Méthodes de coulée d'aluminium expliquées : choisir la bonne technique

Les méthodes de coulée d'aluminium varient selon différents procédés de fabrication, de la coulée en sable, coulée sous pression, coulée sous pression, coulée continue, coulée en coquille, etc. Chaque processus de coulée d'aluminium aura ses avantages et inconvénients. Dependant de la taille et de la complexité de la coulée, nous pouvons choisir la méthode la plus appropriée.

L'aluminium est largement appliqué dans différentes pièces de coulée servant une gamme d'industries, usages non industriels et industriels. Pour ceux qui doutent souvent « Comment couler des pièces en aluminium », la réponse est que les fonderies d'aluminium utilisent diverses technologies de coulée, et la qualité est l'un des facteurs clés pour décider quelle technologie est appropriée.

La qualité de la coulée est la mesure à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la coulée et sa résistance et ductilité. Les ingénieurs doivent toujours promouvoir les avantages et surmonter les inconvénients des méthodes de coulée d'aluminium pour améliorer la qualité du produit et satisfaire les besoins des clients de manière optimale.

Comparaison des méthodes de coulée d'aluminium :

Procédé de coulée	Gamme de tailles	Tolérances	Coût outillage	Coût relatif grande série	Coût relatif petite série	Finition surface	Dépouille min	Épaisseur min section
Coulée en sable	Toutes tailles	0-3" = 1/32" ; 3-6"=3/64" ; 6+"=1/18". Ligne de partage +0.020" petit, +0.090" grand	50-15 000 $	Faible	Le plus faible	175-350 RMS	1-5°	0,125"-0,25"
Coulée sous pression	Petite taille	Pas moins de 0,002". +0,010" dimensions affectées par ligne partage	5 000-150 000 $	Le plus faible	Le plus élevé	20-90 RMS	1-3°	0,050" petit ; 0,080" moyen
Coulée en coquille	Max normal 80 cm² surface moule utilisable	1" =0,004" ; 1-3" =0,010" ; 3-6" =0,013" ; 6-12" =0,016" ; 12-20" =0,020". +0,005-0,010" ligne partage	1 500-25 000 $	Moyen	Moyen	75-125	Ext: 0-1,5° ; Int: 0-2°	0,100"
Coulée en moule permanent	0,25-50 kg	0,015" à 1". Ligne partage ±0,010" petit, ±0,030" grand	1 500-55 000 $	Faible	Le plus faible	125-200 RMS	2-4°	0,100"-0,150"
Coulée à cire perdue	1 oz - 100 lb	±0,005"-3" ±0,002" après	500-20 000 $	Le plus élevé	Moyen	60-120 RMS	Aucune	0,3"
Coulée centrifuge	Ø: 1-120". Long: 50 ft. Poids: 5 t	±0,01" cylindre ; ±0,002" complexe	Pas d'info	Faible	Moyen	63-500 µin cylindre ; 32-500 µin complexe	Aucune	0,1-5,0"
Coulée continue	Jusqu'à 0,2-1 m	-	-	Faible	Élevé	-	Aucune	Selon forme

Discussion des méthodes de coulée d'aluminium

1. Coulée d'aluminium en sable

La coulée en sable est l'une des plus anciennes méthodes de coulée apparue il y a environ 2000 ans. La coulée en sable a été utilisée pour couler l'aluminium depuis que le métal d'aluminium est devenu populaire au début du XXe siècle.

Dans la coulée d'aluminium en sable, le moule est fait de sable et d'agents liants ; les modèles sont placés à l'intérieur du moule et pressés fermement.

Après le retrait du modèle, une cavité de moule est créée qui est la réplique de la forme de la coulée d'aluminium.

À travers le système de gating, l'aluminium fondu est versé dans la cavité du moule et se solidifie. Comme la coulée refroidit, le fondeur casse le moule en sable, et la coulée est collectée.

De nos jours, les améliorations de la technologie de coulée en sable ont augmenté le poids et la taille moyenne de la coulée d'aluminium en sable. De nombreux objets en aluminium coulés en sable pèsent plus de 50 kg, certains aussi grands que 100 m³.

