pièce coulée.
• Économique et facilement réparable.
• Design simple pour faciliter la fabrication.
• Léger et facile à manipuler.
• Haute résistance et longue durée de vie pour réaliser autant de moules que nécessaire.
• Conserver ses dimensions et sa rigidité pendant sa durée de service.
• Surface lisse et résistante à l'usure.
• Supporter les manipulations rudes.

Les matériaux courants pour la fabrication de modèles incluent le bois, le métal et le plastique. Chaque matériau a ses propres avantages, limites et domaine d'application. La précision, la résistance et la durée de vie requises dépendent de la quantité de pièces à produire. Selon ces facteurs, on choisit le matériau :

• Pour production courte, le bois est le matériau adapté.
• Pour production à grande échelle et de masse, le métal, plus durable que le bois bien que plus coûteux, survit sur le long terme.
• Pour production par lots, les plastiques (époxy, résines) ainsi que le gypse et le ciment sont préférés.

Modèle en bois

Le bois pour modèles doit être correctement séché et assaisonné. Il ne doit pas contenir plus de 10% d'humidité pour éviter gauchissement et distorsion lors du séchage ultérieur. Il doit être à fil droit et sans nœuds.

Avantages du bois

• Léger.
• Comparativement peu coûteux.
• Bonne travailabilité.
• Se prête au collage et assemblage.
• Retient bien vernis et peintures.
• Réparable facilement.

Inconvénients ou limites

• Structure intrinsèquement non uniforme.
• Faible résistance à l'usure et à l'abrasion.
• Ne supporte pas les manipulations rudes.
• Absorbe et relâche l'humidité, variant en volume, gauchissant et changeant ses propriétés mécaniques. Ces défauts peuvent être remédiés par séchage, assaisonnage et couches de vernis/peintures hydrofuges.

Types de bois couramment utilisés en modélisme

Pin blanc

Le bois le plus utilisé, pour son fil droit, légèreté, tendreté, facilité de travail et faible gauchissement.

Acajou

Plus dur et durable que le pin blanc. Travaillable facilement si fil droit. Moins susceptible de gauchir que d'autres bois.

Érable, bouleau et cerisier

Plus durs et lourds que le pin blanc. Tendent à gauchir en grandes sections, à réserver aux petits modèles. Traitement soigneux requis car absorbent l'humidité facilement.

Métal

Le modèle métallique peut être coulé à partir d'un modèle maître en bois ou usiné par méthodes usuelles. Les modèles métalliques s'utilisent généralement en moulage machine.

Avantages du métal

• Plus durable et précis que les modèles en bois.
• Surface lisse.
• Ne se déforment pas en stockage.
• Résistants à l'usure, abrasion, corrosion et gonflement.
• Supportent les manipulations rudes.

Limites

• Plus coûteux que le bois.
• Pas facilement réparable.
• Plus lourds que les modèles en bois.
• Métaux ferreux sujets à la rouille.

Métaux courants pour la fabrication de modèles

Fonte

À grain fin, utilisable comme matériau de modèle. Faible résistance à la corrosion sauf protection. Plus lourd et difficile à travailler. Cependant, moins cher et plus durable que d'autres métaux.

Laiton

Facilement travaillable et assemblable par brasage. Structure à pores fermés lisse. Coûteux, donc généralement pour petites pièces coulées.

Aluminium

Meilleur matériau de modèle : facilement travaillé, léger, résistant à la corrosion. Cependant, sujet au retrait et à l'action abrasive.

Métal blanc

Faible retrait, facilement coulé, bas point de fusion, léger, assemblable par brasage. Cependant, sujet à l'usure par action abrasive du sable.

Plastiques

L'utilisation des plastiques comme matériau de modèle présente les avantages suivants :

• Facilite le processus de production.
• Plus économique en coût et main-d'œuvre.
• Modèles plastiques hautement résistants à la corrosion, plus légers et plus résistants que le bois.
• Le sable de moulage adhère moins au plastique qu'au bois.
• Pas d'absorption d'humidité.
• Surface lisse des modèles.
• Solides et dimensionnellement stables.

Divers plastiques font de bons matériaux pour modèles. Compositions basées sur résines époxy, phénol-formaldéhyde et polyester. Les plus utilisés : plastiques à durcissement à froid basés sur résines époxy et acrylates.

Les modèles plastiques sont fabriqués par extrusion, moulage par injection et stratification.

Finition des modèles

Après fabrication, les modèles doivent être finis par ponçage pour effacer marques d'outils et irrégularités. Puis appliquer 2 à 3 couches de gomme-laque. La gomme-laque remplit les pores et donne une finition lisse.

La finition de la pièce coulée dépend de celle du modèle. Si le modèle doit être conservé longtemps et qu'un code couleur est utilisé pour la qualité, une peinture émail de bonne qualité doit être choisie pour pulvériser ou brosser.

Retraits sur modèles

La différence de dimensions entre la pièce coulée et le modèle est due aux divers retraits considérés lors de la conception d'un modèle. Ces retraits sont discutés ci-dessous :

Retrait de solidification

Comme le métal se rétracte à la solidification et se contracte en refroidissant à température ambiante, les dimensions linéaires des modèles sont augmentées par rapport à celles de la pièce finie. C'est le retrait de solidification. Donné en mm/m. Valeurs typiques :

Fonte, fonte malléable = 10 mm/m.
Laiton, Cu, Al = 15 mm/m.
Acier = 20 mm/m.
Zinc, Plomb = 25 mm/m.

Lors du traçage d'un modèle, les dimensions sont prises sur une règle de modeleur, appelée « échelle de retrait », plus longue qu'une règle standard de la valeur de retrait pour le métal approprié.

Retrait d'usinage

Le retrait d'usinage ou de finition indique de combien la pièce brute doit être plus grande que la pièce finie pour assurer suffisamment de matière pour que l'usinage « nettoie » les surfaces. Ce retrait est ajouté à toutes les surfaces à usiner.

Le montant dépend du matériau de la pièce, sa taille, volume de production, méthode de moulage, configuration de la pièce, position de la paroi dans le moule et pendant la coulée. Retrait d'usinage plus grand pour moulage manuel vs machine. Les plus grands retraits pour surfaces dans la moitié supérieure du moule (coquille), car sujettes à contamination par scories.

Types de modèles

• Modèle monobloc ou plein.
• Modèle divisé ou bipartite.
• Modèle à pièces rapportées.
• Modèles à canaux (Gated patterns).
• Modèle à plaque d'assemblage (Match plate pattern).
• Modèle chape et drague (Cope and drag pattern).
• Modèles à balayage (Sweep patterns).
• Modèles squelette (Skeleton patterns).
• Modèle segmenté.
• Modèle à plaque de suivi (Follow board pattern).

Code couleur pour modèles

Souvent, un plan de la pièce finie n'est pas fourni avec le modèle. Le fondeur ne peut alors pas prendre les précautions nécessaires pour les meilleurs résultats. Beaucoup d'erreurs peuvent être éliminées en indiquant les fonctions des diverses parties du modèle par des couleurs appropriées. Le code couleur courant selon normes indiennes (IS 1513 – 1917) est :

• Rouge = Surfaces à usiner
• Noir = Surfaces en l'état de coulée
• Jaune = Empreintes et sièges de noyaux
• Rayures jaune/rouge = Pièce rapportée
• Rayures jaune/noir = Arrêt (Stop off)

– Référencé depuis « Textbook of production technology » par Dr. PC Sharma.

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