Avantages de la coulée d'aluminium en sable

• Coût faible.
• Flexibilité pour fabriquer le nombre de coulées, que ce soit petite ou grande commande.
• Tout alliage d'aluminium peut être coulé en sable, y compris les alliages avec fragilité à chaud.
• Le sable vert a une faible résistance à la compression, minimisant ainsi le risque de défauts de fissuration à chaud.
• Flexibilité pour ajuster le design du modèle.

Inconvénients de la coulée d'aluminium en sable

• La finition de surface n'est pas lisse. Elle peut être traitée par sablage pour améliorer la qualité de surface.
• La taille de la coulée a une tolérance plus élevée que les autres méthodes de coulée d'aluminium.

Comment calculer le retrait de coulée d'aluminium : https://vietnamcastiron.com/aluminum-casting-shrinkage/

Applications de la coulée d'aluminium en sable

Il est difficile de mentionner la plupart des applications de la coulée d'aluminium en sable car ce procédé de coulée d'aluminium peut fabriquer presque toutes les pièces de tailles variées.

Si vous avez un budget modéré et voulez couler des produits en aluminium qui n'ont pas d'exigences trop élevées sur la finition de surface, alors la méthode de coulée en sable est le choix numéro un.

2. Coulée d'aluminium sous pression

Il y a deux types de coulée sous pression : la coulée sous haute pression et la coulée sous basse pression.

Coulée sous haute pression d'aluminium

La coulée sous haute pression d'aluminium est le processus de coulée d'aluminium qui fabrique des pièces de coulée en pressant l'aluminium fluide sous haute pression (environ 1200 bar) dans un moule en acier à travers un cylindre-piston.

L'aluminium liquide est pompé à haute vitesse et se solidifie rapidement pour former les pièces de coulée d'aluminium.

Il y a deux types de chambres de coulée en haute pression d'aluminium sous pression :

• Chambre chaude : chambre de coulée où le cylindre et le piston sont situés dans un système de four et ont la même température que le point de fusion de l'alliage d'aluminium.
• Chambre froide : chambre de coulée où l'alliage d'aluminium fondu est versé dans le cylindre, puis le piston pousse le métal dans le moule sous grande pression. Ce piston n'est pas placé dans le four et est considéré comme froid. La chambre froide est principalement utilisée pour les alliages d'aluminium.

La coulée sous haute pression d'aluminium est adaptée à la production de masse de petits détails, pesant environ 5 kg, surface de coupe mince, et environ 0,4 mm d'épaisseur. Plus la pièce de coulée d'aluminium est grande, plus le coût est élevé.

Coulée sous basse pression d'aluminium

Avec la coulée sous basse pression d'aluminium, le moule est rempli de métal liquide à partir d'un creuset à pression ajustable (généralement 0,7 bar).

Le four de recuit du métal est situé en bas (au lieu d'horizontalement comme la coulée sous haute pression), l'aluminium fondu est pompé directement du bas vers le haut pour remplir le moule.

La coulée sous basse pression d'aluminium est adaptée à la fabrication de pièces de coulée d'aluminium avec une épaisseur de paroi de 3 mm ou plus, et le volume peut aller jusqu'à 150 kg.

En coulée sous pression, l'alliage d'aluminium est parmi les métaux les plus souvent coulés, représentant le double des autres méthodes de coulée de métaux.

Types d'alliages d'aluminium utilisés en coulée sous pression

• 380.0 (Al + Si + Cu + Mg) : alliage d'aluminium coulé, haute résistance mécanique, bonne résistance à la corrosion, haute fluidité, bas prix. Souvent utilisé pour couler des boîtes de vitesses. Ce type d'alliage représente 85 % de l'alliage d'aluminium utilisé en coulée sous pression aujourd'hui.
• A360.0 (réduction de la quantité de Cu) : alliage d'aluminium coulé haut de gamme, moins d'impuretés, meilleure résistance à la corrosion que 380. Utilisé pour couler des instruments de musique, détails anti-corrosion.
• 413.0 (Al + Si) : alliage coulé, meilleure résistance à la corrosion que 360. Souvent utilisé pour couler pistolet, vilebrequin.
• 518 (Al + Mg) : meilleur alliage (lingot), avec la meilleure résistance à l'usure, mais faible fluidité et difficile à couler, coût élevé.

Avantages de la coulée sous pression

• Tolérance serrée de la coulée d'aluminium.
• Surface lisse et brillante, peu de défauts de surface, rendant le produit plus facile à appliquer un revêtement de peinture.
• Grains d'aluminium à texture serrée, dense et petite, lisse qui aident la coulée à avoir de hautes propriétés mécaniques et une bonne résistance à l'usure.
• Adapté aux lignes de production automatiques.

Inconvénients de la coulée sous pression

• Parce que l'aluminium fondu est pompé à haute vitesse et refroidit rapidement, il entraîne le condensat dans la coulée, la rendant difficile à souder et à traiter thermiquement. Pour traiter le gaz piégé dans la coulée, la fonderie peut utiliser la technologie de désamorçage sous vide. Les alliages d'aluminium avec une courte plage de température de solidification doivent être sélectionnés.
• Coût d'investissement pour l'opération et le moule est cher, seulement adapté pour de grandes quantités de commande.
• Il est très difficile d'ajuster le design du produit comme la méthode de coulée en sable.
• En raison du flux d'alliage à haute pression, le moule s'use rapidement.

Applications de la coulée sous pression

Ce processus de coulée d'aluminium a une large gamme d'applications des composants simples comme les composants d'éclairage aux composants complexes comme les moteurs, carters de transmission, roues, suspensions automobiles et engins spatiaux.

3. Coulée d'aluminium en coquille (Shell mold)

Le moulage en coquille est une technologie de moulage avec un moule fait de résine phénolique thermodurcissable.

D'abord, les deux moitiés de modèles sont conçues et créées en métal, puis chauffées et revêtues de lubrification. Puis placez le modèle dans la chambre de sable thermodurcissable préparée ci-dessus et retournez-la. Le mélange de sable-résine colle au modèle et durcit pour former une coquille.

Le modèle est retiré, laissant une coquille. Les deux moitiés du modèle formeront deux moules en coquille d'environ 10-20 mm d'épaisseur. Ces deux moules en coquille sont assemblés pour former un moule complet. L'aluminium liquide est versé dans le moule et se solidifie en forme de coulée.

À ce stade, il suffit de casser la coquille du moule pour collecter la coulée.

La coulée d'aluminium en coquille est l'une des méthodes de coulée d'aluminium qui est adaptée à la fabrication de noyaux creux ou de coulées sous pression.

Avantages de la coulée en coquille

• Le niveau de perfection de la finition de surface est relativement élevé.
• La taille de la coulée est plus précise ; la tolérance est serrée.
• Le modèle est réutilisable.

Inconvénients de la coulée en coquille

• Coûts de production élevés.
• Avec de grandes et complexes coulées, ce ne sera pas facile à couler.

Applications de la coulée en coquille

Ce processus de coulée d'aluminium est applicable pour couler culasses, bielles, blocs moteurs et collecteurs, bases de machines, capots de camion, corps de vanne, etc.

4. Coulée d'aluminium en moule permanent

La coulée d'aluminium en moule permanent, aussi connue sous le nom de coulée en moule métallique, est l'une des méthodes de coulée d'aluminium qui utilise le métal comme matériau de moule de manière similaire à la coulée sous pression. En conséquence, l'aluminium liquide est poussé dans le moule par sa gravité, donc la vitesse de coulée est assez faible.

En raison du moule en métal, la vitesse de refroidissement de la coulée est rapide. Les moules ont une longue durée de vie, donc ils sont appelés moules permanents.

La coulée d'aluminium en moule permanent est adaptée pour couler des masses supérieures à la coulée sous haute pression, environ 10 kg. Plus le volume est élevé, plus le coût est cher.

Si combiné avec des méthodes de traitement thermique, les propriétés mécaniques des moules métalliques augmenteront. Les petites coulées refroidiront rapidement, donc aucun traitement thermique n'est requis.

Pour des propriétés mécaniques maximales, traiter avec une solution spéciale à haute température, puis refroidir et permettre un vieillissement naturel ou artificiel.

Alliages d'aluminium utilisés en coulée en moule permanent

• 366 : fabrication de pistolets et voitures.
• 355.0, C355.0, A357.0 : fabrication de boîtes de vitesses, pour composants à haute résistance comme pièces de fusées.
• 356.0, A356.0 : pièces de machines, roues d'avion, …

Avantages de la coulée en moule permanent d'aluminium

• Les propriétés de la coulée d'aluminium sont élevées en raison du taux de refroidissement rapide de la coulée.
• Faible taux de retrait d'aluminium et défaut de porosité gazeuse. Tolérance dimensionnelle seulement environ 1 mm.
• Bonne qualité de surface 1-6 µm Ra.
• Moins de rebuts.

Inconvénients de la coulée en moule permanent d'aluminium

• Coût élevé.
• Difficile de faire des produits de coulée d'aluminium avec haute complexité et grande taille.
• Difficile d'ajuster le design du produit.

Applications de la coulée en moule permanent d'aluminium

Dans l'industrie automobile, création de pièces comme engrenages, coulées, suspensions, boîtiers d'injection de carburant, et pistons de moteur. Les pièces d'avion sont aussi souvent faites via la coulée en moule permanent d'aluminium.

Ce processus de coulée d'aluminium est utilisé dans les industries automobile et aéronautique pour créer des pièces, telles que engrenages, suspensions, pistolets, boîtiers de carburant, etc.

5. Coulée d'aluminium à cire perdue (Investment casting)

La coulée d'aluminium à cire perdue, aussi connue sous le nom d'aluminium coulée à cire perdue, est la méthode de coulée d'aluminium en insérant de la cire ou des thermoplastiques dans un moule métallique ou en caoutchouc préfabriqué.

Les modèles en cire sont collectés et assemblés pour former une branche d'arbre connectée au système de gating pour couler dans le même lot. Le modèle en cire sera maintenant appliqué avec un matériau réfractaire. Ce processus est répété jusqu'à ce que la gaine extérieure atteigne une épaisseur de 5-15 mm. Cette coquille est le moule d'investissement.

Puis sécher et chauffer l'arbre pour que la cire à l'intérieur fonde, laissant la chambre interne du moule en forme de la coulée désirée.

Le moule d'investissement est ensuite chauffé avant de verser l'aluminium fluide. Toute fissure qui apparaît dans le moule peut être réparée avec de la céramique ou des matériaux spéciaux.

L'aluminium fondu est versé dans le moule, après séchage, on détruit seulement la coquille céramique extérieure. La coulée est retirée de l'arbre et passée au processus de finition.

Avantages de la coulée d'aluminium à cire perdue

• Haute finition de surface, haute précision dimensionnelle.
• Il est possible de couler des pièces de coulée d'aluminium complexes.
• De nombreux objets de coulée d'aluminium sont coulés en une fois.

Inconvénients de la coulée d'aluminium à cire perdue

• Coûts de production élevés.
• Avec la coulée incluant le noyau, ce sera compliqué et difficile à couler.
• Nécessite un cycle de production plus long.
• Généralement seulement adapté pour les pièces de coulée d'aluminium de petite taille.

Applications de la coulée d'aluminium à cire perdue

La technologie de coulée à cire perdue a de nombreuses applications telles que la fabrication de pièces de coulée d'aluminium dans l'industrie aérospatiale, industrie électrique, armes, automobiles, militaire, gaz et pétrole, …

6. Coulée centrifuge d'aluminium

La coulée centrifuge d'aluminium est le processus de coulée d'aluminium dans lequel un moule est fait de métal, plâtre ou graphite. Le moule est rotationné sur une machine de coulée centrifuge, tandis qu'à l'extérieur l'aluminium fondu est versé dans le moule. L'aluminium liquide sera uniformément distribué sur la paroi du moule basé sur la force centrifuge et durcira selon la forme du moule.

Il y a deux types de moules de coulée centrifuge : coulée centrifuge verticale avec un axe vertical et coulée centrifuge horizontale avec un axe horizontal. Le moteur de rotation du moule fait tourner le moule pour étaler le métal uniformément sur la surface du moule.

Avantages de la coulée centrifuge d'aluminium

• La taille de la pièce de coulée d'aluminium est hautement précise en raison de la force centrifuge limitée et le métal est serré.
• La coulée d'aluminium a de hautes propriétés mécaniques, une organisation fine de métal petite à l'extérieur.
• Pas besoin d'utiliser le noyau mais peut quand même vider au milieu pour économiser les coûts de fabrication du noyau.
• Pas besoin de système de gating pour économiser le métal.

Inconvénients de la coulée centrifuge d'aluminium

• La surface intérieure des pièces de coulée centrifuge d'aluminium a une finition médiocre, beaucoup d'impuretés et le diamètre intérieur n'est pas correct.
• Généralement seulement adapté pour couler des pièces d'aluminium rondes ou cylindriques. Avec des formes de coulée complexes, il est nécessaire de les combiner avec la méthode de coulée en coquille.

Applications de la coulée centrifuge

La coulée centrifuge est employée par les fonderies d'aluminium pour produire des pièces de coulée d'aluminium de compresseurs de moteurs à réaction, tubes de fours pétrochimiques, et de nombreux équipements militaires et de défense.

7. Coulée continue d'aluminium

La coulée continue d'aluminium est un processus de coulée dans lequel un alliage d'aluminium est continuellement versé dans un moule avec un système de refroidissement à eau circulant. Où que la coulée soit faite, elle est immédiatement refroidie et retirée.

Juste après le système de coulée sera une ligne deestampage et de laminage continue. Les produits coulés sont des barres, plaques ou tubes d'aluminium avec des tailles jusqu'à 0,2x1 m.

C'est un système de coulée très efficace et largement utilisé dans les fonderies d'aluminium et d'acier.

Avantages de la coulée continue

• En raison du refroidissement rapide, la coulée continue d'aluminium a de hautes propriétés mécaniques.
• Automatisation facile résultant en haute productivité.
• La surface de coulée est parfaite, le grain de métal est organisé serré.

Inconvénients de la coulée continue d'aluminium

• Seulement adapté pour les produits de coulée d'aluminium avec formes simples.
• Impossible de couler des objets avec des longueurs de section transversale.
• Coûts de construction initiaux élevés.

Applications de la coulée continue d'aluminium

La coulée continue d'aluminium est utilisée pour couler des barres métalliques, des tubes métalliques de différentes tailles.

En plus, il y a aussi plusieurs autres méthodes de coulée d'aluminium utilisées pour fabriquer les applications de coulée d'aluminium telles que le processus de moulage sous vide scellé, coulée par ablation, mousse perdue, etc. Elles ont aussi de nombreux avantages similaires aux processus de coulée ci-dessus.

Considération des technologies de coulée d'aluminium appropriées

Chaque processus de coulée d'aluminium a ses avantages et inconvénients. Après avoir soigneusement référencé les informations comparant différentes méthodes de coulée d'aluminium dans l'article, faites un choix pour votre fonderie basé sur votre budget, le type de produits de coulée d'aluminium que vous voulez cibler, les exigences de précision, et la production annuelle.

Beaucoup d'autres facteurs affectent le choix des technologies de coulée d'aluminium. Cependant, espérons que grâce aux informations fournies dans l'article, VIC a partiellement aidé les lecteurs à mieux comprendre les méthodes de coulée d'aluminium ainsi qu'à prendre les bonnes décisions.

Chez VIC, nous avons un système de fonderies métalliques avec diverses technologies de traitement. Surtout en coulée d'aluminium, VIC utilise les technologies de coulée en sable vert et mousse perdue et est sur la bonne voie pour étendre la ligne de production avec d'autres technologies de coulée qui correspondent aux exigences du marché.

VIC est heureux de coopérer avec des partenaires du monde entier pour aider les clients à vendre des produits de coulée métallique avec qualité et prix raisonnables.

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